垃圾渗滤液电解处理系统及其应用的制作方法

本发明涉及垃圾渗滤液电解处理系统，以及利用该垃圾渗滤液电解处理系统处理垃圾渗滤液的方法。

背景技术：

由于垃圾渗滤液是一种难处理的高浓度有机废水，毒性强、成分复杂，COD、氨氮含量高，微生物营养元素比例严重失调，可生化性差，水质状况随时间发生很大的变化。因此，渗滤液的无害化处理一直是个世界性的难题。电化学水处理技术由于有极强的选择性，可以将难降解有机物或对生物有毒、有抑制的污染物转化为可生化物质，从而提高废水的生物降解性。在国外，电化学水处理技术被称为“环境友好”技术，在绿色工艺方面极具潜力，近年来作为处理垃圾渗滤液的一种高级氧化技术也格外受到青睐。

垃圾热解发电技术已逐渐成熟，环保性好，经济性高，可产生大量富含氢气的热解气。将热解气中的氢气分离提纯后，用于氢燃料电池发电装置，可稳定的产生直流电能。目前，直流电能多直接并入电网，并未用于电解处理污水，电能的利用率低。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种垃圾渗滤液电解处理系统，该系统将垃圾热解产生的直流电直接应用于电解处理渗滤液，既能就地处理垃圾处理过程中产生的渗滤液，又能合理利用产生的电能，不仅优化了工艺结构，而且大幅降级了处理成本。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种垃圾渗滤液电解处理系统。根据本发明的实施例，该系统包括：

垃圾热解制气单元，所述垃圾热解制气单元包括垃圾入口、热解碳出口和热解油气出口；

热解油气净化单元，所述热解油气净化单元包括热解油气入口、焦油出口和净化后的热解气出口，所述热解油气入口与所述热解油气出口相连；

氢气分离提纯单元，所述氢气分离提纯单元包括净化后的热解气入口，氢气出口和尾气出口，所述净化后的热解气入口与所述净化后的热解气出口相连；

氢燃料电池发电单元，所述氢燃料发电单元具有氢气入口、空气入口、水出口和电源输出端，所述氢气入口与所述氢气出口相连；

渗滤液电解槽，所述渗滤液电解槽具有进水口和出水口，所述渗滤液电解槽内设置有正负电极板，所述正负电极板与所述氢燃料发电单元的所述电源输出端相连。

根据本发明实施例的垃圾渗滤液电解处理系统，将垃圾热解气经氢气分离提纯单元进行氢气分离提纯后，由氢燃料电池发电单元利用氢气进行发电，不仅发电效率高，发电输出稳定，而且发电过程几乎不产生新的污染物，噪音低，清洁环保。同时，燃料电池产生的直流电不需转换成交流电，可直接用于渗滤液电解槽进行污水电解处理，缩短了渗滤液电解处理工艺流程，降低了电解单元电能损耗。由此，该系统将生活垃圾发电处理与渗滤液电解处理生产联系起来，实现了固废处理与污水处理的双赢效果。

另外，根据本发明上述实施例的垃圾渗滤液电解处理系统还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的实施例，所述垃圾热解制气单元为热解炉。

根据本发明的实施例，所述热解气净化单元包括：油气直冷塔，所述油气直冷塔具有所述热解油气入口、冷却后的热解气出口和油水混合物出口，所述热解油气入口与所述热解油气出口相连；电捕焦油装置，所述电捕焦油装置具有冷却后的热解气入口、分离的热解气出口和所述焦油出口，所述冷却后的热解气入口与所述冷却后的热解气出口相连；活性炭吸附塔，所述活性炭吸附塔具有分离的热解气入口和所述净化后的热解气出口，所述分离的热解气入口与所述分离的热解气出口相连。

根据本发明的实施例，所述油气直冷塔设置有循环冷却水泵。

根据本发明的实施例，所述热解气净化单元进一步包括：活性炭反冲洗装置，所述活性炭反冲洗装置与所述活性炭吸附塔相连，并与所述活性炭吸附塔配套使用。

根据本发明的实施例，所述氢气分离提纯单元包括变压吸附塔。

根据本发明的实施例，所述变压吸附塔包括多级变压吸附器。

根据本发明的实施例，所述氢燃料电池发电单元包括燃料电池电堆、水热控制装置和电控装置。

根据本发明的实施例，该系统进一步包括：尾气回收单元，所述尾气回收单元包括尾气入口、空气入口和烟气出口，所述尾气入口与所述尾气出口相连。

根据本发明的实施例，所述尾气回收单元为尾气燃烧塔。

根据本发明的实施例，该系统进一步包括：循环水槽，所述循环水槽具有循环水入口和循环水出口，所述循环水入口与所述渗滤液电解槽的出水口相连，所述循环水出口与所述油气直冷塔相连。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种利用前述垃圾渗滤液电解处理系统处理垃圾渗滤液的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：

将垃圾输送至垃圾热解制气单元进行热解处理，以便得到热解碳和热解油气；

将所述热解油气输送至热解气净化单元进行净化处理，以便得到净化后的热解气和焦油；

将所述净化后的热解气输送至氢气分离提纯单元进行分离提纯处理，以便得到氢气和尾气；

将所述氢气输送至氢燃料电池发电单元进行发电；

利用所述氢燃料电池发电单元进行发电对垃圾渗滤液进行电解氧化处理，以便得到净化后的水。

根据本发明实施例的处理垃圾渗滤液的方法，将垃圾热解气经氢气分离提纯单元进行氢气分离提纯后，由氢燃料电池发电单元利用氢气进行发电，不仅发电效率高，发电输出稳定，而且发电过程几乎不产生新的污染物，噪音低，清洁环保。同时，燃料电池产生的直流电不需转换成交流电，可直接用于渗滤液电解槽进行污水电解处理，缩短了渗滤液电解处理工艺流程，降低了电解单元电能损耗。由此，该方法将生活垃圾发电处理与渗滤液电解处理生产联系起来，实现了固废处理与污水处理的双赢效果。

根据本发明的实施例，所述净化处理包括：将所述热解油气输送至油气直冷塔进行急速冷却，以便得到冷却后的热解气和油水混合物；将所述冷却后的热解气输送至电捕焦油装置进行油气分离，以便得到分离的热解气和所述焦油；将所述分离的热解气输送至活性炭吸附塔进行除杂，以便得到所述净化后的热解气。

根据本发明的实施例，利用活性炭反冲洗装置对活性炭吸附塔中的活性炭进行反冲洗处理，以便使活性炭重复利用。

根据本发明的实施例，该方法进一步包括：对所述尾气进行燃烧处理，以便得到烟气，

根据本发明的实施例，该方法进一步包括：将所述净化后的水用于所述急速冷却。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1显示了根据本发明一个实施例的垃圾渗滤液电解处理系统的结构示意图；

图2显示了根据本发明一个实施例的垃圾渗滤液电解处理系统的结构示意图；

图3显示了根据本发明一个实施例的利用垃圾渗滤液电解处理系统处理垃圾渗滤液的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。进一步地，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

垃圾渗滤液电解处理系统

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种垃圾渗滤液电解处理系统。参考图1，根据本发明的实施例，该系统包括：垃圾热解制气单元100、热解油气净化单元200、氢气分离提纯单元300、氢燃料电池发电单元400和渗滤液电解槽500。下面逐一对各单元进行解释说明：

垃圾热解制气单元100：根据本发明的实施例，该垃圾热解制气单元100包括垃圾入口、热解碳出口和热解油气出口，将垃圾进行热解处理，得到热解碳和热解油气。

根据本发明的实施例，该垃圾热解制气单元100为热解炉。由此，热解炉具有连续进出料功能，产生的高温热解气通过高温油气管路输送至热解气净化单元。

热解油气净化单元200：根据本发明的实施例，该热解油气净化单元200包括热解油气入口、焦油出口和净化后的热解气出口，所述热解油气入口与所述热解油气出口相连，将所述热解油气进行净化处理，得到净化后的热解气和焦油。由此，将热解油气进行油气分离，并去除热解气中的灰尘和硫化氢等杂质。

参考图2，根据本发明的实施例，该热解气净化单元200包括：油气直冷塔210、电捕焦油装置220和活性炭吸附塔230，其中，油气直冷塔210具有所述热解油气入口、冷却后的热解气出口和油水混合物出口，热解油气入口与热解油气出口相连，将所述热解油气进行急速冷却，得到冷却后的热解气和油水混合物；电捕焦油装置220具有冷却后的热解气入口、分离的热解气出口和焦油出口，冷却后的热解气入口与冷却后的热解气出口相连，将冷却后的热解气进行油气分离，得到分离的热解气和焦油；活性炭吸附塔具有分离的热解气入口和净化后的热解气出口，分离的热解气入口与分离的热解气出口相连，活性炭吸附塔内填装活性炭吸附剂，可将热解气中的H₂S、粉尘等杂质脱除，将分离的热解气进行除杂，得到所述净化后的热解气。由此，油气分离效果好，并有效去除热解油气中的灰尘和硫化氢等杂质，防止灰尘堵塞装置，并且后续得到的氢气的纯度更高。

根据本发明的实施例，油气直冷塔210设置有循环冷却水泵，可利用循环水槽的循环水进行急速冷却。

根据本发明的实施例，电捕焦油装置220中热解气流速为1.0m/s，有效捕集时间为3s，效率达99％。

参考图2，根据本发明的实施例，该热解气净化单元200进一步包括：活性炭反冲洗装置240，该活性炭反冲洗装置240与活性炭吸附塔230相连，并与活性炭吸附塔配套使用，将活性炭吸附塔230的活性炭送入活性炭反冲洗装置240中处理，处理后的活性炭可回用于活性炭吸附塔230中，其中，活性炭反冲洗条件为活性炭吸附塔前后压差≥0.05MPa，反冲洗介质为蒸汽。

氢气分离提纯单元300：根据本发明的实施例，该氢气分离提纯单元300包括净化后的热解气入口，氢气出口和尾气出口，其中，净化后的热解气入口与净化后的热解气出口相连，将净化后的热解气进行分离提纯处理，得到氢气和尾气。由此，从热解气中分离提取氢气，为氢燃料发电单元提供原料。

根据本发明的实施例，该氢气分离提纯单元300包括变压吸附塔，变压吸附塔利用吸附剂在不同分压下对吸附质有不同的吸附容量，并且在一定的吸附压力下，对被分离的气体混合物的各组份有选择吸附的特性来提纯氢气。

根据本发明的实施例，变压吸附塔包括多级变压吸附器。由此，氢气的分离提纯效果好。根据本发明的具体实施例，变压吸附塔内有6个变压吸附室，吸附压力范围为0.6～2MPa，吸附剂采用活性炭，氢气回收率在90％以上。提纯后的氢气进入氢气缓冲罐储存，剩余的热解气进入尾气燃烧塔燃烧处理。

根据本发明的实施例，该系统进一步包括氢气缓冲罐900，该氢气缓冲罐900与氢气分离提纯单元300的氢气出口和氢燃料电池发电单元400的氢气入口相连，具有缓存氢气和稳定输出氢气的作用，使进入氢燃料电池发电单元的氢气流量稳定可控。

氢燃料电池发电单元400：根据本发明的实施例，该氢燃料发电单元400具有氢气入口、空气入口、水出口和电源输出端，所述氢气入口与所述氢气出口相连，利用氢气进行发电，不仅发电效率高，发电输出稳定，而且发电过程几乎不产生新的污染物，噪音低，清洁环保。

根据本发明的实施例，该氢燃料电池发电单元400包括燃料电池电堆、水热控制装置和电控装置。根据本发明的一些实施例，，该氢燃料电池发电单元400还进一步包括水冷机。将氢气输送至燃料电池电堆，在此与空气中的氧气反应，输出直流电并产热产水；水热控制装置通过将氢燃料电池发电过程中产生的水和热不断地排出系统，从而保证系统正常工作的温度和湿度；电控单元用来监测系统中各单元的工作状态，并根据当前的工作状态进行相应的控制，使得系统的每个单元相互配合，共同完成系统的功能，并同时具有保护和告警功能。发电机组产水的高温水从出水口流出进入水冷机冷却，冷却水温度至20℃以下，冷却后的水返回燃料电池电堆，对其进行冷却降温，控制发电机组温度保持在90℃以下的低温环境。根据本发明的实施例，该氢燃料电池发电单的发电功率可达200KW，发电效率达70％。

参考图2，根据本发明的实施例，该氢燃料电池发电单元400输出的直流电输送至直流电控制装置410，输出电压为120V，输出电流为40A。控制单元主要有电位器和电阻，构成分压电路，通过调节电位器的阻值可改变输出电流的大小。另外，控制单元还包含接触器、继电器、信号灯、蜂鸣器等元器件。

渗滤液电解槽500：根据本发明的实施例，该渗滤液电解槽500具有进水口和出水口，该渗滤液电解槽500内设置有正负电极板，其中，正负电极板与氢燃料发电单元的电源输出端相连，利用氢燃料电池发电单元400进行发电对垃圾渗滤液进行电解氧化处理，得到净化后的水。具体地，将氢燃料发电单元的直流电导入电极板，渗滤液流经正负电极板时被直接电解氧化，渗滤液中的有机污染物被氧化分解成小分子有机物，从而实现了渗滤液的降解。为了提高处理效率，电解槽可设置多组并联。由此，燃料电池产生的直流电不需转换成交流电，可直接用于渗滤液电解槽进行污水电解处理，缩短了渗滤液电解处理工艺流程，降低了电解单元电能损耗。从而，将生活垃圾发电处理与渗滤液电解处理生产联系起来，实现了固废处理与污水处理的双赢效果。

根据本发明的一些实施例，该渗滤液电解槽500设有四个排的渗滤液电解池，每个池体高2m，宽0.5m，电解池底部设有进水口，顶部设有出水口，出水口连接循环水槽。渗滤液进水流量为0.5m³/h。电解池内设有10组相互交错的正负电极板，电极板纵向长度为1m，距离底部0.5m，电解板间距为0.02m。电解电压为80V，电流为15A，电解时间为2h。经电解处理的出水进入循环水槽，作为循环水使用。

根据本发明的实施例，该系统进一步包括：循环水槽600，该循环水槽600具有循环水入口和循环水出口，其中，循环水入口与渗滤液电解槽的出水口相连，循环水出口与油气直冷塔相连，将电解得到的净化的水输送至油气直冷塔进行冷却处理，实现水的循环利用。

参考图2，根据本发明的实施例，该系统进一步包括渗滤液收集池700，该渗滤液收集池700将渗滤收集缓存，并能够调节进水电解池的流量、pH等因素，有利于提高电解处理的效率。

参考图2，根据本发明的实施例，该系统进一步包括：尾气回收单元800，该尾气回收单元800包括尾气入口、空气入口和烟气出口，其中，尾气入口与尾气出口相连，用于对尾气进行回收利用。

根据本发明的实施例，该尾气回收单元800为尾气燃烧塔。由于尾气中含大量燃气，将燃气燃烧回收燃气的热量，实现能源的综合利用。

处理垃圾渗滤液的方法

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种利用前述垃圾渗滤液电解处理系统处理垃圾渗滤液的方法。参考图3，根据本发明的实施例，对处理垃圾渗滤液的方法进行解释说明，该方法包括：

S100热解处理

根据本发明的实施例，将垃圾输送至垃圾热解制气单元进行热解处理，得到热解碳和热解油气。

根据本发明的实施例，该垃圾热解制气单元为热解炉。由此，热解炉具有连续进出料功能，产生的高温热解气通过高温油气管路输送至热解气净化单元。

S200净化处理

根据本发明的实施例，将热解油气输送至热解气净化单元进行净化处理，得到净化后的热解气和焦油。由此，将热解油气进行油气分离，并去除热解气中的灰尘和硫化氢等杂质。

根据本发明的实施例，该净化处理包括：将热解油气输送至油气直冷塔进行急速冷却，得到冷却后的热解气和油水混合物；将冷却后的热解气输送至电捕焦油装置进行油气分离，得到分离的热解气和所述焦油；将所述分离的热解气输送至活性炭吸附塔进行除杂，以便得到所述净化后的热解气。由此，油气分离效果好，并有效去除热解油气中的灰尘和硫化氢等杂质，防止灰尘堵塞装置，并且后续得到的氢气的纯度更高。

根据本发明的实施例，油气直冷塔设置有循环冷却水泵，可利用循环水槽的循环水进行急速冷却。

根据本发明的实施例，电捕焦油装置中热解气流速为1.0m/s，有效捕集时间为3s，效率达99％。

根据本发明的实施例，利用活性炭反冲洗装置对活性炭吸附塔中的活性炭进行反冲洗处理，使活性炭重复利用，其中，活性炭反冲洗条件为活性炭吸附塔前后压差≥0.05MPa，反冲洗介质为蒸汽。

S300分离提纯处理

根据本发明的实施例，将净化后的热解气输送至氢气分离提纯单元进行分离提纯处理，得到氢气和尾气。由此，从热解气中分离提取氢气，为氢燃料发电单元提供原料。

根据本发明的实施例，该氢气分离提纯单元300包括变压吸附塔，变压吸附塔利用吸附剂在不同分压下对吸附质有不同的吸附容量，并且在一定的吸附压力下，对被分离的气体混合物的各组份有选择吸附的特性来提纯氢气。

根据本发明的实施例，变压吸附塔包括多级变压吸附器。由此，氢气的分离提纯效果好。根据本发明的具体实施例，变压吸附塔内有6个变压吸附室，吸附压力范围为0.6～2MPa，吸附剂采用活性炭，氢气回收率在90％以上。提纯后的氢气进入氢气缓冲罐储存，剩余的热解气进入尾气燃烧塔燃烧处理。

根据本发明的实施例，该系统进一步包括氢气缓冲罐，该氢气缓冲罐与氢气分离提纯单元300的氢气出口和氢燃料电池发电单元的氢气入口相连，具有缓存氢气和稳定输出氢气的作用，使进入氢燃料电池发电单元的氢气流量稳定可控。

根据本发明的实施例，该方法进一步包括：对尾气进行燃烧处理，得到烟气。由于尾气中含大量燃气，将燃气燃烧回收燃气的热量，实现能源的综合利用。

S400发电

根据本发明的实施例，将氢气输送至氢燃料电池发电单元进行发电。利用氢气进行发电，不仅发电效率高，发电输出稳定，而且发电过程几乎不产生新的污染物，噪音低，清洁环保。

根据本发明的实施例，该氢燃料电池发电单元包括燃料电池电堆、水热控制装置和电控装置。根据本发明的一些实施例，，该氢燃料电池发电单元还进一步包括水冷机。将氢气输送至燃料电池电堆，在此与空气中的氧气反应，输出直流电并产热产水；水热控制装置通过将氢燃料电池发电过程中产生的水和热不断地排出系统，从而保证系统正常工作的温度和湿度；电控单元用来监测系统中各单元的工作状态，并根据当前的工作状态进行相应的控制，使得系统的每个单元相互配合，共同完成系统的功能，并同时具有保护和告警功能。发电机组产水的高温水从出水口流出进入水冷机冷却，冷却水温度至20℃以下，冷却后的水返回燃料电池电堆，对其进行冷却降温，控制发电机组温度保持在90℃以下的低温环境。根据本发明的实施例，该氢燃料电池发电单的发电功率可达200KW，发电效率达70％。

根据本发明的实施例，该氢燃料电池发电单元输出的直流电输送至直流电控制单元，输出电压为120V，输出电流为40A。控制单元主要有电位器和电阻，构成分压电路，通过调节电位器的阻值可改变输出电流的大小。另外，控制单元还包含接触器、继电器、信号灯、蜂鸣器等元器件。

S500电解氧化处理

根据本发明的实施例，利用氢燃料电池发电单元进行发电对垃圾渗滤液进行电解氧化处理，得到净化后的水。燃料电池产生的直流电不需转换成交流电，可直接用于渗滤液电解槽进行污水电解处理，缩短了渗滤液电解处理工艺流程，降低了电解单元电能损耗。从而，将生活垃圾发电处理与渗滤液电解处理生产联系起来，实现了固废处理与污水处理的双赢效果。

根据本发明的一些实施例，该渗滤液电解槽500设有四个排的渗滤液电解池，每个池体高2m，宽0.5m，电解池底部设有进水口，顶部设有出水口，出水口连接循环水槽。渗滤液进水流量为0.5m³/h。电解池内设有10组相互交错的正负电极板，电极板纵向长度为1m，距离底部0.5m，电解板间距为0.02m。电解电压为80V，电流为15A，电解时间为2h。经电解处理的出水进入循环水槽，作为循环水使用。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。