CN106006924B - 垃圾渗滤浓缩液的微气泡o3-电解一体套筒处理装置 - Google Patents

垃圾渗滤浓缩液的微气泡o3-电解一体套筒处理装置 Download PDF

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Abstract

一种垃圾渗滤浓缩液的微气泡O3‑电解一体套筒处理装置，为内外套筒式结构，包括溢流堰、反应器外套筒、反应器内套筒、微气泡曝气头和三维电极；垃圾渗滤浓缩液由顶部进入反应器内套筒，形成微气泡的臭氧和氧气由底部进入反应器内套筒和反应器外套筒与该反应器内套筒之间的空腔，在气体与液体的对流和顺流运动中，利用微气泡的空化作用，实现有机物的彻底氧化，然后剩余氧气在三维电极电场的作用下原位生成·OH，实现有机物的电化学强化氧化处理。本发明提高了臭氧及其携带的氧气的利用率，有效提高了对难以降解的大分子有机物的降解能力，通过提高电流密度达到了减少耗能的效果，具有运行效率高、占地面积小的优点，对于垃圾渗滤浓缩液中的COD、TOC等具有较高的去除效率且无二次污染，是具有良好发展前景的环保技术。

Description

垃圾渗滤浓缩液的微气泡O3-电解一体套筒处理装置
技术领域
本发明涉及垃圾液的处理装置，具体涉及一种垃圾渗滤浓缩液的微气泡O3-电解一体套筒处理装置，属于环保技术领域。
背景技术
随着城市人口的急剧增加，生活垃圾的产生量也日益增加，垃圾的无害化处理成为了城市建设的重要内容，垃圾卫生填埋作为城市固体废物的处置方法已被广泛应用。垃圾渗滤液的处理与处置是否达标也成为了填埋场是否为卫生填埋场的一个重要衡量指标。垃圾渗滤液是垃圾填埋过程中产生的一种含有高浓度悬浮物、高浓度有机质和高浓度重金属离子的污染废水，处理难度很大。我国于2008年颁布了GB16889-2008《生活垃圾填埋场污染物控制标准》，对垃圾渗滤液的处理和排放提出了更高的要求，为达到排放标准，膜技术在垃圾渗滤液的处理中得以广泛的应用，但是，与此同时也产生了20％-30％的膜滤浓缩液。
近些年，由于垃圾渗滤液膜滤浓缩液(简称渗滤浓缩液)的成分极其复杂，包含大量的腐殖酸和富里酸等难被常规处理技术所降解的大分子有机物，渗滤浓缩液的处理成为了广大研究人员的研究热点之一。目前，回灌技术、蒸发技术和高级氧化技术是应用较多的处理浓缩液的技术，但是回灌技术和蒸发技术并没有从根本上把有机物去除，会造成污染物不断的积累。高级氧化技术可以将有机污染物直接矿化并且提高其可生化性，同时还具有高效、易于控制、环境友好等特性，为渗滤浓缩液的处理开辟了新的思路。
常见的高级氧化技术包括Fenton法、光催化氧化法、臭氧氧化法等，而不同的高级氧化技术的优缺点各有不同，单一的高级氧化技术也有着不可避免的劣势。若需要出水水质达到排放新标准，采用臭氧与其他工艺或者其他的高级氧化技术结合，在经济和技术上均是可行的，具有彻底降解浓缩液中难降解有机物和无二次污染的优势，是具有发展前景的符合绿色环保的先进技术。
专利CN105253960A公开了一种用于处理高浓高盐废水的臭氧-三维电极联用废水处理装置，通过电化学与臭氧发生协同作用来进一步改善降解效果，但臭氧在电极作用下容易使得·OH及·O3产生内部泯灭作用，特别是臭氧发生过程中带入的O2未能有效利用。因此，现有技术采用臭氧氧化处理垃圾渗滤浓缩液，臭氧发生器在产生臭氧的过程中，存在着大量的氧气共同伴随进入反应装置的现象，然而氧气并没有被充分利用。将这部分氧气转化成氧化性更强的自由基，处理效率将大大提高。
发明内容
为了解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种垃圾渗滤浓缩液的微气泡O3-电解一体套筒处理装置，既可提高溶液中臭氧的溶解度和分解速率，同时在电场作用下将随其一同进入装置的氧气转化成氧化性更强的·OH，以提高氧气的利用率以及羟基自由基的产率，从而提高降解能力，达到更为理想的处理效果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种垃圾渗滤浓缩液的微气泡O3-电解一体套筒处理装置，包括溢流堰、反应器外套筒、反应器内套筒、微气泡曝气头和三维电极；
所述溢流堰位于所述处理装置的顶部，为中空的密闭圆柱件，下部设置有出水口；
所述反应器外套筒位于所述溢流堰的下方，为竖直的底端封口的圆筒件，上端开口伸入所述溢流堰的内部且与该溢流堰的内腔相通；
所述微气泡曝气头设置于所述反应器外套筒内腔的底部，通过臭氧进气管与外部的臭氧发生器连接；
所述反应器内套筒为两端开口的管件，同轴地设置于所述反应器外套筒的内腔的中央，上端连接通入所述垃圾渗滤浓缩液的真空泵，下端开口位于所述微气泡曝气头的上方且正对该微气泡曝气头；
所述三维电极为同心套筒式结构，与所述反应器外套筒同轴地设置于该反应器外套筒内腔上部的所述反应器内套筒与反应器外套筒之间，该三维电极包括位于内圈的阳极电极、外圈的阴极电极以及夹置于该阳极电极与阴极电极之间的粒子电极填料；
所述垃圾渗滤浓缩液通过所述真空泵由顶部进入所述反应器内套筒的内部，所述臭氧发生器产生的臭氧和氧气通过所述微气泡曝气头形成微气泡由底部进入所述反应器内套筒的内部和所述反应器外套筒与该反应器内套筒之间的空腔；
所述垃圾渗滤浓缩液在所述反应器内套筒的内部向下运动，与向上运动的所述微气泡发生方向相反的对流运动，实现微气泡臭氧对流接触反应，该垃圾渗滤浓缩液再由所述反应器内套筒的下端开口进入所述反应器外套筒与该反应器内套筒之间的空腔并向上运动，与向上运动的所述微气泡发生方向相同的顺流运动，实现微气泡臭氧氧化顺流接触反应，在所述微气泡臭氧对流接触反应和微气泡臭氧氧化顺流接触反应中，利用臭氧氧化处理有机物；
经过所述微气泡臭氧对流接触反应和微气泡臭氧氧化顺流接触反应的垃圾渗滤浓缩液和微气泡继续向上进入所述三维电极，在该三维电极内实现电化学强化氧化反应，在电场作用下原位生成·OH，充分利用剩余的氧气与电化学相互作用进行有机物的氧化处理；
经过所述电化学强化氧化反应处理的垃圾渗滤浓缩液溢出所述反应器外套筒的上端开口，并从所述溢流堰的出水口排出。
优选地，所述的反应器外套筒和反应器内套筒的材质为有机玻璃、聚氯乙烯、聚四氟乙烯或全氟烷氧基树脂。
优选地，所述的反应器外套筒的高径比为1/8-1/12，所述反应器内套筒的内径是该反应器外套筒的内径的1/6-1/4。
优选地，所述的微气泡曝气头采用材质为钛的孔径为0.35-0.45μm的伞形或者平板曝气头，所述的微气泡的尺寸<100nm。
优选地，所述的阳极电极和阴极电极为网状结构，材质为钛，厚度为1-2mm，其表面涂有稀有金属氧化物，该阳极电极与阴极电极的间距为4-8cm。
优选地，所述的稀有金属氧化物为氧化钌。
优选地，所述的粒子电极填料为活性炭或者生物炭，该生物炭BET为200-500m2/g，粒径<20mm，其中混合有重金属，该活性炭BET为800-1000m2/g，粒径为0.5-1cm。
优选地，所述的三维电极的电流为1-2A，电压为1-15V。
优选地，所述的溢流堰的上部设有出气口。
优选地，所述的垃圾渗滤浓缩液的COD为500-4500mg/L，pH为8-10，盐浓度为10-30g/L。
本发明主要是为了解决臭氧发生器在产生臭氧的过程中，伴随着大量的氧气共同进入反应装置，然而氧气并没有被充分利用的问题。为解决该问题，所述处理装置采用套筒型结构，利用物理空间的分割作用，首先让臭氧采用微气泡与反应物充分接触，并利用微气泡臭氧的空化作用，进行有机物的彻底氧化反应，然后剩余的O2进入到三维电极区，结合电场的作用，实现***的高级氧化性能。
与现有技术相比，本发明取得了下述有益效果：
1、在三维电极电场的作用下，氧气转化成氧化性更强的·OH，既解决了臭氧本身的泯灭问题，又提高了臭氧中携带的氧气的利用效率，并且大大提高了对难以降解的大分子有机物的降解能力。
2、套筒型的三维电极有效地提高了电流密度，达到了减少耗能的效果。
3、采用微气泡曝气头将臭氧和氧气形成微气泡，微气泡具有较大的比表面积，存活时间长，因而有利于强化臭氧的传质性能，提高了臭氧的利用效率。
4、所述处理装置具有运行效率高、占地面积小的优点，对于垃圾渗滤浓缩液中的COD、 TOC等具有较高的去除效率，并且能够完全降解腐殖酸等。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的俯视图。
图中，1—臭氧进气管，2—微孔泡曝气头，3—反应器外套筒，4—反应器内套筒，5—粒子电极填料，6—阴极电极，7—阳极电极，8—出水口，9—溢流堰，10—出气口，11—真空泵；
a—对流接触反应区域，b—顺流接触反应区域，c—电化学强化氧化反应区域，d—出水溢流区域。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明提供了一种适用于垃圾渗滤浓缩液的微气泡O3-电解一体套筒处理装置，为同心圆式内外套筒式结构，其包括溢流堰9、反应器外套筒3、反应器内套筒 4、微气泡曝气头2和三维电极。
所述微气泡O3-电解一体套筒处理装置划分为位于装置下端的对流接触反应区域a和顺流接触反应区域b、位于装置中段的电化学强化氧化反应区域c以及位于装置上端的出水溢流区域d。所述的对流接触反应区域a和顺流接触反应区域b主要是利用微气泡臭氧氧化难处理有机物，所述电化学强化氧化反应区域c是充分利用剩余的氧气与电化学相互作用氧化有机物，所述出水溢流区域d用于***垃圾渗滤浓缩液处理后产生的液体和气体。
所处理的垃圾渗滤浓缩液，其COD在500-4500mg/L，pH在8-10，盐浓度10-30g/L。
请参阅图1，所述溢流堰9位于所述处理装置的顶部，为中空的密闭圆柱件，该溢流堰9 的下部设置有出水口8，上部设有出气口10，内腔形成所述出水溢流区域d。
所述反应器外套筒3位于所述溢流堰9的下方，为竖直的底端封口的圆筒件，上端开口伸入所述溢流堰9的内部且与该溢流堰9的内腔相通。
所述微气泡曝气头2设置于所述反应器外套筒3内腔的底部，通过臭氧进气管1与外部的臭氧发生器连接。所述臭氧发生器是氧气源臭氧发生器，氧气现场随用随制。所述的微气泡曝气头2采用材质为钛、孔径为0.35-0.45μm的伞形或者平板曝气头；所述的微气泡的尺寸<100nm。
所述反应器内套筒4为两端开口的管件，设置于所述反应器外套筒3的内腔的中央，与该反应器外套筒3同轴；所述反应器内套筒4的上端连接真空泵11，该真空泵11用于通入所述垃圾渗滤浓缩液；所述反应器内套筒4的下端开口位于所述微气泡曝气头2的上方，并且正对该微气泡曝气头2；该反应器内套筒4的内腔形成所述对流接触反应区域a，所述反应器外套筒3与该反应器内套筒4之间的空腔形成所述顺流接触反应区域b。
所述的反应器外套筒3和反应器内套筒4的材质可以为有机玻璃、聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE)或全氟烷氧基树脂(PFA)。所述的反应器外套筒3的高径比控制在1/8-1/12，所述反应器内套筒4的内径是该反应器外套筒3的内径的1/6-1/4。
请参阅图2，所述三维电极为同心套筒式结构，设置于所述反应器外套筒3内腔上部的所述反应器内套筒4与反应器外套筒3之间，并且与所述反应器外套筒3同轴。
所述的三维电极包括阳极电极7、阴极电极6以及夹在阳极电极7与阴极电极6之间的粒子电极填料5。阳极电极7和阴极电极6均为网状结构，材质为钛，其表面涂有稀有金属氧化物，主要包括氧化钌。
所述的阳极电极7和阴极电极6的厚度为1-2mm，两者之间间距为4-8cm，电流控制在 1-2A，电压控制在1-15V。
所述的粒子电极填料5为活性炭或者生物炭。生物炭BET为200-500m2/g，粒径<20mm，其中混合有Fe等重金属(工业污泥制备的污泥碳)。活性炭BET：800-1000m2/g，粒径为0.5-1cm。
所述垃圾渗滤浓缩液通过所述真空,11由顶部进入所述反应器内套筒4的内部，所述臭氧发生器产生的臭氧和氧气通过所述微气泡曝气头2形成微气泡由底部进入所述反应器内套筒 4的内部和所述反应器外套筒3与该反应器内套筒4之间的空腔。
所述垃圾渗滤浓缩液在所述反应器内套筒3的内部向下运动，与向上运动的所述微气泡发生方向相反的对流运动，在所述对流接触反应区域a中实现微气泡臭氧对流接触反应，该垃圾渗滤浓缩液再由所述反应器内套筒3的下端开口进入所述反应器外套筒4与该反应器内套筒3之间的空腔并向上运动，与向上运动的所述微气泡发生方向相同的顺流运动，在所述顺流接触反应区域b中实现微气泡臭氧氧化顺流接触反应，在所述微气泡臭氧对流接触反应和微气泡臭氧氧化顺流接触反应中，利用臭氧对难以处理的有机物进行氧化处理。
经过所述微气泡臭氧对流接触反应和微气泡臭氧氧化顺流接触反应的垃圾渗滤浓缩液和微气泡继续向上进入所述三维电极，在该三维电极内的电化学强化氧化反应区域c中实现电化学强化氧化反应，在电场作用下原位生成·OH，充分利用剩余的氧气与电化学相互作用进行有机物的氧化处理。
经过所述电化学强化氧化反应处理的垃圾渗滤浓缩液溢出所述反应器外套筒3的上端开口，进入所述出水溢流区域d，所产生的液体从所述溢流堰9的出水口8排出，所产生的气体从所述溢流堰9的出气口10排出。
下面将结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例
上海老港填埋场垃圾渗滤浓缩液(COD为2980mg/L，pH为8.20)采用如图1所示的工艺装置进行处理，主要工艺参数如下：
处理水量为6L，反应器内套筒3直径为4cm，反应器外套筒4直径为10cm，高径比为8，三维电极设置在上端1/4-1/2的高度，其中，阳极电极7和阴极电极6的材料均为钛/氧化钌，网状平行板结构，保持极板间间距为6cm，尺寸均为7cm*25cm，所填充的粒子电极填料5采用污泥碳，约占整个反应器容积的25％。极板间电压为5V，电流密度为50mA/cm2。臭氧投加量为6g/L(流量为1L/min，臭氧浓度为100mg/L)，电解时间为120min。最终出水COD 去除率达到82.5％。
本发明采用微孔曝气头鼓入臭氧以及混杂的氧气，有利于强化臭氧的传质性能，提高其利用效率，同时顺逆流两区域有效增加臭氧与反应物接触时间；套筒型的三维电极充分利用剩余的氧气，有利于·OH的产生，从而提高对有机物的降解效率，套筒结构有效提高了电流密度，达到减少耗能的效果。所述处理装置对垃圾渗滤浓缩液COD的去除率可以达到80％以上，具有彻底降解浓缩液中难降解有机物和无二次污染的优势，本发明是具有发展前景的符合绿色环保的先进技术，在经济和技术上均具有推广意义。

Claims (10)

1.一种垃圾渗滤浓缩液的微气泡O3-电解一体套筒处理装置，其特征在于：包括溢流堰、反应器外套筒、反应器内套筒、微气泡曝气头和三维电极；
所述溢流堰位于所述处理装置的顶部，为中空的密闭圆柱件，下部设置有出水口；
所述反应器外套筒位于所述溢流堰的下方，为竖直的底端封口的圆筒件，上端开口伸入所述溢流堰的内部且与该溢流堰的内腔相通；
所述微气泡曝气头设置于所述反应器外套筒内腔的底部，通过臭氧进气管与外部的臭氧发生器连接；
所述反应器内套筒为两端开口的管件，同轴地设置于所述反应器外套筒的内腔的中央，上端连接通入所述垃圾渗滤浓缩液的真空泵，下端开口位于所述微气泡曝气头的上方且正对该微气泡曝气头；
所述三维电极为同心套筒式结构，与所述反应器外套筒同轴地设置于该反应器外套筒内腔上部的所述反应器内套筒与反应器外套筒之间，该三维电极包括位于内圈的阳极电极、外圈的阴极电极以及夹置于该阳极电极与阴极电极之间的粒子电极填料；
所述垃圾渗滤浓缩液通过所述真空泵由顶部进入所述反应器内套筒的内部，所述臭氧发生器产生的臭氧和氧气通过所述微气泡曝气头形成微气泡由底部进入所述反应器内套筒的内部和所述反应器外套筒与该反应器内套筒之间的空腔；
所述垃圾渗滤浓缩液在所述反应器内套筒的内部向下运动，与向上运动的所述微气泡发生方向相反的对流运动，实现微气泡臭氧对流接触反应，该垃圾渗滤浓缩液再由所述反应器内套筒的下端开口进入所述反应器外套筒与该反应器内套筒之间的空腔并向上运动，与向上运动的所述微气泡发生方向相同的顺流运动，实现微气泡臭氧氧化顺流接触反应，在所述微气泡臭氧对流接触反应和微气泡臭氧氧化顺流接触反应中，利用臭氧氧化处理有机物；
经过所述微气泡臭氧对流接触反应和微气泡臭氧氧化顺流接触反应的垃圾渗滤浓缩液和微气泡继续向上进入所述三维电极，在该三维电极内实现电化学强化氧化反应，在电场作用下原位生成·OH，充分利用剩余的氧气与电化学相互作用进行有机物的氧化处理；
经过所述电化学强化氧化反应处理的垃圾渗滤浓缩液溢出所述反应器外套筒的上端开口，并从所述溢流堰的出水口排出。
2.根据权利要求1所述的垃圾渗滤浓缩液的微气泡O3-电解一体套筒处理装置，其特征在于：所述的反应器外套筒和反应器内套筒的材质为有机玻璃、聚氯乙烯、聚四氟乙烯或全氟烷氧基树脂。
3.根据权利要求1所述的垃圾渗滤浓缩液的微气泡O3-电解一体套筒处理装置，其特征在于：所述的反应器外套筒的径高比为1/8-1/12，所述反应器内套筒的内径是该反应器外套筒的内径的1/6-1/4。
4.根据权利要求1所述的垃圾渗滤浓缩液的微气泡O3-电解一体套筒处理装置，其特征在于：所述的微气泡曝气头采用材质为钛的孔径为0.35-0.45μm的伞形或者平板曝气头，所述的微气泡的尺寸<100nm。
5.根据权利要求1所述的垃圾渗滤浓缩液的微气泡O3-电解一体套筒处理装置，其特征在于：所述的阳极电极和阴极电极为网状结构，材质为钛，厚度为1-2mm，其表面涂有稀有金属氧化物，该阳极电极与阴极电极的间距为4-8cm。
6.根据权利要求5所述的垃圾渗滤浓缩液的微气泡O3-电解一体套筒处理装置，其特征在于：所述的稀有金属氧化物为氧化钌。
7.根据权利要求1所述的垃圾渗滤浓缩液的微气泡O3-电解一体套筒处理装置，其特征在于：所述的粒子电极填料为活性炭或者生物炭，该生物炭BET为200-500m2/g，粒径<20mm，其中混合有重金属，该活性炭BET为800-1000m2/g，粒径为0.5-1cm。
8.根据权利要求1所述的垃圾渗滤浓缩液的微气泡O3-电解一体套筒处理装置，其特征在于：所述的三维电极的电流为1-2A，电压为1-15V。
9.根据权利要求1所述的垃圾渗滤浓缩液的微气泡O3-电解一体套筒处理装置，其特征在于：所述的溢流堰的上部设有出气口。
10.根据权利要求1中所述的垃圾渗滤浓缩液的微气泡O3-电解一体套筒处理装置，其特征在于：所述的垃圾渗滤浓缩液的COD为500-4500mg/L，pH为8-10，盐浓度为10-30g/L。
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