CN212039844U - 一种垃圾渗滤液和垃圾焚烧烟道气联合处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种垃圾渗滤液和垃圾焚烧烟道气联合处理系统，采用垃圾渗滤液与市政污水混合后作为微藻生物的培养基，同时将垃圾焚烧烟道气通入培养基中进行曝气搅动培养基，利用微藻生物的培育繁殖过程消耗培养基中的氨氮以及捕获垃圾焚烧烟道气中的二氧化碳；微藻生物繁殖后将部分含有微藻生物的培养基输出到污水收集池，同时将垃圾焚烧烟道气通入污水收集池中使微藻生物絮凝并收集，收集完毕后排出处理后的混合液。本实用新型通过微藻生物的光合作用固定垃圾焚烧烟道气中的CO2，并且利用和同化渗滤液中的化学物质达到渗滤液净化的作用，具备投资成本低，可连续操作的优点。

Description

一种垃圾渗滤液和垃圾焚烧烟道气联合处理系统

技术领域

本实用新型涉及一种垃圾渗滤液和垃圾焚烧烟道气联合处理系统。

背景技术

垃圾焚烧/发电是目前处理生活垃圾的主要技术手段，能在短时间内处理这些大量的垃圾并且处理成本较低。垃圾焚烧主要产生两种污染物：垃圾渗滤液和垃圾焚烧烟道气。在对垃圾进行焚烧之前，大量的垃圾堆放收集导致了源源不断的垃圾渗滤液的产生，垃圾渗滤液是一种高度污染的废水，由脂肪酸，腐殖酸和草酸等有毒的有机化合物组成，具有高浓度的BOD、COD(5000–20000mg/L)、氨氮(3000–5000mg/L NH4+-N或NH3-N)、有毒重金属以及溶解性无机营养素，垃圾渗滤液如果没有处理得当会对生态环境造成很严重的影响，例如污染地表水和地下水系统，影响农作物生长，导致鱼类和其他水生动植物死亡，进入食物链并传递给更高等级的生物，从而造成生物放大作用。另外，在对生活垃圾焚烧过程中的烟道气中包括大量的CO₂，这也属于一种高排放的行为，对全球气候变化也有不利影响。

针对垃圾渗滤液的处理方法很多，主要的技术手段包括生物处理法和物理化学处理法。

生物处理法主要有好氧处理法和厌氧处理法。好氧处理法为好氧微生物提供充足的氧气进行新陈代谢，并将有机物转化成稳定的无机物；厌氧处理法为甲烷菌提供厌氧环境下产生的有机酸，将其转化为二氧化碳和甲烷。上述的生物处理法在实际的操作过程中，往往效果不佳，如好氧生物处理法虽然短期效果能够达到标准，但随着运行时间的增加，处理效果会随之降低；厌氧生物处理过后的COD浓度依旧很高，不能作为单独处理的方法，因此通常都是将厌氧与好氧处理法结合来提高处理效果，导致垃圾渗滤液的处理设备结构冗杂。

物理化学处理法分为化学沉淀法、膜分离法、化学氧化法和电催化氧化法。其中，化学沉淀法通过添加化学药剂产生沉淀，再通过分离沉淀达到处理效果；膜分离法是利用膜的选择性分离实现渗滤液不同组分的分离、纯化、浓缩；化学氧化法是利用强氧化剂将渗滤液中的有机物氧化成小分子的碳氢化合物(或CO2、H2O)；电催化氧化法是利用电极将有机或无机物质转化为易降解、无毒害的物质。上述的物理化学处理法往往存在二次污染以及适用性窄的问题。如化学沉淀法对COD的去除效率不高，并且价格低廉的化学药剂容易造成二次污染；膜分离法会产生更难处理的浓缩液；化学氧化法中使用H₂O₂和O₃进行氧化处理时，极易产生氯代有机物并加重水体污染；电催化氧化法难以实现大规模工业化应用。

针对垃圾焚烧产生烟气中CO₂的捕获与封存技术(CCS)主要有氨吸收法、钙循环法、富氧燃烧法、电化学法。氨吸收法是将CO₂固定在铵盐中；钙循环法将CO₂固定在CaCO₃中；富氧燃烧法是将CO₂和O₂作为助燃剂作用于可燃物的燃烧，从而产生高纯度的CO₂并压缩储存；电催化法将CO₂转化为有机溶液。上述的CCS技术都存在高能耗或二次污染等问题。例如，氨吸收法，CO₂容易从铵的碳酸盐中再次逸出；钙循环法，制备纯CO₂并循环利用CaO需要消耗额外的能量；富氧燃烧法，制备纯氧成本较高；电催化法，目前无法运用到实际工程中。

另外，垃圾焚烧过程中产生的垃圾渗滤液和垃圾焚烧烟道气是采用两种治理系统单独治理，治理设备冗余并且治理成本一直居高不下。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是：针对现有垃圾焚烧发电过程中的垃圾渗滤液和垃圾焚烧烟道气分开单独治理存在的技术缺陷，提供一种垃圾渗滤液和垃圾焚烧烟道气联合处理系统。

本实用新型采用如下技术方案实现：

一种采用上述垃圾渗滤液和垃圾焚烧烟道气联合处理方法的系统，包括光生物反应器、污水收集池以及渗滤液混合进液模块和烟道气混合进气模块；

所述光生物反应器内部输出连接至污水收集池内部，所述光生物反应器内部与渗滤液混合进液模块连接，通过渗滤液混合进液模块向光生物反应器内部输入渗滤液混合液作为培养基，并在所述培养基内部培育微藻生物，所述光生物反应器底部和污水收集池底部均设有曝气模块，所述烟道气混合进气模块通过曝气模块分别与光生物反应器内部和污水收集池内部曝气连接。

上述方案的系统中，所述污水收集池设有输出管。

上述方案的系统中，所述渗滤液混合进液模块和光生物反应器之间、所述烟道气混合进气模块和光生物反应器以及污水收集池之间、所述光生物反应器和污水收集池之间以及所述输出管均设有控制关断的阀门。

上述方案的系统中，所述渗滤液混合进液模块包括并联的渗滤液进液管道和市政污水进液管道，所述渗滤液进液管道和市政污水进液管道上分别设有阀门和流量控制单元。

上述方案的系统中，所述流量控制单元采用液体流量控制器。

上述方案的系统中，所述烟道气混合进气模块包括并联的烟道气进气管道和空气进气管道，所述空气进气管道连接气泵，所述烟道气进气管道和空气进气管道上分别设有阀门、压力控制单元和总流量计，所述烟道气进气管道和空气进气管道并联连接至流体振荡器，所述烟道气混合进气模块分别通过流体振荡器输出连接至光生物反应器和污水收集池。

上述方案的系统中，所述流体振荡器的出口均设有分流量计。

上述方案的系统中，所述曝气模块为陶瓷扩散器。

在本实用新型的一种垃圾渗滤液和垃圾焚烧烟道气联合处理系统中，所述光生物反应器设有至少两组，所有光生物反应器与污水收集池、渗滤液混合进液模块和烟道气混合进气模块之间均为并联连接。

烟道气混合进气模块将空气和来自垃圾焚烧发电排出的烟道气进行混合，混合气体将通过压力控制单元、流体振荡器和曝气模块产生带有所述混合气体的微气泡。微藻可在光生物反应器中进行繁殖，渗滤液混合进液模块将来自垃圾焚烧发电的渗滤液与预处理过的市政污水进行混合，并作为微藻的培养基，通过曝气模块生成的微气泡，快速扩散在所述光生物反应器中，并带动培养基和微藻在光生物反应器内流动，使微藻与所述培养基充分接触。微藻繁殖到一定程度，混合气体的吹托作用以及微藻的光合作用将培养基中的部分氨氮去除，并且固定烟道气中的部分二氧化碳。

当光生物反应器内部的微藻繁殖到一定程度后，打开光生物反应器和污水收集池之间的阀门，让部分微藻-污水混合液流入污水收集池，同时再用未处理的市政污水和垃圾渗滤液混合液补充到光生物反应器内部，使剩余微藻继续在市政污水和垃圾渗滤液混合液中生长。而在污水收集池内，同样通过烟道气混合进气模块进行微气泡曝气，使微藻发生絮凝沉淀，在将微藻收集后将处理后的水排出。

本实用新型采用上述处理流程形成一套对渗滤液与烟道气的联合处理系统。通过使用阀门、压力调节单元和流量调节单元控制烟道气与空气的混合比例与气速。混合气体通过流体振荡器与曝气模块在光生物反应器中形成微气泡并带动反应器内的微藻运动。在光照、培养基(市政污水-垃圾渗滤液混合液)和运动的微气泡作用下，微藻可快速繁殖并不断地摄取培养基中的营养物质，使得培养基中氨氮等营养元素浓度下降，达到净化混合液的目的。不仅如此，烟道气-空气混合气体中的CO2也不断地被微藻所固定，达到了对垃圾焚烧发电产生的废弃物减排的作用。当微藻生长到一定程度之后，打开光生物反应器和污水收集池之间的阀门，使微藻-污水混合液输送流入收集池。然后通过污水收集池底部的曝气模块进行曝气，使污水收集池中大量的微藻产生絮凝、沉淀现象。最后将这些微藻进行收集，剩余的污水可排出整个系统。通过使用阀门与流量控制单元，控制未处理的市政污水与垃圾渗滤液的比例形成混合液，重新填补减量后的光生物反应器空间，为剩余的微藻提供营养。光生物反应器内部剩余的微藻将进行下一轮的扩培并继续摄取环境中的营养物，以此循环。

本实用新型的上述技术方案使垃圾焚烧发电中产生的垃圾渗滤液与排出的焚烧烟道气同时得到深度处理，具有以下有益效果：

1、本实用新型具备同时深度处理垃圾渗滤液与烟道气的能力，从而可以低成本地达到渗滤液处理与CO₂减排的效果。系统使用的培养基是垃圾渗滤液-市政污水混合液，而传统的微藻处理烟道气技术使用的是人工培养基(如F/2、BBM等营养基)，因此所述系统的培养基成本更低，且同时对垃圾渗滤液和市政污水组成的混合液进行了净化处理。

2、本实用新型在光生物反应器中，将市政污水与垃圾渗滤液的混合，使市政污水中的菌种与本实用新型采用的微藻产生共生现象，并可以协同深度处理垃圾渗滤液中的氨氮等物质。因此，本实用新型对市政污水和垃圾渗滤液混合具有处理优势。

3、相比于传统的曝气技术培养微藻，在本申请的系统中，流体振荡器与陶瓷扩散器的引入，为光生物反应器制造微气泡曝气环境，这与传统曝气技术相比，更具有高传质效率与节约电能的优势，从而保证微藻对烟道气中的CO₂的高效利用，微气泡环境更能使微藻与市政污水-垃圾渗滤液混合液接触得更充分，从而促进微藻的快速生长繁育，辅助提高了微藻处理垃圾渗滤液和烟道气的效率。

以下结合具体实施方式和附图对本实用新型进一步说明。

附图说明

图1为实施例中一种垃圾渗滤液和垃圾焚烧烟道气联合处理系统的示意图。

图2为实施例对不同氨氮浓度的垃圾渗滤液处理效果数据展示。

图3为实施例对氨氮浓度稀释后的垃圾渗滤液处理效果数据展示。

图中标号：101-104、光生物反应器；200、污水收集池，30、气泵，31-32、压力调节器，401-421、阀门；501-510、转子流量计，511-512、液体流量控制器，61-64、流体振荡器，71-75、陶瓷扩散器。

具体实施方式

实施例

参见图1，图示中的垃圾渗滤液和垃圾焚烧烟道气联合处理系统为本实用新型的一种具体实施方案，具体包括光生物反应器101-104、污水收集池200、气泵30、压力调节器31-32、阀门401-421、转子流量计501-510、液体流量控制器511-512、流体振荡器61-64和陶瓷扩散器71-75。其中光生物反应器和污水收集池200为处理过程的两个发生容器，其中光生物反应器内部输出连接至污水收集池200内部，即光生物反应器内部的流体单向流动到污水收集池200内部，光生物反应器内部与渗滤液混合进液模块连接，通过渗滤液混合进液模块向光生物反应器内部输入渗滤液混合液作为培养基，并在所述培养基内部培育微藻生物，通常使用的微藻种类有小球藻、微拟球藻等，本实施例中的微藻采用小球藻，光生物反应器底部和污水收集池200底部均设有曝气模块，烟道气混合进气模块通过曝气模块分别与光生物反应器内部和污水收集池200内部曝气连接，向光生物反应器和污水收集池200内部输入烟道气混合气体。

本实施例中的渗滤液混合进液模块包括并联的渗滤液进液管道和市政污水进液管道，渗滤液进液管道和市政污水进液管道分别接入市政污水和垃圾渗滤液，渗滤液进液管道和市政污水进液管道合并后接入到光生物反应器内部，提供市政污水和垃圾渗滤液的混合液，在渗滤液进液管道上设有阀门415和液体流量控制器511，在市政污水进液管道上设有阀门416和液体流量控制器512，阀门415和阀门416分别用于控制渗滤液进液管道和市政污水管道的关断控制，液体流量控制器511和液体流量控制器512分别作为垃圾渗滤液和时市政污水的流量控制单元，用于控制混合液中的垃圾渗滤液和市政污水的混合比例。

本实施例中的烟道气混合进气模块包括并联的烟道气进气管道和空气进气管道，烟道气进气管道和空气进气管道分别进入垃圾焚烧烟道气和新鲜空气，通过混合空气将CO2浓度控制在5％-10％，以适应微藻生长所需的浓度，烟道气进气管道和空气进气管道合并后将垃圾焚烧烟道气和新鲜空气进行混合后分别送入光生物反应器和污水收集池，烟道气进气管道引入垃圾焚烧烟道气，可通过烟道气管路的压力输送，其上设有阀门401、压力调节器31和转子流量计501，空气进气管道则直接连接气泵30，引入系统外部空气，其上依次设有阀门402、压力调节器31和转子流量计502，其中压力调节器31和压力调节器32分别作为垃圾焚烧烟道气和空气的压力控制单元，控制整个系统内部的混合气体压力，由于系统的管道固定，通过控制气流的压力可以调整进入系统的垃圾焚烧烟道气和空气混合的流量，控制混合气体中垃圾焚烧烟道气和空气中的混合比例，转子流量计501和转子流量计502则作为显示垃圾焚烧烟道气和空气分别进入系统的总流量计。

烟道气进气管道和空气进气管道汇合后接入流体振荡器，通过流体振荡器将烟道气混合进气模块混合气体分配送入光生物反应器和污水收集器,流体振荡器具有提高传质效率的作用，因此能够减小曝气能耗。

为了实现系统的精确控制，本实施例在渗滤液混合进液模块和光生物反应器之间、所述烟道气混合进气模块和光生物反应器以及污水收集池之间、所述光生物反应器和污水收集池之间以及所述输出管均设有控制关断的阀门。

在本实施例中，光生物反应器采用了四组，分别为光生物反应器101、光生物反应器102、光生物反应器103和光生物反应器104，四组光生物反应器之间并联设置，即渗滤液混合进液模块通过阀门403、阀门404、阀门405和阀门406分别与四组光生物反应器之间并联连接，烟道气混合进气模块通过阀门411、阀门412、阀门413和阀门414与四组光生物反应器之间并联连接，四组光生物反应器之间通过阀门407、阀门408、阀门409和阀门410与污水收集池200之间并联连接，由于污水收集池200的内部空间较大，为了使污水收集池内部的微藻实现均匀絮凝，烟道气混合进气模块通过阀门417、阀门418、阀门419和阀门420与污水收集池200之间连接，实现对污水收集池内部均匀曝气。所有阀门均可采用电控阀门实现自动控制。

四组光生物反应器可以依次排放到污水收集池，实现系统的持续运行，实际应用中可以根据系统处理需求对光生物反应器的并联数量进行增减。

考虑到烟道气混合进气模块的分配支路较多，本实施例将烟道气混合进气模块设置四组流体振荡器，分别为流体振荡器61、流体振荡器62、流体振荡器63和流体振荡器64，其中流体振荡器61和流体振荡器63负责污水收集池200内部的曝气提供，两组流体振荡器各自引出两条管路连接至污水收集池200的四个阀门417-420，流体振荡器61和流体振荡器63引出的四条管路上分别设有转子流量计503、转子流量计504、转子流量计507和转子流量计508；流体振荡器62和流体振荡器64负责四组光生物反应器101内部的曝气提供，两组流体振荡器各自引出两条管路连接至四个光生物反应器各自的阀门411-414，流体振荡器62和流体振荡器64引出的四条管路上分别设有转子流量计505、转子流量计506、转子流量计509和转子流量计510，转子流量计503-510分别作为各个支路上混合气流量的分流量计。

光生物反应器101-104结构相同，均采用透明反应器，顶部开口，垃圾渗滤液和市政污水的混合液输入的阀门403-406均连接到反应器顶部，四组光生物反应器底部分别设置陶瓷扩散器71、陶瓷扩散器72、陶瓷扩散器73和陶瓷扩散器74作为曝气模块，输入垃圾焚烧烟道气和空气混合气的阀门411-414均从反应器底部连接至反应器内部的陶瓷扩散器，四组光生物反应器连接至污水收集池的阀门407-410分别从反应器底部的曝气模块侧面引出，光生物反应器内部的液体可以通过高度差自流到污水收集池内，该侧面设置的阀门407-410分别实现控制对应反应器内的液体量。

污水收集池200内部底面铺设陶瓷扩散器75作为曝气模块，光生物反应器从污水收集池200顶部接入，烟道气混合进气模块接入的阀门417-420从污水收集池200的底部连接至陶瓷扩散器75，污水收集池200的侧部引出设置输出管，输出管上设有阀门421。

本实施例的以上系统采用垃圾渗滤液与市政污水混合后输入光生物反应器作为微藻生物的培养基，同时将垃圾焚烧烟道气通过烟道气混合进气模块通入光生物反应器的培养基中进行曝气搅动培养基，利用微藻生物的培育繁殖过程消耗培养基中的氨氮以及捕获垃圾焚烧烟道气中的二氧化碳；微藻生物繁殖达到一定浓度后将光生物反应器内部的部分含有微藻生物的培养基输出到污水收集池，同时通过烟道气混合进气模块将垃圾焚烧烟道气通入污水收集池中使微藻生物絮凝并收集，收集完毕后排出处理后的混合液。

具体过程如下：

对于光生物反应器，打开阀门403-406，关闭阀门407-410，为市政污水和垃圾渗滤液混合液进液做准备。

对于渗滤液混合进液模块，打开阀门415和阀门416，使市政污水和垃圾渗滤液混合液流入光生物反应器101-104，通过使用液体流量控制器511和512，调整市政污水与垃圾渗滤液的比例。

对于烟道气混合进气模块，打开阀门401、402、411-414，使垃圾焚烧烟道气和空气混合气体进入光生物反应器101-104。打开气泵30使空气进入系统，通过控制转子流量计501和502以及压力调节器31和32，调整垃圾焚烧烟道气与空气的混合比例。当混合气体分配流过流体振荡器61-64之后，通过控制转子流量器503-510调整进入光生物反应器101-104以及污水收集池200的混合气体流量。

对于污水收集池，当混合液被微藻处理到一定程度之后，打开阀门407-410使75％的微藻-污水混合液从光生物反应器101-104流进污水收集池200。打开403-406和415、416，使市政污水和垃圾渗滤液混合液重新输入填补光生物反应器，使剩余微藻继续生长。打开417-420，使垃圾焚烧烟道气和空气混合气体进入污水收集池200，通过调节转子流量计503、504、507和508控制气速，使得污水收集池内产生微气泡并对微藻产生絮凝作用，从而方便收集微藻。当污水收集池中的微藻收集完毕之后，打开421将剩余液体排出系统。也可以依次打开光生物反应器101-104的阀门407-410，将四组光生物反应器依次交替向污水收集池输入微藻-污水混合液，保证系统对垃圾渗滤液和污水的持续处理过程。

以下通过具体实例说明本实施例对垃圾渗滤液中氨氮去除的效果。

如图2中所示，首先使用微气泡技术对氨氮浓度为1600ppm，体积为200ml、400ml、600ml、1600ml的垃圾渗滤液进行曝气。通过40分钟-60分钟的曝气，4个不同体积的垃圾渗滤液的氨氮浓度降至400ppm附近。由此得出，该微气泡技术处理氨氮的能力是很可观的，但明显看出浓度降为400ppm之后下降速度明显变慢，因此如果在这个时间投入微藻可能可以进一步见氨氮去除。

如图3中所示，通过对垃圾渗滤液原液进行稀释，使得垃圾渗滤液的浓度为10％和20％，那么相应的氨氮浓度从1600ppm稀释至160ppm和300ppm附近。通过添加小球藻，在培养与曝气的过程中，氨氮的浓度进一步下降(200ppm→40ppm，300ppm→90ppm)。后续再次添加垃圾渗滤液，其去除效果与上一阶段的去除效果相似。因此通过微气泡技术对垃圾渗滤液进行预处理曝气，再将微藻放入预处理后的垃圾渗滤液进行深度降解氨氮是具有一定的可行性的。其最佳去除效果为10％的垃圾渗滤液的环境中，氨氮去除可从1600ppm降至40ppm，去除效率为在95％以上。

以上实施例描述了本实用新型的基本原理和主要特征及本实用新型的优点，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的具体工作原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种垃圾渗滤液和垃圾焚烧烟道气联合处理系统，其特征在于：包括光生物反应器、污水收集池以及渗滤液混合进液模块和烟道气混合进气模块；

所述光生物反应器内部输出连接至污水收集池内部，所述光生物反应器内部与渗滤液混合进液模块连接，通过渗滤液混合进液模块向光生物反应器内部输入渗滤液混合液作为培养基，并在所述培养基内部培育微藻生物，所述光生物反应器底部和污水收集池底部均设有曝气模块，所述烟道气混合进气模块通过曝气模块分别与光生物反应器内部和污水收集池内部曝气连接。

2.根据权利要求1所述的一种垃圾渗滤液和垃圾焚烧烟道气联合处理系统，其特征在于：所述污水收集池设有输出管。

3.根据权利要求2所述的一种垃圾渗滤液和垃圾焚烧烟道气联合处理系统，其特征在于：所述渗滤液混合进液模块和光生物反应器之间、所述烟道气混合进气模块和光生物反应器以及污水收集池之间、所述光生物反应器和污水收集池之间以及所述输出管均设有控制关断的阀门。

4.根据权利要求1所述的一种垃圾渗滤液和垃圾焚烧烟道气联合处理系统，其特征在于：所述渗滤液混合进液模块包括并联的渗滤液进液管道和市政污水进液管道，所述渗滤液进液管道和市政污水进液管道上分别设有阀门和流量控制单元。

5.根据权利要求4所述的一种垃圾渗滤液和垃圾焚烧烟道气联合处理系统，其特征在于：所述流量控制单元采用液体流量控制器。

6.根据权利要求4所述的一种垃圾渗滤液和垃圾焚烧烟道气联合处理系统，其特征在于：所述烟道气混合进气模块包括并联的烟道气进气管道和空气进气管道，所述空气进气管道连接气泵，所述烟道气进气管道和空气进气管道上分别设有阀门、压力控制单元和总流量计，所述烟道气进气管道和空气进气管道并联连接至流体振荡器，所述烟道气混合进气模块分别通过流体振荡器输出连接至光生物反应器和污水收集池。

7.根据权利要求6所述的一种垃圾渗滤液和垃圾焚烧烟道气联合处理系统，其特征在于：所述流体振荡器的出口均设有分流量计。

8.根据权利要求1所述的一种垃圾渗滤液和垃圾焚烧烟道气联合处理系统，其特征在于：所述曝气模块为陶瓷扩散器。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种垃圾渗滤液和垃圾焚烧烟道气联合处理系统，其特征在于：所述光生物反应器设有至少两组，并分别与污水收集池并联。

Images