一种提高垃圾滤液可降解性的空化装置

摘要

一种提高垃圾滤液可降解性的空化装置，包括定子、转子、超声探头和转轴，定子为密闭筒体，定子的内壁上分布有超声换能器和超声探头，超声探头连接在超声换能器上，定子上设置有滤液入口、滤液出口和氧化剂输送管，转轴安装在定子端盖的轴承中，转子处于定子内腔，并与转轴连接，转子上分布有叶片，叶片上分布有空化孔。本发明的装置耦合了水力空化和超声空化技术，一体化设备显著简化了工艺流程。采用空化技术进行预处理，可将复杂的高分子化合物分解为生物可降解性更高的物质，增强垃圾滤液的生物降解能力。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于提高垃圾滤液可降解性的装置，尤其是一种利用空化技术提高垃圾滤液可降解性的装置。

背景技术

目前城市生活垃圾处理主要有三种方式：卫生填埋、焚烧、堆肥。其中，卫生填埋具有成本较低、技术相对简单、管理运输方便、处理迅速等优势，已成为主要的垃圾处理方式。但是垃圾填埋产生的垃圾滤液水质极其恶劣，垃圾渗滤液是一种危害较大的高浓度有机废水，一般呈黑褐色，含有大量的无机和有机污染物，会对周围环境及填埋场场底土层造成长期、严重的污染问题，甚至引发严重的二次污染。

垃圾渗滤液的处理方法主要包括物理化学法和生物法。生物法主要包括好氧处理法、厌氧处理法以及二者相结合的方法，生物法操作简便，运行费用较低，且技术成熟，但是对相对分子量较小的有机成分和毒性较高的废水处理效果较差。物理化学法主要包括膜渗析、化学沉淀、光催化、化学氧化和化学还原等多种方法。膜处理法技术费用昂贵，且产生的膜污垢会堵塞膜孔，对处理效率有很大影响；化学沉淀法易受pH值等条件的限制，且会产生大量的化学污泥，出水含盐量高；光催化主要以紫外灯及日光等为光源，容易受外界条件的影响。在物理化学方法中，高级氧化工艺是提高渗滤液生物降解性的有效技术，在许多的高级氧化工艺中，空化可有效破坏复杂的有机化学物质，近年来，空化现象开始被视作一种消毒和降解各种有机化合物的有效方法。空化现象在该领域的应用为降解污染物提供了一种崭新的方案，发展前景十分可观。因此，开展用于生物降解的空化装置及技术研究具有重要的意义。

CN108975644A公开的一种垃圾沥滤液浓缩液循环处理的装置，在一定程度上提高了垃圾沥滤液的可降解性，但是容易造成二次污染。CN109231602A公开的一种垃圾渗滤液超滤产出液处理装置，包括依次连通的电化学混凝设备、混凝澄清设备以及电化学氧化设备，由于电化学氧化法在实际运用处理中铁耗量较大和电流效率不高，因而总体降解效率不高。

CN106045058B提供了一种光催化生物吸附剂处理垃圾渗滤液的方法，将光催化生物吸附剂与垃圾渗滤液混合进行光照振荡吸附降解，完成对垃圾渗滤液的处理。然而，光催化降解法处理的光催化剂能量利用率不高，且光催化剂易发生光蚀，影响使用效果。

CN111003894A提供一种复合型垃圾渗滤液处理系统，包括集液池、精滤池、电解池、三维电极池、水力空化池和生物树脂池，其中水力空化池分为上腔和下腔，空气曝气装置和超声波发生器设置在下腔中。该装置的整体体积和质量较大，能耗高。

发明内容

针对现有的垃圾渗滤液的处理方法中存在的问题与不足，提出一种应用水力和超声空化技术作为预处理技术来提高垃圾渗滤液的生物降解性的方法。提高垃圾滤液可降解性的空化装置

本发明的提高垃圾滤液可降解性的空化装置，采用如下技术方案：

一种提高垃圾滤液可降解性的空化装置，包括定子、转子、超声探头和转轴，定子为密闭筒体，定子的内壁上分布有超声换能器和超声探头，超声探头连接在超声换能器上，定子上设置有滤液入口、滤液出口和氧化剂输送管，转轴安装在定子中(转轴通过定子端盖的轴承固定)，转子位于定子内腔并与转轴连接，转子上分布有叶片，叶片上分布有空化孔。

所述定子的内径为500mm，长度为500mm，壁厚为40mm；所述叶片长度为200mm，宽度为100mm，厚度为20mm。

所述超声波探头直径为6mm，等间距分布于定子内壁。

所述叶片沿周向等间隔分布在转子上。

所述空化孔的轴线与转子的转动切线方向一致，而不是与转子的轴向一致。

所述空化孔在叶片上均呈5排、9列的矩形阵列排布。

所述空化孔为文丘里形结构，两端分别为内径2.5mm的出口和入口，中部为内径1mm的喉部。

所述滤液入口的进液压力为7bar。

所述转轴的转速为4000-4500r/min。

空化是指当液体内部局部压力降低时，由于液体的剧烈汽化而产生大量空化气泡，空化气泡随液体流动不断产生、膨胀、生长，当液体压力恢复时，空化气泡瞬间溃灭产生局部高温、高压，形成极端环境，并释放大量能量，如果对其加以利用，可实现提高垃圾渗滤液的生物降解性的效果。空化技术作为一种渗滤液预处理，旨在增强其生物降解能力、使复杂的高分子化合物分解为生物可降解性更高的物质。

利用压力将垃圾渗滤液从循环水箱压入本发明上述装置的定子中，发生空化现象产生空化气泡，利用空化气泡从产生、膨胀到溃灭过程中释放的能量对渗滤液进行预处理，增强其生物降解能力，随后废水流出空化装置进入循环水箱中。

本发明具有以下特点：

1.本发明采用空化技术进行预处理，可将复杂的高分子化合物分解为生物可降解性更高的物质，增强垃圾滤液生物降解能力。

2.本发明采用离心泵输出压力，输出流量可由阀门精确调节，可实现排液均匀无脉冲。

3.本发明的空化反应器装置耦合了水力空化和超声空化技术，一体化设备显著简化了工艺流程、设备重量和占地空间。

4.本发明的空化反应器采用内置式超声探头，产生的噪声小，能量衰减小。

5.本发明的空化反应器装置，采用叶片结构，且叶片上分布有空化孔，空化效率高，对垃圾滤液的降解效果好。

6.本发明的空化反应器中的定子和转子，可根据不同工况调节更换，操作方便。

7.本发明的空化反应器为闭环装置，垃圾滤液可进行多次降解增强其生物降解能力。

8.本发明出水水质稳定，适用范围广，整体结构简单，大大提高了能量利用率，易于实现工业化。

附图说明

图1是本发明提高垃圾滤液可降解性的空化装置的结构示意图。

图2是本发明的定子和转子截面示意图。

图3是本发明中提高垃圾滤液可降解性的系统组成示意图。

图中：1.滤液入口，2.密封盖，3.密封端盖，4.转轴，5.角接触球轴承，6.机械密封，7.定子端盖，8.密封垫圈，9.定子，10.超声探头，11.超声换能器，12.空化孔，13.转子，14.滤液出口，15.楔键，16.氧化剂输送管，17.叶片。

18.循环水箱，19.离心泵，20.电磁流量计，21.压力计，22.空化反应器，23.阀门，24.压电压力表，25.控制器。

具体实施方式

本发明提高垃圾滤液可降解性的空化装置，如图1和图2所示，包括定子9、转子13、超声探头10和转轴4。定子9为密闭筒体，定子的内径为500mm，长度为500mm，壁厚度为40mm。定子8两侧设置有定子端盖7，定子端盖7的内部设有角接触球轴承5，外部设有密封盖2，形成密封的空化腔，密封盖2上连接密封端盖3，连接处有密封垫圈8。

定子9的内壁上装有超声换能器11和超声探头10，超声换能器11嵌在定子内壁里，超声探头10连接在超声换能器11上，处于定子内腔，为钛金超声波探头，探头的直径为6mm，每排6个，共4排，等间距分布于定子内壁。

左侧定子端盖下方设有滤液入口1，右侧定子端盖上方设有滤液出口14，对角设置以防止产生短流，右侧定子端盖下方设置氧化剂输送管16。

转轴4安装在定子端盖的角接触球轴承5中，其两端与定子9连接处设有机械密封6，以保证连接处的密封性。转轴4通过联轴器连接电机。转子13处于定子9的空腔中，通过楔键15与转轴4固定连接，使转轴4带动转子13一起转动，转轴的转速为4000-4500r/min。

转子13上分布有叶片17，参见图2，叶片17为扁长方体结构，共有8个，沿周向等间隔分布在转子上，叶片17长为200mm，宽度为100mm，厚度为20mm。叶片上分布有空化孔12，空化孔12的轴线方向与转子13的转动切线方向一致，而不是与转子13的轴向一致。空化孔12在叶片17上均呈5排、9列矩形阵列排布。空化孔12为文丘里形结构，两端分别为内径2.5mm的出口和入口，中部为内径1mm的喉部。

利用本发明上述装置的提高垃圾滤液可降解性的系统如图3所示，包括循环水箱18、离心泵19、电磁流量计20、压力计21、本发明装置22、阀门23、压电压力表24和控制器25。

上述系统以循环模式运行，其中，离心泵19为系统产生压力，通过调节泵的转速来确保所需的压力，离心泵的左侧与循环水箱18连接，右侧连接本发明装置22，本发明装置22位于压力计21后，出水口通过管道连接到循环水箱18。阀门23位于循环水箱18的出水口与进水口，以便操纵和维持所需的流量，压力计21用来测量空化反应器的入口压力，压电压力表24用来测量空化反应器的出口压力。循环水箱18的容积为30L，离心泵19在系统中产生压力，最大工作压力16bar，每分钟1000-3000转，额定功率2.2kW，所使用的管道是内径为28.76mm的不锈钢管道。

本发明利用空化技术做预处理来提高垃圾滤液可降解性，首先将垃圾渗滤液注入循环水箱18中，打开离心泵19，利用压力将垃圾渗滤液从循环水箱18压入主管道中，渗滤液首先流入本发明装置22中，经过实验确定进入压力为7bar，处理效果最佳。

垃圾滤液从定子9左侧的滤液入口1流入定子9中，在定子9中流动，转子13在转轴4的带动下高速旋转，进而带动滤液同步高速旋转。转子13上布置的空化孔12引发水力空化现象，在定子中产生空化气泡，利用空化气泡从产生到溃灭过程中释放的能量对渗滤液进行预处理，使复杂的高分子化合物分解为生物可降解性更高的物质，实现提高垃圾渗滤液的生物降解性的效果。氧化剂输送管16是同其它高级氧化技术单元串联的接口，可进一步扩展本装置的功能。

而定子内壁上的无线超声换能器11发出超声能量，传递到超声探头10，超声探头10将能量聚集并传入滤液中，发生超声空化现象。水力空化和超声空化同时发生，提高了空化效率，可更好地实现降解垃圾滤液的目标。处理后的滤液经右侧的滤液出口14流出，然后返回循环水箱18。垃圾渗滤液在循环模式下经过多次处理，使复杂的高分子化合物分解为生物可降解性更高的物质，增强对垃圾渗滤液的生物降解能力。