CN100586870C - 一种用水泥基复合材料深度净化生活垃圾渗滤液难降解尾水的方法 - Google Patents

Abstract

一种用水泥基复合材料深度净化生活垃圾渗滤液难降解尾水的方法。先构建可渗透反应层：将硅酸盐水泥和分析纯CaCO₃粉末按质量比2～3∶1混合均匀后填入底部有小孔的PVC柱中。然后从反应层上方间歇喷洒待处理的渗滤液尾水，控制渗出水负荷(渗出水体积·反应材料质量^-1·天^-1)在0.6～0.8mL·g^-1·d^-1左右。尾水渗过反应层后从柱底部的小孔聚滴渗出。该可渗透反应层在20天内保持出水达到GB16889-1997二级排放标准。反应材料可多次再生，再生方法为在900℃下灼烧1h。再生后材料保持处理效果的天数随再生次数增加而逐渐减小。本工艺基建和运行费用低、操作维护方便、耐负荷冲击、使用寿命长，应用前景广泛。

Description

一种用水泥基复合材料深度净化生活垃圾渗滤液难降解尾水的方法

技术领域

本发明涉及生活垃圾填埋场渗滤液生物处理尾水的深度净化处理技术，属于废水处理技术领域。

背景技术

目前，我国城市生活垃圾的处理仍以填埋为主，垃圾清运量的90％以上运往填埋场处理。我国现有填埋场近千座，日产渗滤液4～8万吨。垃圾填埋场渗滤液的达标处理是维持垃圾填埋场安全稳定运行的关键。

垃圾填埋场渗滤液组分复杂、污染性极强，被列入我国环境优先控制污染物“黑名单”。考虑到处理工艺的经济性和实用性，我国目前对渗滤液的处理主要采用各种生物处理单元的组合。然而，经生物处理以后的渗滤液尾水水质还是比较复杂，COD和氨氮仍分别高达500～800mg·L^-1和100～300mg·L^-1，含有多种难以生物降解的有机物，大量无机盐以及复杂的络合物和鳌合物。水质指标只能达到国家三级标准(COD1000以下)，允许并入污水管网，再送往污水水处理厂处理。但垃圾填埋场一般都建在城市郊外地区，铺设污水管道代价非常昂贵，通常只能将处理后的渗滤液排入填埋场附近水体。因此，需要在填埋场内将渗滤液处理达到相应国家排放标准。然而经生物处理后的渗滤液尾水难以进一步生物降解，对其深度处理通常采用物化处理工艺。目前应用比较广泛的深度处理技术有反渗透、活性碳吸附、Fenton氧化、电解处理等技术。

尽管对渗滤液生物处理尾水进行物化处理可以取得较理想的效果，但在我国大部分填埋场却很少甚至没有采用物化深度处理，任未达标的渗滤液尾水排入自然水体。究其原因，主要是物化处理通常成本非常昂贵，填埋场难以承受巨额的操作运行和维护费用。除此之外，由于渗滤液尾水水质复杂，污染物浓度仍然较高，会给物化处理设备及运行造成一些问题，如堵塞膜组件、Fenton处理时易造成结垢沉淀等。

发明内容

本发明旨在提供一种用水泥基复合材料深度净化生活垃圾渗滤液难降解尾水的新型工艺。使用该工艺可使出水满足GB16889-1997二级排放标准。

为了达到上述目的，本发明是这样进行的。发明人通过研究渗滤液生物处理出水的性质发现，尾水中含有难生物降解和难氧化的有机物，而尾水中贡献COD的物质除有机物外，还有大量无机类物质。因此，要进一步降低尾水COD，除了去除有机物外还应考虑去除还原性无机类物质。发明人根据水泥具有很强的表面吸附和水化反应性质，将其应用于渗滤液尾水处理。水泥的表面吸附能力表现在对木质素磺酸盐、羟基羧酸盐、多元醇、腐殖酸类、糖类及部分烷基醚类等多种有机物有很好的吸附功能，正是基于这种吸附功能，开发出很多水泥添加剂。渗滤液尾水中含有可被水泥吸附的有机物，经处理后部分被吸附脱除。除吸附作用外，水泥还具备很强的水化反应活性。水化反应过程中产生的羟基自由基有很强的氧化作用；而3Ca·SiO₂(C₃S)、2CaO·SiO₂(C₂S)、3CaO·Al₂O₃(C₃A)和4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃可与多种无机盐如氯化物类、硫酸盐类、硝酸盐类以及亚硝酸盐类物质发生水化反应，在水泥颗粒表面生成水化产物；另外，水泥水化形成的Ca²⁺会与一些阴离子如S^2-、CO₃ ^2-等反应生成沉淀从而从尾水中去除这些阴离子。因此水泥有很强的除盐能力，可以部分脱除渗滤液中有还原性的无机类物质。并且水泥在水化过程中会生成Ca(OH)₂，具有一定的混凝作用，有助于去除水化反应形成的胶体物质。

根据上述原理，经过大量实验研究，发明人构建了以硅酸盐水泥和粉末CaCO₃为反应材料的可渗透反应层处理渗滤液尾水，具体工艺过程如下：

A.先选用425^#水泥和分析纯CaCO₃粉末按2～3∶1比例混合均匀后，填入底部有小孔(孔径1mm)的柱体中，构建成可渗透反应层。

B.然后从可渗透反应层上方均匀布水，采用间歇布水方式，控制负荷(渗出水体积·反应材料质量^-1·d^-1)在0.6～0.8mL·g^-1·d^-1。经过柱体中的可渗透反应层的进水从原先的COD为500～600mg·L^-1，NH₃-N为100～200mg/L在20天内保持出水达到GB16889-1997二级排放标准。

C.最后取出反应材料，在900℃下灼烧1h后恢复反应活性。再生后反应材料在相同工艺条件下可保持18d出水达到GB16889-1997二级排放标准。可多次再生，但保持天数逐渐较少，直到完全失效后回复A步。

本发明进一步包括在构建可渗透反应层时，将柱体的形状设计成圆形、方形或矩形；柱高1.5～2m；柱中反应层的厚度为0.3～0.5m，可以防堵塞。

本发明还包括在所述步骤C中，将反应材料放入马弗炉或水泥窑中900℃下灼烧1h。

本发明的优点如下：

1.由于本发明的可渗透反应层由水泥和CaCO₃构成，材料来源广泛，成本低廉，因此降低了建设成本。

2.由于本发明的可渗透反应层易于构建，而且从反应层上方布水，依靠水柱自身高度调节压力，因此工艺流程简单，运行能耗降低。

3.由于本方法主要依靠水泥基复合材料的表面吸附和水化反应能力处理渗滤液难降解尾水，因此受外界条件影响较小，对进水水质的变化的适应性也较强。

4.由于水泥水化反应具有一定的除盐能力，3～5d后，尾水中含量较高的阴离子(Cl^-、SO₄ ^2-)浓度也大幅降低，Ca²⁺、Mg²⁺也降至较低水平，pH也趋向中性。因此，采用此法深度处理渗滤液尾水，不光出水去除COD、NH₃-N能达到GB16889-1997二级排放标准外，较之传统的药剂处理法出水中二次污染物少，更为安全。

5.反应材料可再生，且再生工艺简单，可直接放于水泥窑中再生，不需专门再生设备，从而大大降低再生成本。

附图说明

图1为本发明的装置示意图

图2为反应层出水的COD值与反应时间关系图

图3为反应层出水的pH和NH₃-N值与反应时间关系图

图中的图标号说明如下：

1-布水器；2-柱体；3-难降解尾水水柱；4-可渗透反应层；5-底部小孔；6-渗出水；7-收集池。

具体实施方式

实施例1

上海市某滩涂型填埋场经生物处理单元处理后的渗滤液难降解尾水水质指标如表1。

表1渗滤液尾水水质指标(mg/L)

外观	pH	COD<sub>Cr</sub>	TOC	TN	NH<sub>3</sub>-N	Ca<sup>2+</sup>	Mg<sup>2+</sup>	Cl<sup>-</sup>	SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>
										棕黄透明	8.14	518	172	511	155	30.2	240.8	4516	794

请参阅图1、2、3。首先在实验室中构建可渗透反应层：称取60g 425^#水泥和20g分析纯CaCO₃粉末，混合均匀后填入图1所示的孔径为1mm的底部小孔5上方的PVC柱体2中。PVC柱体2的内径为5cm，反应材料填入后形成的可渗透反应层4的厚度为3.5cm，反应层4上方留有10cm高度以盛载难降解尾水水柱3。将表1所述渗滤液尾水通过图1所示的布水器1间歇均匀加入柱体2内，控制渗出水负荷0.6～0.8ml·g^-1·d^-1，渗出水6流入集水池7中。每日出水的水质如图2、图3所示。COD从第一天开始就达到要求，直到第20天。除COD，NH₃-N和pH外，Cl^-和SO₄ ^2-5天后分别降至2496mg·L^-1和241mg·L^-1。由于水泥水化反应前期会产生大量Ca(OH)₂，因此在前三天出水中Ca²⁺浓度较高，但随着水化反应的进行，产生Ca(OH)₂的量大大减少，四天后Ca²⁺即降至16.2mg·L^-1，并一直维持这个水平。Mg²⁺则降至3.2mg·L^-1左右。

20天后将反应材料取出放入马弗炉中900℃下灼烧1h再生。再生后材料重新填入柱中。再生后材料对尾水的处理效果与原材料效果相近，只是出水COD在第18天即开始大幅上升，且Mg²⁺降至更低水平，只有0.06mg·L^-1左右。

实施例2

在实验室中构建可渗透反应层：称取53.4g 425^#水泥和26.6g分析纯CaCO₃粉末，混合均匀后填入图1中底部有小孔5(孔径1mm)的PVC柱体2中。PVC柱内径5cm，反应材料填入后形成的可渗透反应层4厚度为3.5cm，反应层4上方留有10cm高度以盛载尾水水柱3。将表1所述渗滤液尾水通过图1所示的布水器1间歇均匀加入柱中，控制渗出水负荷0.6～0.8ml·g^-1·d^-1，渗出水6流入集水池7中。出水水质情况与实施例1相近，只是出水COD在第19天即开始大幅上升。另外，保持渗出水负荷所需的水柱高度有所降低，说明随着CaCO₃含量的增大，反应层渗透能力有所增强。

反应材料再生方法与实施例1相同。再生后材料的出水水质与实施例1相近。

Claims (3)

1、一种用水泥基复合材料深度净化生活垃圾渗滤液难降解尾水的方法，其特征在于：

A.先选用硅酸盐水泥和化学纯CaCO₃粉末并按质量比为2～3∶1混合均匀后，填入底部有小孔的柱体中，构成可渗透反应层；

B.然后从可渗透反应层上方均匀布水，采用间歇布水方式，控制渗出水负荷为渗出水体积·可渗透反应层的反应材料质量^-1·天^-1＝0.6～0.8mL·g^-1·d^-1，经过柱体中的可渗透反应层的进水从原先的COD为500～600mg·L^-1，NH₃-N为100～200mg/L在20天内保持出水达到GB16889-1997二级排放标准；

C.最后取出可渗透反应层的反应材料，在900℃下灼烧1h后恢复反应活性，再生一次后的反应材料在相同工艺条件下可保持18d出水达到GB16889-1997二级排放标准，多次再生，保持效果天数逐渐较少。

2、根据权利要求1所述的一种用水泥基复合材料深度净化生活垃圾渗滤液难降解尾水的方法，其特征在于：构建可渗透反应层时，将柱体的形状设计成圆形、方形或矩形；柱高1.5～2m；柱中反应层的厚度为0.3～0.5m，可以防堵塞。

3、根据权利要求1所述的一种用水泥基复合材料深度净化生活垃圾渗滤液难降解尾水的方法，其特征在于：所述步骤C中，将最后取出的可渗透反应层的反应材料放入马弗炉或水泥窑中900℃下灼烧1h。

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