CN110372143A - 一种垃圾渗滤液物化脱氨预处理方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种垃圾渗滤液物化脱氨预处理方法和设备，包括以下步骤：(1)将垃圾渗滤液输送至预处理单元，实现固液分离，向上清液中投加碳酸盐分解助剂；(2)将预处理单元的上清液输送至负压蒸发单元，进行负压蒸发至所述上清液pH大于9，将负压蒸发后的液体输送至氨吹脱单元。本发明向垃圾渗滤液中投加碳酸盐分解助剂，同时配合负压蒸发使得不需消耗碱调节垃圾渗滤液pH值即可实现垃圾渗滤液氨氮的有效脱除；本发明通过对吸收工艺和设备结构的优化，氨吹脱时气液比控制为500‑2000:1，能量消耗减少，同时直接对富液进行冷却结晶、分离获得固态铵盐，大幅降低了能耗。
Description
技术领域
本发明涉及环保技术领域，尤其涉及一种垃圾渗滤液物化脱氨预处理方法和设备。
背景技术
随着我国经济的快速发展和城镇化建设，人民生活水平不断提升，产生了大量城镇生活垃圾。卫生填埋是我国生活垃圾的主要处置措施，近年来，随着环保要求的日益严厉，垃圾焚烧发电所占比例呈逐年上升趋势，但这两种处置措施在处置过程中都会产生大量垃圾渗滤液。垃圾渗滤液是一种性质复杂、难以处理的高浓度有机废水，具有高COD、高氨氮、高盐和毒性等特点，若不加处理，这些有毒有害的污染物将会对接收水体的周边环境、动植物和人类造成严重危害，社会影响巨大。
垃圾渗滤液B/C较高，可生化性好，但高氨氮使C/N失调，不能满足C:N:P＝100:5:1的微生物营养条件的需求，导致生化处理需要较大的生化池、较长的停留时间和补充碳源，且尾水氨氮不易稳定达标排放。实际工程中为保证尾水的稳定达标排放，需对尾水进行深度处理如化学氧化、膜过滤、反渗透等，导致垃圾渗滤液整体处理工艺复杂、流程长、工程投资大、占地面积大、运行成本高。因此，强化垃圾渗滤液脱氨预处理，有利于简化工艺流程、缩短废水生化处理停留时间、降低投资和运行成本、简化操作和管理；同时渗滤液中含有的大量氨氮也具有重大的回收利用价值。
目前，工业上垃圾渗滤液常见的脱氨处理技术主要有空气吹脱法、折点氯化法、化学沉淀法(MAP法)、吸附法、高级氧化法(臭氧氧化法、Fenton氧化法、电化学氧化法、光催化氧化法、过硫酸盐氧化法、超声波氧化法等)和膜吸收法等。其中，吹脱法工艺简单、易于操作且成熟有效，在工业上应用较广。
吹脱法需在较高的pH值下才能具有较好的氨氮脱除效率，通常pH需控制在10左右，因而需要消耗大量的碱，药剂耗量大，运行成本高；吹脱出水需回调pH又会产生大量的物化污泥危废(用石灰、氢氧化钙等调节pH时)或高含盐废水(用氢氧化钠等调节pH时)，物化污泥危废的处置增加了运行成本；高含盐废水增加了后续生化处理的难度，甚至需进行脱盐处理，进一步增加了运行成本。因此，研发新型的垃圾渗滤液氨氮脱除新工艺，在高效脱除氨氮的同时，能够显著降低氨氮脱除的运行成本，简化后续生化处理工艺和投资及运行成本，并能对渗滤液中的氨氮进行低成本回收和资源化，是目前众多垃圾填埋场和焚烧厂渗滤液处理迫切需求的关键技术。
目前，一些垃圾渗滤液处理的专利中都采用了吹脱法脱除垃圾渗滤液中的氨氮。发明专利CN102329057B中垃圾渗滤液采用石灰中和沉淀后，送至氨吹脱塔进行脱氨处理；发明专利CN108395048A中垃圾渗滤液经混凝沉淀后，上清液用NaOH调节pH在10.0～11.0、后进入氨吹脱塔进行氨吹脱，这两项专利中垃圾渗滤液氨氮的脱除主要是运用吹脱法脱除氨氮，其设备主要为吹脱塔和曝气池，垃圾渗滤液进入吹脱设备前，需采用碱，例如石灰、氢氧化钙或氢氧化钠等调节pH值，但未涉及吹脱效率和运行成本的改善。
由于垃圾渗滤液中的氨氮主要以碳酸盐或弱有机酸盐的铵离子形态存在，采用吹脱法脱除垃圾渗滤液中的氨氮时，必须通过添加碱调节垃圾渗滤液的pH值，使铵离子转化成游离态的氨，才能通过吹脱去除，碱的消耗量大；同时氨吹脱法属气膜传质控制，需要较大的气量和气液界面，传统的填料塔氨吹脱塔，气液比通常控制在3000-5000:1，动力消耗大。因此对氨吹脱法，在保障较好的氨脱除效率的前提下，如何降低碱消耗量和气液比是关键。
发明内容
本发明提供一种垃圾渗滤液物化脱氨预处理方法和设备，用以解决现有技术需要先用碱石灰调节垃圾渗滤液的pH值才能进行氨氮吹脱，同时氨氮回收过程耗能高的问题。
第一方面，本发明提供一种垃圾渗滤液物化脱氨预处理方法，包括以下步骤：
(1)将垃圾渗滤液输送至预处理单元，实现固液分离，向上清液中投加碳酸盐分解助剂；
(2)将预处理单元的上清液输送至负压蒸发单元，进行负压蒸发至所述上清液pH大于9，将负压蒸发后的液体输送至氨吹脱单元。
进一步地，还包括：
(3)将氨吹脱后的气体和负压蒸发后的气体输送至氨回收单元。
进一步地，步骤(2)中所述负压蒸发单元包括负压蒸发塔，进行负压蒸发时所述负压蒸发塔操作压力为-0.1MPa～-0.06MPa，优选为-0.08MPa～-0.06MPa，加热温度为60℃～100℃，优选为60℃～80℃。
步骤(1)中的碳酸盐分解助剂可以促进垃圾渗滤液的上清液中的碳酸盐的分解，尤其是在本发明负压蒸发的条件下，上清液中的pH值可以上升至9～11，不需使用碱或者石灰即可进入后续的氨吹脱单元。
进一步地，步骤(2)中在将预处理单元的上清液输送至负压蒸发单元前，使所述上清液温度上升至60℃。
进一步地，步骤(3)中所述负压蒸发后的液体部分pH值为9～11，氨氮浓度小于500mg/L。
进一步地，步骤(3)中所述氨吹脱单元包括吹脱塔，所述吹脱塔中气液比为500-2000:1，吹脱温度为30℃～60℃，产生的尾气输送至氨回收单元。
进一步地，步骤(3)中所述氨回收单元包括氨吸收塔，氨吸收溶液为有机酸和/或无机酸的水溶液，所述无机酸优选为硫酸、盐酸、磷酸和碳酸，所述有机酸优选为柠檬酸；所述氨吸收溶液pH小于3。
进一步地，所述氨吸收塔中吸收温度为40℃～50℃。
进一步地，所述氨回收单元还包括冷却结晶器，当所述氨吸收塔中吸收氨后的富液接近饱和时，将所述富液输送至所述冷却结晶器。
进一步地，所述冷却结晶器在冷却温度为20℃～30℃的条件下将降温析出的晶体进行过滤，精制，母液输送至所述氨吸收塔；所述冷却温度优选为22℃。
进一步地，所述的负压蒸发塔和所述吹脱塔分别为填料塔或板式塔中的任一种；所述填料塔采用具有抗堵塞的散堆，填料以鲍尔环为基材并在表面进行过抗堵修饰改性；所述板式塔采用抗堵塞塔板。
第二方面，本发明提供一种垃圾渗滤液物化脱氨预处理设备，包括：预处理单元、负压蒸发单元、氨吹脱单元和氨回收单元；其中，
所述预处理单元包括相连接的废水调节沉淀池和碳酸盐分解助剂储罐，所述负压蒸发单元包括负压蒸发塔，所述氨吹脱单元包括吹脱塔，所述氨回收单元包括氨吸收塔和冷却结晶器；其中，
所述预处理单元包括相连接的废水调节沉淀池和碳酸盐分解助剂储罐，所述负压蒸发单元包括负压蒸发塔，所述氨吹脱单元包括吹脱塔，所述氨回收单元包括氨吸收塔；其中，
所述负压蒸发塔上部入水口和所述废水调节沉淀池出水口相连接；
所述吹脱塔的上部入水口和负压蒸发塔底部出水口相连接；
所述氨吸收塔下部入气口分别与所述负压蒸发塔的顶部出气口和所述吹脱塔的顶部出气口相连接。
进一步地，所述氨回收单元还包括冷却结晶器，所述氨回收塔的底部出水口出水流经所述冷却结晶器可以回到所述氨回收塔的上部入水口。
在本发明一个优选实施方式中，垃圾渗滤液高效物化脱氨预处理工艺具体步骤如下：
(1)将垃圾渗滤液输送至预处理单元，实现固液分离，向上清液中投加碳酸盐分解助剂5～15ppm；
(2)将预处理单元的上清液输送至负压蒸发单元的负压蒸发塔中，负压蒸发塔在压力-0.06MPa～-0.1MPa，加热温度60℃～100℃的条件下负压蒸发在碳酸盐分解助剂的帮助下分解上清液中碳酸盐使得上清液pH上升至9以上，后将负压蒸发后的液体输送至氨吹脱单元，氨吹脱单元包括氨吹脱塔，氨吹脱塔在气液比为500-2000:1，吹脱温度为30℃～60℃的条件使得上清液中氨氮浓度下降到200mg/L以下进入后续生化处理，产生的气体输送至氨回收单元的氨吸收塔中；
(3)将氨吹脱后的气体和负压蒸发后的气体输送至氨回收单元，氨回收单元包括氨吸收塔和冷却结晶器，氨吸收塔将来自负压蒸发塔和氨吹脱塔的气体中的氨氮通过氨吸收溶液吸收，产生的气体达标后排放，产生的液体在pH达到5～6后输送至冷却结晶器冷却结晶，再过滤，精制获得固态铵盐。
本发明提供的一种垃圾渗滤液物化脱氨预处理方法和设备，具有如下有益效果：
(1)本发明通过添加少量碳酸盐分解助剂和负压蒸发，充分利用垃圾渗滤液自身含有的碳酸盐的分解，使得经负压蒸发后塔底垃圾渗滤液的pH可达9～11，后续氨氮吹脱工艺无需加碱就获得较高的氨氮吹脱效率，大幅降低了渗滤液氨氮脱除的处理成本。
(2)本发明通过对吸收工艺和设备结构的优化，在吹脱温度30℃～60℃，气液比为500～2000:1且不加碱调节pH值的条件下，经空气吹脱后吹脱塔塔底出水氨氮浓度可降至为200mg/L以下，最低可降至几十mg/L，完全满足后续生化处理要求，同时大幅降低的垃圾渗滤液脱氮的处理成本。
(3)在保证吹脱尾气达标排放、避免二次污染的前提下，将富液在20℃～30℃下冷却结晶，过滤和精制，直接获得固态铵盐，实现了低能耗废水中氨氮的资源化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1提供的垃圾渗滤液高效物化脱氨预处理的设备图；
图2为本发明实施例2提供的垃圾渗滤液高效物化脱氨预处理的工艺流程图；
其中：
1：废水调节沉淀池；2：碳酸盐分解助剂储罐；3：进料泵；4：加药泵；5：流量计；6：废水换热器；7：填料；8：分布器；9：负压蒸发塔；10：出水泵；11：冷凝器；12：真空泵；13：出水-循环泵；14：流量计；15：除雾器；16：吹脱塔；17：空压机；18：气体流量计；19：加热器；20：酸吸收液循环泵；21：氨吸收塔；22：换热器；23：流量计；24：冷却结晶器；25：过滤器；26：母液循环泵。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，
实施例1
图1为本实施例提供的垃圾渗滤液高效物化脱氨预处理的设备图，如图1所示，设备具体包括：
(1)预处理单元：包括相连接的废水调节沉淀池1和碳酸盐分解助剂储罐2，废水调节沉淀池1上设有进料泵3，碳酸盐分解助剂储罐2由加药泵4调控，废水调节沉淀池出水经由流量计5和废水换热器6进入负压蒸发单元。
(2)负压蒸发单元：包括负压蒸发塔9，其上部入水口和废水调节沉淀池1相连接，内部装有填料7，设有分布器8，外部装有真空泵12，底部出水口由出水泵10调控，出水通过废水换热器6进入氨吹脱单元，出气通过顶部出气口在真空泵12的调控下经由冷凝器11进入氨回收单元。
(3)氨吹脱单元：包括吹脱塔16，吹脱塔16上部入水口和负压蒸发塔9底部出水口相连，内部设有除雾器15、底部出水口由出水-循环泵13调控，可以调控出水进入后续生化处理流程或是通过流量计14回到上部入水口循环吹脱，下部入气口由空压机17调控、设有气体流量计18和加热器19，出气经由吹脱塔16顶部出气口进入氨回收单元。
(4)氨回收单元：包括氨回收塔21和冷却结晶器24，氨回收塔21底部入气口分别与负压蒸发塔9顶部出气口和吹脱塔16顶部出气口相连，氨回收塔21底部出水口由酸吸收液循环泵20调控，可以通过流量计23和换热器22将酸吸收液循环输送回氨回收塔21上部入水口，或是进入冷却结晶器24，冷却结晶器24和过滤器25相连接，出水经母液循环泵26和氨回收塔21上部入水口相连接。
进一步地，负压蒸发塔9和吹脱塔16采用填料塔或板式塔；塔内除沫器为丝网、折流板等除沫器的一种；分布器为双层排管式分布器、喷嘴式分布器或莲蓬式分布器中的一种。填料塔的填料为改性的鲍尔环散堆填料或规整填料；板式塔采用具有抗堵塞的塔板。
实施例2
图2为实施例提供的垃圾渗滤液高效物化脱氨预处理的工艺流程图，如图2所示，工艺流程主要包括以下步骤：
(1)将垃圾渗滤液输送至预处理单元，实现固液分离，向上清液中投加碳酸盐分解助剂；
(2)将预处理单元的上清液输送至负压蒸发单元，进行负压蒸发至所述上清液pH大于9，将负压蒸发后的液体输送至氨吹脱单元。
(3)将氨吹脱后的气体和负压蒸发后的气体输送至氨回收单元。
具体地，结合图1的垃圾渗滤液高效物化脱氨预处理的设备图，具体步骤如下：
(1)预处理单元：将垃圾渗滤液输送至预处理单元的废水调节沉淀池1中沉淀，然后将碳酸盐分解助剂从碳酸盐分解助剂储罐2中经由加药泵4加入上清液中，加入量为5～15ppm，用以促进垃圾渗滤液中的碳酸盐分解，后垃圾渗滤液通过流量计5在废水换热器6处和负压蒸发塔9塔底出水换热至60℃～80℃，进入负压蒸发单元的负压蒸发塔9。
(2)负压蒸发单元：垃圾渗滤液进入负压蒸发塔9后经分布器8均匀分布，塔底加热至温度为60℃～80℃；利用真空泵12对蒸发塔内进行负压抽真空，操作压力为-0.06MPa～-0.08MPa，垃圾渗滤液内碳酸盐分解的CO2和含有大量氨的气体部分经冷凝器11冷凝后进入氨吸收单元的氨吸收塔底部，负压蒸发处理后的液体部分pH可提高至9～11。
(3)氨吹脱单元：负压蒸发后的液体部分与原水换热后进入吹脱塔16上部，经分布器均匀分布，通过空压机17，气体流量计18和加热器19调控吹脱塔16的气液体积比为500～2000:1，吹脱温度为30℃～60℃。吹脱后的液体部分通过出水-循环泵13和流量计14泵入吹脱塔16上部循环吹脱，在吹脱结束后，将垃圾渗滤液排出进入后续生化处理，垃圾渗滤液此时的氨氮浓度降至200mg/L以下。吹脱产生的含氮尾气通过除雾器15进入氨吸收单元的氨吸收塔底部；吹脱塔16并可根据需要，通过调节气液比和吹脱塔塔底废水循环量控制吹脱出水氨氮的浓度。
(4)氨回收单元：负压蒸发塔9及吹脱塔16产生的CO2和含氨混合尾气进入氨吸收塔21底部，酸吸收液通过酸吸收液循环泵20通过流量计23和换热器22泵入氨吸收塔21上部，酸吸收液可以为硫酸、盐酸、磷酸、碳酸等无机酸或柠檬酸等有机酸中的一种或几种水溶液，pH小于3，温度控制在50℃以下，吸收尾气中的氨氮，产生的净化气体达到标准后通过塔顶排放。当氨吸收塔21底部吸收氨后的富液pH上升至5～6时，抽出部分富液进入冷却结晶器24，冷却结晶条件为20℃～30℃，降温析出铵盐，再经过过滤和精制获得固态铵盐，母液通过母液循环泵26泵入氨吸收塔21。
实施例3
某垃圾渗滤液废水，组成及浓度为：NH3-N为1500～2000mg/L，pH为8～8.5，利用本发明的设备进行氨氮脱除预处理步骤如下：
1)将垃圾渗滤液泵入废水调节沉淀池进行沉淀，上清液加入碳酸盐分解助剂，加入量为10ppm，然后经与负压蒸发塔出水换热至60℃左右。
2)预处理后的废水进入蒸发塔上部，经液体分布器均匀分布，塔底加热温度为80℃左右；打开真空泵对蒸发塔进行负压抽真空，操作压力为-0.06MPa，含碳酸盐分解的CO2和氨气的蒸发尾气经除沫器和冷凝后进入氨吸收塔底部；蒸发处理后塔底垃圾渗滤液的pH升高至9.5，出水通过计量泵进入吹脱塔上部；经负压蒸发处理后出水氨氮浓度为440mg/L。
3)负压蒸发处理后的垃圾渗滤液进入吹脱塔上部，经液体分布器均匀分布，含有大量氨的吹脱尾气经除沫器后进入氨吸收塔底部；其中吹脱塔工艺气液体积比为1000:1，吹脱温度为35℃，经吹脱后垃圾渗滤液氨氮浓度降为115mg/L。
4)负压蒸发及空气吹脱工艺产生的CO2和含氨混合尾气进入吸收塔底部，氨被塔顶喷洒下来的30％硫酸吸收液吸收，吸收液温度为45℃，塔顶净化气达标排放；当塔底部吸收氨后的富液pH为5.5时，通过吸收剂泵将吸收塔底富液泵入冷却结晶器冷却。
5)富液进入冷却结晶器，冷却温度为22℃，降温析出硫酸铵晶体，经过滤、精制获得硫酸铵晶体；母液泵入吸收塔循环吸收。
本发明通过添加少量碳酸盐分解助剂后进行负压蒸发以及限定负压蒸发的条件，充分利用垃圾渗滤液自身含有的碳酸盐的分解，使得经负压蒸发后塔底垃圾渗滤液的pH升高至9.5，无需添加碱就可以进行氨氮吹脱；经由本发明提供的垃圾渗滤液物化脱氨预处理工艺处理过的垃圾渗滤液液，由氨氮含量1500～2000mg/L降低为115mg/L，完全满足后续生化处理要求；本发明通过对吸收工艺和设备结构的优化，在22℃下冷却结晶，过滤和精制，直接获得固态铵盐，能耗较低。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种垃圾渗滤液物化脱氨预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将垃圾渗滤液输送至预处理单元，实现固液分离，向上清液中投加碳酸盐分解助剂；
(2)将预处理单元的上清液输送至负压蒸发单元，进行负压蒸发至所述上清液pH大于9，将负压蒸发后的液体输送至氨吹脱单元。
2.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液物化脱氨预处理方法，其特征在于，还包括：
(3)将氨吹脱后的气体和负压蒸发后的气体输送至氨回收单元。
3.根据权利要求1或2所述的垃圾渗滤液物化脱氨预处理方法，其特征在于，步骤(2)中所述负压蒸发单元包括负压蒸发塔，进行负压蒸发时所述负压蒸发塔操作压力为-0.1MPa～-0.06MPa，优选为-0.08MPa～-0.06MPa；加热温度为60℃～100℃，优选为60℃～80℃。
4.根据权利要求3所述的垃圾渗滤液物化脱氨预处理方法，其特征在于，所述负压蒸发塔为填料塔或板式塔中的任一种；所述填料塔采用抗堵塞的散堆填料，优选以鲍尔环为基材并在其表面进行抗堵修饰改性；所述板式塔采用抗堵塞塔板。
5.根据权利要求2所述的垃圾渗滤液物化脱氨预处理方法，其特征在于，步骤(2)中所述氨吹脱单元包括吹脱塔，所述吹脱塔中气液比为500-2000:1，吹脱温度为30℃～60℃，产生的尾气输送至所述氨回收单元。
6.根据权利要求2所述的垃圾渗滤液物化脱氨预处理方法，其特征在于，步骤(3)中所述氨回收单元包括氨吸收塔，氨吸收溶液为有机酸和/或无机酸的水溶液，所述无机酸优选为硫酸、盐酸、磷酸或碳酸，所述有机酸优选为柠檬酸；所述氨吸收溶液pH小于3。
7.根据权利要求6所述的垃圾渗滤液物化脱氨预处理方法，其特征在于，所述氨吸收塔中吸收温度为40℃～50℃。
8.根据权利要求6或7所述的垃圾渗滤液物化脱氨预处理方法，其特征在于，所述氨回收单元还包括冷却结晶器，当所述氨吸收塔中吸收氨后的富液接近饱和时，将所述富液输送至所述冷却结晶器。
9.根据权利要求8所述的垃圾渗滤液物化脱氨预处理方法，其特征在于，所述冷却结晶器在冷却温度为20℃～30℃的条件下将降温析出的晶体进行过滤，精制，母液输送至所述氨吸收塔；所述冷却温度优选为22℃。
10.一种垃圾渗滤液物化脱氨预处理设备，其特征在于，包括：预处理单元、负压蒸发单元、氨吹脱单元和氨回收单元；其中，
所述预处理单元包括相连接的废水调节沉淀池和碳酸盐分解助剂储罐，所述负压蒸发单元包括负压蒸发塔，所述氨吹脱单元包括吹脱塔，所述氨回收单元包括氨吸收塔；其中，
所述负压蒸发塔上部入水口和所述废水调节沉淀池出水口相连接；
所述吹脱塔的上部入水口和负压蒸发塔底部出水口相连接；
所述氨吸收塔下部入气口分别与所述负压蒸发塔的顶部出气口和所述吹脱塔的顶部出气口相连接。
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