申请日2015.01.06
公开(公告)日2016.08.03
IPC分类号G05B19/04
摘要
本发明涉及一种节能高效的生活垃圾渗沥液处理系统，包括智能控制单元以及与其连接的在线监测单元、负压补偿单元、循环热能补偿单元和处理单元。方法包括：在线监测单元分析得到渗沥液组分信息;智能控制单元根据渗沥液组分信息采用MPC算法对负压补偿单元、循环热能补偿单元进行优化控制;将垃圾填埋场的沼气经预处理后，通过循环热能补偿单元实现两段式循环供热;通过负压补偿单元使处理单元形成负压环境，实现渗沥液的低温蒸发处理。本发明实现系统整体的智能优化运行，从而实现垃圾渗沥液处理过程的增效、降耗、减故障。
权利要求书
1.一种节能高效的生活垃圾渗滤液处理系统，其特征在于：包括智能控制单元以及与其连接的在线监测单元、负压补偿单元、循环热能补偿单元和处理单元;
智能监控单元用于根据来自在线监测单元的渗沥液组分信息并对负压补偿单元、循环热能补偿单元、处理单元进行监控;
在线监测单元用于分析渗沥液组分并将得到的渗沥液组分信息发送至智能控制单元;
负压补偿单元用于根据智能监控单元的控制指令使处理单元内部形成需要的负压环境;
循环热能补偿单元根据智能检测单元的控制指令，利用垃圾填埋场沼气资源对处理单元工作所需的热蒸汽进行两段式循环供热;
处理单元用于进行渗沥液低温蒸发处理，并将水蒸汽温度、蒸汽流量和渗沥液蒸发温度参数反馈给智能监控单元。
2.根据权利要求1所述的一种节能高效的生活垃圾渗沥液处理系统，其特征在于所述循环热能补偿单元包括风道、风机、换热器和甲烷燃烧台;
风道内设有风机，风道两端分别设有换热器，一级换热器底部设有对换热器加热的甲烷燃烧台，甲烷燃烧台连接用于预处理的沼气收集室;二级换热器连接尾气处理装置;
一级换热器的蒸汽管道出口连接处理单元的热蒸汽管道入口，二级换热器的蒸汽管道入口连接处理单元的热蒸汽管道出口，一级换热器的蒸汽管道入口与二级换热器的蒸汽管道出口连接。
3.一种节能高效的生活垃圾渗沥液处理方法，其特征在于包括以下步骤：
1)在线监测单元分析得到渗沥液组分信息;
2)智能控制单元根据渗沥液组分信息采用MPC算法对负压补偿单元、循环热能补偿单元和处理单元进行优化控制;
3)将垃圾填埋场的沼气经预处理后，通过循环热能补偿单元实现两段式循环供热;
4)通过负压补偿单元使处理单元内部形成负压环境，实现渗沥液的低温蒸发处理。
4.根据权利要求3所述的一种节能高效的生活垃圾渗沥液处理方法，其特征在于所述智能控制单元根据渗沥液组分信息采用MPC算法对负压补偿单元、循环热能补偿单元和处理单元进行优化控制包括以下步骤：
智能监控单元接收在线检测单元的渗沥液组分信息，根据各组分不同数值所对应的参数设定值的对应关系得到参数设定值，作为MPC算法的输入，通过MPC算法实时得到渗沥液蒸发温度、水蒸汽温度、蒸汽流量的设定值;
将渗沥液蒸发温度的设定值转换成真空度设定值并对负压补偿单元进行闭环控制，将水蒸汽温度、蒸汽流量的设定值分别转换为电流信号对循环热能补偿单元内甲烷燃烧台的供气阀、处理单元入口处的蒸汽阀进行闭环控制。
5.根据权利要求4所述的一种节能高效的生活垃圾渗沥液处理方法，其特征在于所述将渗沥液蒸发温度的设定值转换成真空度设定值通过下式得到：
lnP=A-B/(T+C)
其中，P为真空度设定值，A、B、C为Antoine常数，T为渗沥液蒸发温度的设定值。
6.根据权利要求3所述的一种节能高效的生活垃圾渗沥液处理方法，其特征在于所述通过循环热能补偿单元实现两段式循环供热包括以下步骤：
甲烷燃烧台利用沼气收集室的沼气对一级换热器进行供热，将一级换热器蒸汽管道内的水加热成水蒸汽;含有热值的燃烧尾气通过风机传送到二级换热器并对二级换热器蒸汽管道内的水蒸汽进行二次加热;热值达到阈值的水蒸汽进入处理单元;甲烷燃烧尾气经过二次换热冷却后通过尾气处理装置输出。
说明书
一种节能高效的生活垃圾渗沥液处理系统及方法
技术领域
本发明涉及生活垃圾渗沥液处理的技术领域，特别涉及一种节能高效的生活垃圾渗沥液处理系统及方法。
背景技术
渗沥液处理技术主要有：吸附法、沉淀法、光催法、反渗透法、蒸发法等方法。目前，国内垃圾渗沥液处理过程中主要存在能耗高、设备维护费高、缺乏对渗沥液成分的快速有效检测分析手段等几方面问题，这些为实现垃圾渗沥液处理过程的高效节能目标带来了一定的难度。
垃圾渗沥液的上述特性导致传统单纯生化污水处理方法已经无法满足指标要求，针对这种情况，国内外专家从物化处理角度对深度处理技术进行了很多有益的探索研究并取得了宝贵成果：
(1)吸附法：M.Heavev等用爱尔兰Kyletalesha填埋场的垃圾渗沥液进行煤渣吸附实验，处理后使COD平均为625mg/L、BOD平均为190mg/L、氨氮平均为218mg/L的渗沥液COD去除69%、BOD去除96.6%、氨氮去除95.5%,目前吸附法由于处理费用高昂大多为实验室规模，还需进一步研究后才能用于实际;
(2)沉淀法：赵庆良等探讨了采用MgCl2-6H20和Na2HPO4·12H2O使NH4+-N生成磷酸铵镁的化学沉淀去除法，有效地去除了垃圾渗沥液中的高浓度氨氮，并且避免了传统吹脱法造成的吹脱塔内碳酸盐结垢问题，结果表明，当Mg2+：NH+：POi3-为1：1：1时，在最佳pH值为8.5～9的条件下，渗沥液巾的氨氮可以由5618mg/L降低到65mg/L，化学沉淀法操作简单，但沉淀物可能含有有毒有害物质，对环境有潜在危害;
(3)光催法：D.E.Meeroff等用TiO2，作催化剂进行光催化氧化垃圾渗沥液实验，垃圾渗沥液经过4h的紫外光催化氧化后，COD去除率达到86%，B/C从0.09提高到0.14，氨氮去除率为71%，色度去除率为90%，反应完成后85%的TiO2可被回收，催化氧化操作简单、能耗低、耐负荷、无污染，但要投入实际运行还需要研究反应器的类型和设计、催化剂的效率和寿命、光能的利用率等问题;
(4)反渗透法：FangyueLi等采用一种螺旋状的RO膜处理德国Kolenfeld填埋场的垃圾渗沥液，COD从3100mg/L降至15mg/L，氯化物由2850mg/L降至23.2mg/L，氨氮从1000mg/L降至11.3mg/L，A13+、Fe2+、Pb2+、Zn2+、Cu2+等金属离子的去除率均超过99.5%，但是RO膜对氨氮的去除效果受pH影响较大，且膜成本较高，容易被污染结垢和堵塞，导致处理效率急剧下降;
(5)蒸发法：广东省建筑设计研究院陈伟雄等采用MVC+DI方法，使SS去除率达到了92.8%、COD去除率达到了99.1%、BOD去除率达到了99.4%、氨氮去除率达到了98.6%、色度去除率达到了99.1%、浓缩液10%左右，所有指标全部到达《生活垃圾填埋场污染控制标准》(DB16889-2008)要求，但是由于高温环境下蒸汽中的高氯对金属材质腐蚀严重(MVC压力1.2MPa，蒸汽温度105℃)，所以需要钛合金等贵金属才能保证其使用寿命，设备造价、维护费昂贵，且作为核心设备的空压机的耗能巨大——处理能力5吨/时的MVC空压机耗电量约50KWH左右;同济大学的杨琦等采用负压蒸发法，各种主要污染物的去除率均超过90%、浓缩液5%左右，且避免了高温蒸汽腐蚀设备的问题，但是由于蒸发器需要真空泵保持负压状态以及空压机产生蒸汽，所以耗能巨大。
发明内容
本发明的目的是提供一种生活垃圾渗沥液处理系统及方法。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种节能高效的生活垃圾渗沥液处理系统，包括智能控制单元以及与其连接的在线监测单元、负压补偿单元、循环热能补偿单元和处理单元;
智能监控单元用于根据来自在线监测单元的渗沥液组分信息并对负压补偿单元、循环热能补偿单元、处理单元进行监控;
在线监测单元用于分析渗沥液组分并将得到的渗沥液组分信息发送至智能控制单元;
负压补偿单元用于根据智能监控单元的控制指令使处理单元内部形成需要的负压环境;
循环热能补偿单元根据智能检测单元的控制指令，利用垃圾填埋场沼气资源对处理单元工作所需的热蒸汽进行两段式循环供热;
处理单元用于进行渗沥液低温蒸发处理，并将水蒸汽温度、蒸汽流量和渗沥液蒸发温度参数反馈给智能监控单元，实现渗沥液的精确化低温蒸发处理。
所述循环热能补偿单元包括风道、风机、换热器和甲烷燃烧台;
风道内设有风机，风道两端分别设有换热器，一级换热器底部设有对换热器加热的甲烷燃烧台，甲烷燃烧台连接用于预处理的沼气收集室;二级换热器连接尾气处理装置;
一级换热器的蒸汽管道出口连接处理单元的热蒸汽管道入口，二级换热器的蒸汽管道入口连接处理单元的热蒸汽管道出口，一级换热器的蒸汽管道入口与二级换热器的蒸汽管道出口连接。
一种节能高效的生活垃圾渗沥液处理方法，包括以下步骤：
1)在线监测单元分析得到渗沥液组分信息;
2)智能控制单元根据渗沥液组分信息采用MPC算法对负压补偿单元、循环热能补偿单元和处理单元进行优化控制;
3)将垃圾填埋场的沼气经预处理后，通过循环热能补偿单元实现两段式循环供热;
4)通过负压补偿单元使处理单元内部形成负压环境，实现渗沥液的低温蒸发处理。
所述智能控制单元根据渗沥液组分信息采用MPC算法对负压补偿单元、循环热能补偿单元和处理单元进行优化控制包括以下步骤：
智能监控单元接收在线检测单元的渗沥液组分信息，根据各组分不同数值所对应的参数设定值的对应关系得到参数设定值，并作为MPC算法的输入，通过MPC算法实时得到渗沥液蒸发温度、水蒸汽温度、蒸汽流量的设定值;
将渗沥液蒸发温度的设定值转换成真空度设定值并对负压补偿单元进行闭环控制，将水蒸汽温度、蒸汽流量的设定值分别转换为电流信号对循环热能补偿单元内甲烷燃烧台的供气阀、处理单元入口处的蒸汽阀进行闭环控制。
所述将渗沥液蒸发温度的设定值转换成真空度设定值通过下式得到：
lnP=A–B/(T+C)
其中，P为真空度设定值，A、B、C为Antoine常数，T为渗沥液蒸发温度的设定值。
所述通过循环热能补偿单元实现两段式循环供热包括以下步骤：
甲烷燃烧台利用沼气收集室的沼气对一级换热器进行供热，将一级换热器蒸汽管道内的水加热成水蒸汽;含有热值的燃烧尾气通过风机传送到二级换热器并对二级换热器蒸汽管道内的水蒸汽进行二次加热;热值达到设定值的水蒸汽进入处理单元;如果水蒸气热值达不到阈值，则通过旁路管道重新流回以及换热器进行重新加热;甲烷燃烧尾气经过二次换热冷却后通过尾气处理装置输出。
本发明具有以下有益效果及优点：
1、本发明结合我国渗沥液水质复杂、水质波动大、在线检测能力薄弱、有机物及氨氮等浓度高等具体特点，保证了技术的适用性、通用性。
2、本发明能够能直观明了的判断微生物活性程度，避免繁杂的数据转换，突破了难以实时在线快速检测分析的困难。
3、本发明针以渗沥液组分在线检测单元得出的组分构成作为前馈指导，对渗沥液处理设备真空度、温度等关键参数进行优化设定，通过智能监控单元对负压补偿单元和循环热能补偿单元的控制，再根据处理效果对运行参数进行反馈校正，实现系统整体的智能优化运行，从而实现垃圾渗沥液处理过程的“增效、降耗、减故障”。
4、本发明的沼气能两段式循环加热技术能够利用沼气能实现处理过程的节能，以及降低对环境的污染。
5、本发明根据智能控制单元的温度给定值，利用Antoine公式将其转换成所需的真空度，控制真空泵的工作，实现对渗沥液的低温蒸发处理，避免了对处理设备的腐蚀。
