CN102079610A - 生活垃圾渗滤液和高浓度有机废水混合生化处理与综合利用技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生活垃圾渗滤液和高浓度有机废水混合生化处理与综合利用技术。属污水处理和资源综合利用领域。生活垃圾渗滤液和高浓度有机废水分别用过滤法去除固形物，并分别回收油脂，然后将生活垃圾渗滤液用Ca(OH)₂调至强碱性、用蒸馏法回收氨、用热交换法回收热量，再用空气曝气进行碱氧化，然后和高浓度有机废水混合进行深度兼氧发酵，再进行厌氧发酵回收沼气，接着进行好氧发酵，最后经混凝沉降，出水可达到国家三级排放标准以上。本发明工艺流程中设若干旁路，供各种特殊情况下选用。

Description

生活垃圾渗滤液和高浓度有机废水混合生化处理与综合利用技术 

(一)技术领域

本发明属污水处理和资源综合利用领域。 

(二)背景技术

生活垃圾渗滤液是城市，城镇生活垃圾在收集、运输、存放、处理过程中产生的污水。在生活垃圾堆场、中转站、焚烧场(包括生活垃圾发电厂)、填埋场、堆肥场等，都有垃圾渗滤液产生，对环境产生严重污染。 

随着我国城市化进程的加快，城镇数目不断增加，规模也日益扩大，生活垃圾产生量也日益增多。据中国环境保护产业协会城市生活垃圾处理委员会统计，2005年年底，全国生活垃圾清运量达到1.52亿吨/年。以生活垃圾发电厂为例，其产生的渗滤液数量，约占生活垃圾量的15～20％，也是一个庞大的数字。 

生活垃圾渗滤液其成份，如CODc_r浓度，BOD₅浓度，氨氮含量等，随着地区不同、季节的变换、堆积存放时间的长短，有很大的变化。以无锡地区为例，其数据如下：CODc_r：2.9×10⁴～1.4×10⁵mg/l；BOD5：0～6×10³mg/l；氨氮含量：6.4×10²～3.0×10⁴mg/l；磷含量很少，还含有若干重金属离子。可见它是一种氨氮含量奇高(主要是陈旧性的生活垃圾渗滤液)，磷含量很少，又难予生物降解和成份变化很大的高浓度有机废水。 

这里说的“难予生物降解”有几层含意。其一是，它含有难予生物降解的水溶性有机物。其二是它所含可供微生物生长发育的营养成份贫乏。其三是，含有妨碍微生物生长的有害物质。随着垃圾渗滤液贮存时间的延长，这种惰况就越加严重。据张兰英等人的研究表明，在垃圾渗滤液中，找到93种有机化合物。其中有22种被列入我国和美国EPA环境优先控制的黑名单中。这些物质对植物、动物、微生物均有一定的毒性效应，并显现出一定程度的生态系统毒效应。 

这里说的“成份变化很大”也有儿层含意；其一是，不同地区生活习惯不同，生活垃圾的组成成份就不同，从而导致生活垃圾渗滤液的成份各异。其二是，不同季节人们的消费结构发生改变，从而导致生活垃圾及其渗滤液组成成份的改变。其三是，再加上各季节环境温度有较大的变化，微生物的活动能力大不相同，从而引起生活垃圾渗滤液的成份发生变化的情况和程度也大不相同。 

处理对象的多变性、特殊性，要求处理工艺能够适应这种多变的、特殊的情况。但是目前已有的处理工艺技术，在这方面考虑得不够。 

从另一个角度看，垃圾渗滤液中含有少量脂肪，一定量的氨氮和大量的有机物，又是一项可以利用的资源。 

国内外对垃圾渗滤液的处理已有大量的研究和工程实例，几乎用尽所有污水处理技术及其组合。目前比较常用的如立环氧化沟+纯氧生化+综合物化法；氨吹脱+UASB+PSBR法：UBF+MBR法等。我国国家专利ZL 200410042794.4；ZL 200410017553.4；申请号： 200410017553.4；200410081545.6；200410074744.4；02111488.9；200710072964.7等，都各有特点，但均存在各种不同的问题。所以普遍认为，至今还没有找到高效、低耗、适合中国国情的处理技术。 

(三)发明内容

本发明从废水“综合利用”，“以废治废”的角度出发，将垃圾渗滤液与其它高浓度有机废水一起，在工艺过程中相互混合，有针对性地采用物化和生化相结合的方法，寓“污染治理”于“综合利用”之中，避免了使用投资和运行费用均昂贵的膜技术，从而大大提高处理效果和经济效益，变“纯消耗性处理”为盈利生产。 

具体来说就是(见流程图)：首先用过滤法去除垃圾渗滤液和高浓度有机废水中的固体杂质，然后加热至35～45℃，用浮上法分离提取、回收油脂，接着在垃圾渗滤液中加石灰乳调节PH，保持强碱性状态。继续加热至85～95℃反应，用蒸馏法提取、回收NH₃。可制成氨水，也可用硫酸吸收，制成硫酸铵。氨提取率可保持在90％左右。提氨后的垃圾渗滤液，通过热交换法回收热能，用于加热去除固体杂质后的生活垃圾渗滤液，并使蒸馏残液降温。降温后的蒸馏残液用空气曝气，进行碱氧化处理0.5小时左右，以进一步去除有害物质和微生物，这时它们或被石灰乳固定，或被氧化破坏和杀死。 

垃圾渗滤液这时虽然已经脱除油脂和氨氮，除去大部分有害物质和微生物，可生化性得到一定程度的改善，但对于进一步进行厌氧发酵和好氧发酵，仍存在着营养不足，可生化性仍然有待进一步提高的问题，尤其是对贮藏时间较长的，陈旧性垃圾渗滤液更是如此。本发明采用与其它营养较丰富的有机废水，如餐厨废泔水、豆制品废水、淘米水、面筋生产废水、淀粉生产废水、发酵工业(如酒精、柠檬酸、味精、丙酮丁醇、乳酸……等)废水等混合(如含油脂则应先回收)，调整营养成份，并在酸性条件下进行深度兼(缺)氧发酵，以期达到使两种废水同时，并进一步改善可生化性，保证后续的厌氧发酵和好氧发酵的顺利进行。深度兼氧发酵是保证后续厌氧发酵的高COD去除率的重要环节。如兼氧发酵深度不够，将影响后道工序的工艺效果。深度兼氧发酵后，进行厌氧发酵，回收沼气。再进行好氧发酵，最后经混凝沉降，出水可达到国家三级排放以上，氨氮只有少量检出。 

在各种高浓度有机废水中，餐厨废泔水是首选对象。餐厨有机废物也是一种生活垃圾，在国内，因为它可利用价值较高，多半另行收集，用作饲料。在收集、处理过程中产生的废水，称为餐厨废泔水，对环境也产生严重污染。随着我国城镇化建设的发展，在生活垃圾数量增加的同时，餐厨有机废物的数量也在增加。宾馆、餐厅、饭店、食堂是餐厨垃圾相对集中，便于收集的场所。对于生活垃圾和餐厨垃圾这两种垃圾，其收集渠道和机构又存在着兼容的可能性。因此，只要组织适当，餐厨废泔水用于垃圾渗滤液的补充是最佳选择。根据无锡市2007年11月至12月份五批次的统计，餐厨废泔水的CODcr浓度为5.4×10⁴～1.3×10⁵mg/l，平均为8.1×10⁴mg/l，浓度很高；SS含量为4.4×10²～4.5×10³mg/l，平均为7.7×10²mg/l。它含有较多油脂，氯化钠含量较多，营养成份含量较高。在生化处理 过程中，它与生活垃圾渗滤液混合，恰好可以得到互补。混合液营养成份改善，餐厨废泔水的高CODc_r浓度得以稀释，氯化钠浓度得以降低。从而保证了兼氧、厌氧、好氧过程的顺利进行。 

豆制品废水(黄浆水)也是一种优良的、可供选择的、便于取得的高浓度有机废水。我国所有城市，城镇都有豆制品生产。每加工一吨黄豆，约可产生十吨黄浆水，其CODc_r浓度一般为8.0×10³～1.2×10⁴mg/l左右。用于和生活垃圾渗滤液混合生物处理，也能得到良好的处理效果。 

其它如淘米水、面筋生产废水、淀粉生产废水、发酵工业(如酒精、柠檬酸、味精、丙酮丁醇、乳酸……等)废水，也是可选择的对象，可根据各地实际情况决定。可以选一种，也可以选几种。 

生活垃圾渗滤液和高浓度有机废水的混合比例，可根据各地的实际情况，所选用的高浓度有机废水的种类，通过实验室试验加以确定。以旡锡市生活垃圾热电厂的垃圾渗滤液和餐厨废泔水混合生物处理为例，二者的比例以1∶0.05～1∶1为好，具有比较宽的、容许的比例范围。这为各地使用本工艺技术提供了方便。 

处理对象的多变性，特殊性，各地的具体情况和条件又各不相同，要求处理工艺能够适应这种多变的、特殊的情况。本发明在主流的工艺流程之外，增设了若干旁路(见流程图，以虚线表示)，正是为了适应这种情况的需要。不过如使用旁路，则对本工艺流程的工艺效果和经济效益将产生影响。如厌氧发酵工序的COD负荷、氨氮的处理效果、运行的成本、基建投资……等等。 

如果生活垃圾渗滤液处理工程项目所在地，蒸汽供应有困难，可在加石灰乳预处理后，不进行蒸馏脱氨氮，而直接进行常温碱氧化(有一定的氨吹脱效果)。这样也可以得到比较满意的COD处理效果，只是出水氨氮含量会偏高，可在流程后段增设硝化、反硝化过程。硝化、反硝化过程可以是一级，也可以是多级，视具体情况和出水要求而定。 

如果生活垃圾渗滤液处理工程项目所在地，缺乏预处理条件，生活垃圾渗滤液可在油水分离后，直接和高浓度有机废水混合进行深度兼氧发酵。 

如果生活垃圾渗滤液油脂含量很少(例如在冬季或早春)，也可以不经过油水分离，而直接进入下一道工序。对于高浓度有机废水的处理也是这样。 

总之，本发明所设置的工艺流程，为适应各种特殊情况提供了可能，但本发明的核心技术--生活垃圾渗滤液和高浓度有机废水混合深度兼氧发酵、厌氧发酵和好氧发酵，则是在各种情况下都是必须的、不可或缺的。 

本发明的高浓度有机废水处理部份(流程图右侧部份)，即：高浓度有机废水→去除固形物→回收油脂→深度兼氧发酵(即酸化)→厌氧发酵回收沼气→好氧发酵→硝化、反硝化→混凝沉降→出水。这样一个流程，同样可单独用于高浓度有机废水的生化处理和综合利用工程。 

(四)附图说明

附图即流程图。虚线部份为旁路，供特殊条件下选用。 

1.用过滤法分别去除垃圾渗滤液和高浓度有机废水中的固体杂质。 

2.然后分别加热至35～45℃，用浮上法分离、回收油脂。 

3.然后在垃圾渗滤液中加石灰乳调节PH，保持强碱性状态。继续加热至85～95℃反应，预处理。 

4.预处理后，用蒸馏法提取、回收NH₃。可制成氨水。 

5.将回收氨之后的生活垃圾渗滤液的蒸馏残液，通过热交换法回收热能，用于加热去除固体杂质后的生活垃圾渗滤液，并使蒸馏残液降温。 

6.降温后的蒸馏残液用空气曝气，进行碱氧化处理0.5小时左右。 

7.碱氧化处理后的生活垃圾渗滤液，和回收油脂后的高浓度有机废水混合，进行深度兼氧发酵，发酵温度35～45℃，时间24～48小时。 

8.兼氧发酵后进行厌氧发酵。发酵温度32～35℃，回收沼气。 

9.厌氧发酵后再进行好氧发酵。 

10.最后经混凝沉降，出水可达到国家三级排放以上。 

11.如蒸汽供应有困难，生活垃圾渗滤液可在加石灰乳预处理后，不进行蒸馏脱氨，而走旁路，直接进行空气曝气常温碱氧化。 

12.如果生活垃圾渗滤液油脂含量很少，可以走旁路，不经过油水分离，而直接进入下一道工序。对于高浓度有机废水的处理也是这样。 

13.如果混凝沉降后的出水氨氮含量偏高，可先走旁路进行硝化、反硝化反应(可以是一级，也可以是多级)。然后再混凝沉降后排放。 

14.混凝沉降工序得到的污泥，一部份回流至好氧发酵池，以增加好氧发酵池的生量，多余部份外排作肥料。 

(五)具体实施方式

实施例 

生活垃圾渗滤液与高浓度有机废水混合生物处理和综合利用实验室试验 

1.材料：    (1)生活垃圾渗滤液 

            (2)高浓度有机废水(餐厨废泔水) 

2.试验方法：(1)重铬酸钾法测CODc_r值 

            (2)PH试纸测PH值 

            (3)沼气容量测定 

            (4)感观观察 

3.试验与结果： 

(1)将餐厨废泔水及生活垃圾渗滤液分别进行厌氧发酵，结果如下： 

样品名            相对产气量    发酵周期 

餐厨废泔水        24～26        2天 

生活垃圾渗滤液    1.15～2       2天 

可见餐厨废泔水的可发酵性较好，而生活垃圾渗滤液则相当差，从它的COD/BOD比值也可看出，它的确是一种难予生物降解的废水。 

(2)生活垃圾渗滤液的预处理 

a.预处理的目的是去除有害物质(包括重金属离子及微生物、微生物代谢的有害物质及大量悬浮物，并逐出氨气。 

b.方法：生活垃圾渗滤液加Ca(OH)₂，调节PH值至强碱性，蒸汽加热至95C，0.5小时，同时通空气进行碱氧化，并逐出氨气，沉淀，取清液。 

c.处理前后CODc_r的变化情况如下： 

处理前CODc_r(mg/l)      处理后CODc_r(mg/l)    CODc_r去除率(％) 

31921.8                26729.7              16.30 

37025                  31108.4              15.98 

平均CODc_r去除率为16％；清液澄清，透明。大部份悬浮物已被去除。沉淀污泥滤水性良好。 

(3)生活垃圾渗滤液，餐厨废泔水混合液(简称垃泔混合水)的兼(缺)氧发酵： 

a.兼氧发酵的目的是改善其可生化性。 

b.方法：在酸性，兼氧的条件下进行发酵；以餐厨废泔水为对照；时间2天30～35℃ 

c.处理前后CODc_r变化情况如下： 

样品名                处理前CODc_r(mg/l)  处理后CODc_r(mg/l)  CODc_r去除率％ 

垃泔混合水(1∶1)      38687.0            33836.0            12.53 

餐厨废泔水            64889.0            54791.3            15.60 

可见在酸性条件下兼氧发酵，两种污水的CODc_r值均有变化，餐厨废泔水比垃泔混合水的变化要大一些。至于是否提高了垃泔混合水的可生化性，还有待于厌氧发酵和好氧发酵的检验。 

(4)厌氧发酵 

a.材料：以兼氧发酵后的垃泔混合水(1∶1)为进料，以兼氧发酵后的餐厨废泔水为对照。 

b.方法：厌氧发酵温度30～35℃；测量产气量；测定CODc_r。 

c.结果： 

附注：加料量：垃泔混合水20ml；餐厨废泔水加料量为10ml，再加水10ml。 

从以上数据可以看出，经过预处理和兼氧发酵后，二种废水的可生化性都很好，厌氧发酵的CODc_r去除率都在93％以上。可见设置预处理和兼氧发酵工序的必要性。本试验垃泔混合水的产气率为0.45m³沼气/kgCODc_r去除。 

(5)好氧发酵 

垃泔混合水的厌氧发酵出水CODc_r一般都在2000～3000mg/l左右，必须进一步经好氧发酵，才能达到排放标准。 

好氧发酵温度：常温 

发酵时间：24～48小时 

好氧出水CODc_r浓度(mg/l)： 

a.175.58；b.279；c.308.88；d.388.35； 

(6)混凝沉降： 

将388.35mg/l垃泔混合水的好氧发酵出水，经混凝沉降，其上清液CODc_r 135.4mg/l，外观澄清透明，略带黄色，无臭味，只检出微量氨氮，可以满足排放要求。 

Claims (8)

1.一种生活垃圾渗滤液和高浓度有机废水混合生化处理与综合利用技术。其特征是：

a.将生活垃圾渗滤液和高浓度有机废水分别用过滤法去除固体杂质。

b.将上述滤出液分别加热至35～45℃，用浮上法分离、回收油脂。

c.接着在生活垃圾渗滤液中加石灰乳，调节PH值至强碱性，亚继续加热至85～95℃，用蒸馏法回收氨水，也可直接用硫酸吸收制取硫酸铵，氨回收率可控制在90％左右。

d.将回收氨之后的生活垃圾渗滤液的蒸馏残液，通过热交换法回收热能，用于加热新进入本流程的生活垃圾渗滤液，并使蒸馏残液降温。

e.将降温后的生活垃圾渗滤液用空气曝气0.5小时左右，进行碱氧化反应，同时可进一步降低废水中氨氮的含量，并使废水温度保持在45～50℃。

f..将碱氧化后的生活垃圾渗滤液和回收油脂后的高浓度有机废水混合(以下称：混合液)，在酸性条件下进行深度兼氧发酵，发酵温度35～45℃左右，时间24～48小时。

g.将混合液用石灰乳调节PH值至8左右，进行厌氧发酵。产生的沼气供使用。

h.厌氧发酵流出液进行好氧发酵。

i.好氧发酵流出液经混凝沉降，清液为出水，供排放，沉淀物一部份回流至好氧发酵池，以增加生物量，剩余部份可外排作肥料。

2.如权利要求1所述的生活垃圾渗滤液和高浓度有机废水混合生物处理与综合利用技术，其特徵是在决定不进行蒸馏脱氨的情况下，生活垃圾渗滤液可在加石灰乳预处理之后，直接进行常温碱氧化和氨吹脱。

3.如权利要求1所述的生活垃圾渗滤液和高浓度有机废水混合生物处理与综合利用技术，其特徵是如不用蒸馏回收氨工序，或所选用的高浓度有机废水的氮含量又很高，则可在好氧工序后加设硝化、反硝化工序，硝化、反硝化过程可以是一级，也可以是多级，可根据氨氮含量，和出水指标要求决定。

4.如权利要求1所述的生活垃圾渗滤液和高浓度有机废水混合生物处理与综合利用技术，其特徵是，所选用的高浓度有机废水以餐厨废泔水为最佳选择，豆制品废水次之。其它如淘米水、面筋生产废水、淀粉生产废水、发酵工业(如酒精、柠檬酸、味精、丙酮丁醇、乳酸……等)废水都是可选择的对象，可以选一种，也可按比例选几种，所选用的高浓度有机废水的种类和数量比例，应根据各地的具体情况，通过实验室试验确定。

5.如权利要求1所述的生活垃圾渗滤液和高浓度有机废水混合生物处理与综合利用技术，其特徵是，针对处理对象的多变性，特殊性，和各地区的不同需要，本发明在主流的工艺流程之外，增设了若干旁路(见流程图，以虚线表示)，以适应这种情况。

6.如权利要求1所述的生活垃圾渗滤液和高浓度有机废水混合生物处理与综合利用技术，其特徵是，如果工程项目所在地，缺乏预处理条件，生活垃圾渗滤液可在油水分离后，直接和高浓度有机废水混合进行深度兼氧发酵。

7.如权利要求1所述的生活垃圾渗滤液和高浓度有机废水混合生物处理与综合利用技术，其特徵是，如果生活垃圾渗滤液油脂含量很少，可以不经过油水分离，而直接进入下一道工序，对于高浓度有机废水的处理也是这样。

8.如权利要求1所述的生活垃圾渗滤液和高浓度有机废水混合生物处理与综合利用技术，其特徵是，本发明的高浓度有机废水处理部份(流程图右侧部份)，可单独用于高浓度有机废水的生化处理和综合利用工程。

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