生活垃圾卫生填埋场垃圾渗滤液氨的回收工艺及设备

摘要

本发明提供一种生活垃圾卫生填埋场垃圾渗滤液氨的回收工艺及设备，第一步是垃圾渗滤液中氨的脱除：在渗滤液中投加碱性化学品，调节垃圾渗滤液pH值至9～11；采用空气吹脱法在脱氨塔中脱除垃圾渗滤液中的氨；第二步是氨的回收：对含氨气体采用硫酸溶液吸收法将硫酸铵回收。吸收采用两个吸收反应器，在第一个吸收反应器中，使85％～95％的含氨气体得到处理，第一个吸收反应器循环母液中硫酸铵的浓度低于硫酸铵饱和浓度，避免硫酸铵结晶的产生；第一个吸收反应器中未饱和的循环母液送至第二个吸收反应器中与5％～15％的含氨气体继续反应，使第二个吸收反应循环母液中硫酸铵浓度高于硫酸铵饱和浓度，促使硫酸铵结晶产生；第三步是硫酸铵结晶的分离。

说明书

技术领域

本发明涉及一种生活垃圾卫生填埋场垃圾渗滤液氨的回收工艺及设备，具体涉及一种从生活垃圾处理及利用技术领域。

背景技术

垃圾卫生填埋是我国近年来广泛使用的处理固体垃圾的方法。对于一个厌氧性填埋场，其机理是利用厌氧发酵方法，将垃圾中的有机物通过厌氧及兼氧微生物的降解作用，转化为二氧化碳、甲烷等气态产物。由于城市固体废弃物本身含有大量的水分，在进行生物转化过程中就会以渗滤液的形式渗滤出来，同时垃圾填埋场受降雨及径流等因素的影响，也会通过垃圾填埋场的渗滤而形成垃圾渗滤液。

垃圾渗滤液成分复杂，其组分不仅取决于填埋场的填埋方式(厌氧性填埋、半好氧性填埋、动态或静态好氧性填埋等)，也取决于填埋场所处理的固体废弃物种类(建筑垃圾、生活垃圾、商业旅游垃圾、工业垃圾、海洋渔业垃圾等)及其相关比例，还取决于填埋场的服务年代、自然条件(地理位置、地质地貌、气候状况等)、垃圾压实状况以及垃圾渗滤液收集、导排方式等多种因素。

我国大多垃圾填埋场的垃圾填埋方式为厌氧性填埋，垃圾压实状况较好，处理的垃圾以生活垃圾为主。由于生活垃圾中厨余物含量较高，蛋白质丰富，采用厌氧性填埋时，蛋白质氨化作用迅速而彻底，从而导致其垃圾渗滤液氨含量较高。通过多年的水质监测，我国垃圾填埋场渗滤液的氨含量一般在1000～4000mg/l之间，平均2000mg/l左右。随着垃圾填埋场运行时间的延长，其渗滤液中氨含量还将进一步上升。高浓度的氨是垃圾渗滤液的水质特征，是导致垃圾渗滤液处理困难的原因之一。

对于垃圾渗滤液中高浓度的氨，国内外目前普遍采用物化法、化学法和生物法进行处理。这些方法各有特点，但都存在一定的局限性，或是设备投资大、能耗多、运行费用高，或是渗滤液中的氨不能回收利用，排放到环境中造成新的污染等问题。

氨是一种恶臭物质，对人体主要有以下几方面的危害：

(1)危害呼吸系统：人们闻到恶臭，对呼吸系统产生反射性的抑制，甚至憋气，妨碍正常呼吸功能。

(2)危害循环系统：随呼吸变化，会出现脉搏和血压变化，如氨会使血压出现先下降后上升现象。

(3)危害消化系统：人经常接触恶臭，会使人产生厌、恶心，甚至呕吐，进而发展到消化功能减退。

(4)危害内分泌系统：经常受到恶臭刺激，使内分泌系统功能紊乱，影响机体代谢。

(5)危害神经系统：恶臭的刺激，会使嗅觉疲劳甚至丧失。“久闻而不知其臭”，最后导致大脑皮层兴奋和抑制的调节功能失调。

(6)影响精神状态：恶臭使人烦躁不安，思想不集中，工作效率降低，判断力和记忆力下降，影响大脑的思维活动。

生活垃圾卫生填埋场垃圾渗滤液氨的回收利用是关系到环境保护和资源利用两大问题。

目前，焦化厂煤气中氨回收的方法采用硫酸铵饱和器工艺，煤气中的氨在硫酸铵饱和器中与硫酸反应，当硫酸铵浓度高于硫酸铵饱和浓度时，硫酸铵结晶产生并析出。该方法氨的吸收和结晶在一个反应器中完成，运行管理复杂，设备造价昂贵，存在反应器管路容易被硫酸铵结晶堵塞影响吸收效率、设备检修维护频繁等问题。

发明内容

本发明的目的是鉴于生活垃圾卫生填埋场渗滤液的特征，提出一种生活垃圾卫生填埋场垃圾渗滤液氨的回收工艺及设备。本发明采用脱除+吸收两段组合工艺，回收垃圾渗滤液中的氨，变废为宝。特别是解决脱氨后含氨气体与硫酸反应的设备问题，克服硫酸铵饱和器工艺设备造价高和管路易被硫酸铵结晶堵塞、设备检修维护频繁等问题，吸收效率高，运行管理简单。本发明符合循环经济产业理念，提出的回收工艺及设备技术上可行、经济上适用，并能够在工程上应用。

本发明提出的生活垃圾卫生填埋场渗滤液氨回收工艺流程分一种生活垃圾卫生填埋场垃圾渗滤液氨的回收工艺，流程分三步实施：

第一步是垃圾渗滤液中氨的脱除：

1)在收集的垃圾渗滤液中投加碱性化学品，调节垃圾渗滤液pH值至9～11；

2)采用空气吹脱的方法，在脱氨塔中脱除垃圾渗滤液中高浓度的氨，脱除高浓度氨的渗滤液另行处理；

第二步是含氨气体中氨的回收：

对于吹脱产生的含氨气体，采用硫酸溶液吸收的方法生成硫酸铵回收利用；采用两个吸收反应器回收，在第一个吸收反应器中，含氨气体由下而上运动与从上部喷淋的含硫酸母液接触反应，使85％～95％的含氨气体得到处理，不断生成硫酸铵落入循环母液槽，通过控制硫酸投加量和吸收反应时间，使第一个吸收反应器循环母液中硫酸铵的浓度低于硫酸铵饱和浓度，避免吸收过程中硫酸铵结晶的产生；第一个吸收反应器中未饱和的循环母液送至第二个吸收反应器，在第二个吸收反应器中与其余5％～15％的含氨气体继续反应，通过控制硫酸投加量和吸收反应时间，使第二个吸收反应器的循环母液中硫酸铵浓度高于硫酸铵饱和浓度，促使硫酸铵结晶在第二个吸收反应器中产生。

第三步是硫酸铵结晶的分离。

所述的生活垃圾卫生填埋场垃圾渗滤液氨的回收工艺，在第一个吸收反应器中，维持循环母液pH值＜3，维持第一个吸收反应器中循环母液硫酸铵浓度低于当时温度下硫酸铵饱和浓度的2～10％。

所述的生活垃圾卫生填埋场垃圾渗滤液氨的回收工艺，在第二个吸收反应器中，维持循环母液pH值在6～7范围内，维持第二个吸收反应器循环母液中硫酸铵浓度高于当时温度下饱和浓度。

所述的生活垃圾卫生填埋场垃圾渗滤液氨的回收工艺，第一步垃圾渗滤液中氨的脱除时，调节垃圾渗滤液pH值的方法是固体CaO或Ca(OH)₂与NaOH溶液同时投加。

用于生活垃圾卫生填埋场垃圾渗滤液氨的回收设备，包括依次由管路连接的混合反应池、脱氨塔、吸收反应器、离心脱水机；混合反应池通过管路连接到脱氨塔的布液器；脱氨塔的出气口通过管路和电动阀分别连接到第一个吸收反应器和第二个吸收反应器的进气口；第一个吸收反应器的第一循环母液槽通过管路、母液输送泵与第二个吸收反应器的第二循环母液槽连接；第二个吸收反应器的硫酸铵结晶槽通过管路和晶体输送泵与离心脱水机连接。

所述的第一个吸收反应器分为上下两部分，上部为含氨气体吸收区，下部为第一循环母液槽；第二个吸收反应器从上到下分为三部分，上部为含氨气体吸收区，中间为第二循环母液槽，下部为硫酸铵结晶槽。

所述的第一个吸收反应器上部含氨气体吸收区由玻璃钢材料制造，下部第一循环母液槽由SS316L不锈钢材料制造。

所述的第二个吸收反应器上部含氨气体吸收区由玻璃钢材料制造，中间第二循环母液槽和下部硫酸铵结晶槽由SS316L不锈钢材料制造。

考虑垃圾渗滤液脱氨气体量大、含氨浓度低且浓度变化大的特点，为保证含氨气体中氨的吸收效率，在两个吸收反应器中都设置了2～3级喷淋吸收装置。通过吸收运行过程中控制循环母液pH值及吸收喷淋级数，保证垃圾渗滤液脱氨后含氨气体中氨的吸收效率大于95％。结合本回收工艺第一步垃圾渗滤液中氨的脱除效率，本生活垃圾卫生填埋场渗滤液氨回收工艺总的氨回收效率可以达到85％以上。

本发明的优点：

1、改善城镇的水环境质量，减少污染物排放量，改善居民生活条件、提高人民健康水平、创造了良好的投资环境，为吸引投资、发展经济提供了良好的外部条件。

2、回收资源，做到经济增长与环境保护协调发展，对城市建设发展有重大意义。从长远来讲，循环经济是人类生存和发展的唯一选择。在治理环境的同时，使垃圾填埋过程中产生的废物资源得到充分利用，符合国家实现循环经济的政策。

3、本发明吸收反应器由两个吸收反应器构成。第一个吸收反应器将95％左右的含氨气体进行处理，其循环母液中硫酸铵的浓度低于硫酸铵饱和浓度，避免吸收过程中硫酸铵结晶的产生；第二个吸收反应器中对5％左右的含氨气体进行处理，促使硫酸铵结晶在第二个吸收反应器中产生。两个吸收反应器的组合，使大部分含氨气体的吸收反应同硫酸铵结晶反应分开，在第二个吸收反应器中获得硫酸铵晶体的同时，最大限度的保证第一个吸收反应器含氨气体的吸收效率。两个吸收反应器的构成及工艺过程控制，使吸收反应器的高吸收效率和硫酸铵结晶的产生得到很好的统一，保证本回收工艺的顺利实施。

4、两个吸收反应器上部含氨气体吸收区由玻璃钢材料制造，下部由SS316L不锈钢材料制造，整体设备造价大幅度降低。

5、在第一个吸收反应器中，维持循环母液pH值＜2，最大限度保证了含氨气体的吸收效率，在保护大气环境的同时，使氨的回收效率最大化。

6、在第二个吸收反应中，循环母液槽中维持循环母液pH值呈微酸性，在不影响整个系统的吸收效果同时，使硫酸铵晶体的析出迅速并便于控制，有利于硫酸铵晶体产品的获得。

本发明提供一种符合循环经济产业理念，并技术上可行、经济上适用、能够在工程上应用的生活垃圾卫生填埋场渗滤液氨回收工艺及设备。

附图说明

图1本发明垃圾卫生填埋场渗滤液氨回收工艺系统流程图。

图2脱氨塔结构图。

图3吸收反应器结构图。

具体实施方式

生活垃圾卫生填埋场渗滤液中氨的脱除原理：

垃圾渗滤液中的氨，一般以铵离子(NH₄⁺)和游离氨(NH₃)的形式存在，并在水中保持如下电离平衡：

这个平衡受pH值影响。当pH值升高时，平衡向右移动，游离氨增高；pH值降低时，平衡向左移动，铵离子增高。当水的pH值升高到11左右时，水中的氨几乎全部以NH₃的形式存在，若加以搅拌、曝气等作用可促使氨从水中向大气中转移。

生活垃圾卫生填埋场渗滤液中含氨气体吸收原理：

硫酸吸收含氨气体中的氨得到硫酸铵，其化学反应式为：

2NH₃+H₂SO₄→(NH₄)₂SO₄    (2)

氨和硫酸的反应为放热过程，其ΔH＝-275kJ/mol。当用硫酸吸收废气中的氨时，实际热效应与硫酸铵母液的酸度和温度有关。用适量硫酸与氨反应，可生成中式盐。如果硫酸过量，则生成酸式盐，其化学反应式为：

随着溶液中氨饱和程度的提高，酸式盐又转变为中式盐，其化学反应式为：

NH₁HSO₄+NH₃→(NH₄)₂SO₄    (4)

溶液中酸式盐和中式盐的比例取决于溶液中游离酸的浓度。当酸度仅为1％～2％时，主要生成中式盐；当酸度提高时，酸式盐的含量也相应提高。由于酸式盐易溶于水和稀硫酸中，故在酸度不大时，从饱和溶液中析出的只有硫酸铵晶体。

下面结合附图对本发明的设备作进一步说明：

图1本发明垃圾卫生填埋场渗滤液氨回收工艺系统流程图：

本发明的系统包括依次由管路连接的混合反应池1、脱氨塔2、吸收反应器3、4、母液输送泵5、晶体输送泵6、离心脱水机7。

混合反应池1是调节渗滤液pH值的设备，1a是渗滤液进口，1b是渗滤液输送泵，经调节的渗滤液通过管路和渗滤液输送泵1b送到脱氨塔2中将渗滤液中氨脱除；2a是脱氨塔渗滤液喷淋器，2b是吹脱风机，2c是进风口，2d是出气口，2e是脱氨渗滤液(另行处理)；脱氨塔2的出气口2d通过管路和电磁阀3f、4f分别连接到第一个吸收反应器3和第二个吸收反应器4的进气口3a、4a；第一个吸收反应器3的第一循环母液槽3b通过管路和母液输送泵5与第二个吸收反应器4的第二循环母液槽4b连接；第二个吸收反应器4下部硫酸铵结晶槽4i通过管路和晶体输送泵6与离心脱水机7连接。3c、4c分别是第一个吸收反应器3和第二个吸收反应器4的吸收区；3d、4d分别是第一个吸收反应器3和第二个吸收反应器4的母液循环泵；3e、4e是第一个吸收反应器3和第二个吸收反应器4的自动加酸装置；3g、4g是第一个吸收反应器3和第二个吸收反应器4的循环母液喷淋器；3h、4h是第一个吸收反应器3和第二个吸收反应器4的洁净空气出口。

图2是脱氨塔结构图：本工艺第一步垃圾渗滤液中氨的脱除，是通过脱氨塔实现的。根据垃圾渗滤液氨的脱除特点，脱氨塔为大通量、低阻力、高效率的规整填料塔。脱氨塔塔体由不锈钢、玻璃钢、聚丙烯等耐腐蚀材料制造，塔内件由不锈钢材料制造。脱氨塔使用的波纹规整填料由不锈钢或聚丙烯材料制造，比表面积要求在125～250m²/m³。进入脱氨塔的渗滤液需要使用碱性化学品调整其pH值至9～11，碱性化学品可以是单一的纯碱、烧碱、石灰或者它们混合投加。结合渗滤液整体处理要求，通过控制渗滤液氨脱除过程中pH值、气液比等参数，可使垃圾渗滤液中氨的脱除效率达到90％以上。脱氨塔2包括渗滤液喷淋入口2a，进风口2c，出气口2h，两级布液器2f，两级级填料2b，喷淋器2g，2e是脱氨渗滤液出口(另行处理)，2d是检修孔。

图3吸收反应器结构图。

吸收反应器包括第一个吸收反应器3和第二个吸收反应器4。第一个吸收反应器3分为上下两部分，上部分为含氨气体吸收区3c，下部分为第一循环母液槽3b；第二个吸收反应器4从上到下分为三部分，上部分为含氨气体吸收区4c，中间为第二循环母液槽4b，下部为硫酸铵结晶槽4i。

脱氨塔脱出的含氨气体通过管路和电动阀3f、4f分别连接到第一个吸收反应器3和第二个吸收反应器4的进气口3a、4a；第一个吸收反应器3的第一循环母液槽3b通过管路、母液输送泵5与第二个吸收反应器4的第二循环母液槽4b连接；第一个吸收反应器4通过管路和晶体输送泵6与离心脱水机连接。3c、4c是第一个吸收反应器3和第二个吸收反应器4的吸收区；4d是第二个吸收反应器4的母液循环泵；3e、4e是第一个吸收反应器3和第二个吸收反应器4的硫酸储槽；3g、4g是第一个吸收反应器3和第二个吸收反应器4的循环母液喷淋器；3h、4h是第一个吸收反应器3和第二个吸收反应器4的洁净空气出口；4i是第二个吸收反应器4的硫酸铵结晶槽。

3c、4c是第一个吸收反应器3和第二个吸收反应器4的吸收区；3d、4d是第一个吸收反应器3和第二个吸收反应器4的母液循环泵；3e、4e是第一个吸收反应器3和第二个吸收反应器4的自动加酸装置；3g、4g是第一个吸收反应器3和第二个吸收反应器4的循环母液喷淋器；3h、4h是第一个吸收反应器3和第二个吸收反应器4的洁净空气出口；4i是第二个吸收反应器4的硫酸铵结晶槽。

第一个吸收反应器3上部含氨气体吸收区由玻璃钢材料制造，下部第一循环母液槽由SS316L不锈钢材料制造。

第二个吸收反应器4上部含氨气体吸收区由玻璃钢材料制造，中间第二循环母液槽和下部硫酸铵结晶槽由SS316L不锈钢材料制造。

吸收反应器中得两个吸收反应器3、4中设置了2～3级喷淋吸收装置。

本发明的工艺流程分三步实施：

第一步是垃圾渗滤液中氨的脱除：

1)在收集的垃圾渗滤液中投加碱性化学品，调节垃圾渗滤液pH值至9～11；调节垃圾渗滤液pH值的方法是固体CaO或Ca(OH)₂与NaOH溶液同时投加。

2)采用空气吹脱的方法，在脱氨塔中脱除垃圾渗滤液中高浓度的氨，脱除高浓度氨的渗滤液另行处理。

第二步是含氨气体中氨的回收：

根据垃圾渗滤液脱氨后含氨气体气量大、含氨浓度低的特点，本发明吸收反应器由两个吸收反应器构成，脱氨反应得到的含氨气体进入吸收反应器中，与依重力向下流动或喷洒的酸性母液直接接触，发生中和反应，得到硫酸铵溶液，流入母液槽中。

在第一个吸收反应器3中，85％～95％的含氨气体得到处理。

(1)吸收过程中，吸收母液槽中的硫酸采用间断多次的方式投加，通过控制硫酸投加量和吸收反应时间(也就是氨吸收量)，在维持循环母液酸性(pH值＜3)的同时，使第一个吸收反应器3中循环母液逐渐增高的硫酸铵浓度低于硫酸铵饱和浓度，在第一个吸收反应器中，含氨气体由下而上运动与从上部喷淋的含硫酸母液接触反应，使85％～95％的含氨气体得到处理，不断生成硫酸铵落入循环母液槽，通过控制硫酸投加量和吸收反应时间，使第一个吸收反应器循环母液中硫酸铵的浓度低于硫酸铵饱和浓度(应低于当时温度下硫酸铵饱和浓度的2～10％)，避免吸收过程中硫酸铵结晶的产生；

(2)在第一个吸收反应器3中补充硫酸和水，按以上(1)要求，继续第一个吸收反应器3吸收反应的进行。

在第二个吸收反应4中，其循环母液来自第一个吸收反应器3的未饱和循环母液。吸收过程中，吸收母液槽中的硫酸采用间断多次的方式投加，通过控制硫酸投加量和吸收反应时间，也就是氨吸收量，使其余5％～15％的含氨气体得到处理，在维持循环母液微酸性(pH值6～7)的同时，使第二个吸收反应器4中循环母液逐渐增高的硫酸铵浓度高于硫酸铵饱和浓度，促使硫酸铵结晶在第二个吸收反应器4中产生。

第三步是硫酸铵结晶的分离：当第二个吸收反应器4中酸性循环母液酸度逐渐接近中性并在结晶槽有大量硫酸铵晶体产生时，通过晶体输送泵将产生的硫酸铵晶体离心脱水处理，进入料斗，称量包装入库。

渗滤液氨回收工程基本参数如下：

(1)生活垃圾卫生填埋场渗滤液的处理量为800～1000m³/d；

(2)生活垃圾卫生填埋场渗滤液中的氨含量平均为2000mg/l。

反应沉淀后的渗滤液由泵送至脱氨塔，进行脱氨反应。垃圾渗滤液中氨的脱除通过两座脱氨塔完成。脱氨塔为不锈钢材料制造，逆流式，填料塔结构，塔径3.3m，塔高15m。脱氨塔内填料高度5米，采用不锈钢规整填料，分两层装填。单塔设计喷淋密度93.5m³/m².d，运行空塔气速1.87m/s，气液比3200～2000∶1。

吸收反应器由两个吸收反应器构成。第一个吸收反应器3为组合式，分为上下两部分，85％～95％的含氨气体得到处理。上部分为含氨气体吸收区，直径5m，高9m，玻璃钢材料制造，布置两层喷淋吸收装置。下部分为循环母液槽，L×W×H＝6.5m×5.2m×1.5m，有效容积35m³，SS316L不锈钢材料制造。第二个吸收反应器4为组合式，分为上中下三部分，约5％～15％的含氨气体得到处理。上部分为含氨气体吸收部分，直径3m，高5.5m，玻璃钢材料制造，布置三层喷淋吸收装置。中下部分为循环母液槽和结晶槽，L×W×H＝4.5m×3.5m×5.0m，总有效容积24.35m³，其中底部锥形结构的结晶槽容积8.6m³，SS316L不锈钢材料制造。

本发明提出了一条符合国家循环经济产业政策的工艺路线，在治理生活垃圾卫生填埋场垃圾渗滤液污染环境的同时，使垃圾填埋过程中产生的废物得到回收利用。该垃圾填埋场渗滤液中氨经本工艺回收，每年可得到硫酸铵固体产品2000多吨。经当地计量质量检测研究院检测，其硫酸铵固体产品中杂质含量低于国家相关标准要求(GB 535-1995肥料、土壤调理剂-硫酸铵标准)。

本发明的核心有两个：第一个是采用脱除+吸收两段组合工艺，回收垃圾渗滤液中的氨。第二个是在含氨气体的吸收反应过程中采用两个吸收反应器得方法，在保证吸收效率的同时，避免吸收过程中由于硫酸铵结晶堵塞管路而对整个吸收效率的影响。吸收反应器的两个吸收反应器上部和下部采用不同材料制造，造价大幅度降低。