CN102107997A

CN102107997A - 一种处理生活垃圾焚烧厂垃圾滤出液的方法

Info

Publication number: CN102107997A
Application number: CN2011100054116A
Authority: CN
Inventors: 孙德智; 叶杰旭; 张国宇; 张立秋; 穆永杰; 陈�胜
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: Beijing Forestry University
Priority date: 2011-01-12
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2031-01-12
Also published as: CN102107997B

Abstract

本发明涉及一种处理生活垃圾焚烧厂垃圾滤出液的方法，具体包括以下处理步骤：垃圾滤出液经调节池后依次采用混凝沉淀法和投加二氧化碳沉淀法进行预处理，主要去除滤出液中的悬浮物、部分有机物和钙离子；预处理出水再依次采用厌氧膨胀颗粒污泥床、缺氧移动床生物膜反应器以及两级好氧移动床生物膜反应器处理，去除废水中绝大部分有机污染物、氨氮和总氮；好氧处理出水经沉淀池泥水分离后进一步采用膜生物反应器进行处理，去除残余的有机物和氨氮，保证出水水质。该方法无需设置污泥回流系统，无需外加碳源，且剩余污泥产率与传统活性污泥处理系统相比可减少40-50％。

Description

一种处理生活垃圾焚烧厂垃圾滤出液的方法

术领域

本发明涉及一种处理生活垃圾焚烧厂垃圾滤出液的方法。

景技术

随着我国人民生活水平的提高和城市化进程的加快，大量城市生活垃圾应运而生。垃焚烧发电具有能够同时实现垃圾减量化、无害化和资源化的优点，是我国现阶段城市生垃圾处理处理处置的主要方式之一。近年来我国各地纷纷建设生活垃圾焚烧厂，如北京、圳、上海、广州等城市等均已建设垃圾焚烧厂。

但是，我国的生活垃圾含水率高、热值较低，因此必须将新鲜垃圾堆放3-5天进行发熟化，使垃圾热值提高后再进行焚烧。堆放过程中形成了大量垃圾滤出液，其特点是成复杂、污染物浓度高，呈黄褐色或灰褐色并带有强烈恶臭。根据国内部分城市的生活垃焚烧厂滤出液的水质数据可知，滤出液中COD值约40000～80000mg/L；BOD₅/COD一为0.4～0.8；氨氮为500～1500mg/L，pH为4.0～6.5，SS为5000～20000mg/L，部分焚烧滤出液还含有较高浓度的金属离子(如Fe：100～1000mg/L，Mg：500～3000mg/L，Ca：0～5000mg/L)，必须进行有效处理以实现达标排放或回用，否则会严重污染环境。

西方发达国家的垃圾中厨余物少，热值高，滤出液产量少，可以采用回喷至焚烧炉进焚烧的处理方式。然而，国内大多数生活垃圾焚烧厂滤出液产量大，若回喷燃烧会导致温和炉效下降，影响焚烧炉的安全运行，因此回喷法并不适用。目前，国内部分已投运垃圾焚烧厂往往将滤出液运往城市污水处理厂与生活污水合并处理，成本很高(80～100吨)，且对污水处理厂的稳定运行有较大的冲击。尽管有些垃圾焚烧厂建设了滤出液处设施，但因为运行费用高，往往处于半停运状态，甚至违规排放。因此，需综合处理效和投资运行成本，进一步开发高效的处理工艺。

国内对生活垃圾焚烧厂垃圾滤出液处理的研究尚处于起步阶段，目前研究较多的是采用化和生物组合工艺。专利“生活垃圾渗沥液处理方法”(公开号CN 1528685)采用“物化混凝沉淀或混凝气浮)-催化氧化(紫外光、超声波、化学或电化学催化氧化其中的任何种方法加以应用)-氨吹脱曝气-厌氧-好氧生化-二次沉淀-物化(混凝沉淀或混凝气)-杀菌”处理工艺，出水可达到国家对垃圾渗沥液规定的一级标准。专利“一种市政垃沥出液的处理方法”(公开号CN 101863598A)采用上流式厌氧预处理-序批式好氧处理-生物反应器处理-电解脱色处理组合工艺，其中厌氧和好氧反应器中都装有复合填料，出能达标排放；专利“处理生活垃圾焚烧厂的垃圾渗沥液的设备及其方法”(公开号CN65767)中处理系统主要包括预处理系统(离心脱水进行固液分离，去除悬浮物)、膜生物应系统和碟管式反渗透系统。上述方法虽能使废水达到排放标准，但是诸如催化氧化、电等处理单元能耗高，反渗透膜需频繁更换，这些均使运行成本显著增加。专利“一种垃圾焚烧厂沥滤液处理方法及系统”(公开号CN 101209881)采用蒸发浓缩系统及氨吹脱系统处理沥滤液，但装置复杂，运行成本高，也限制了其应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种经济有效的处理生活垃圾焚烧厂垃圾滤出液的方法，解决现有垃圾滤出液处理工艺运行费用高或者出水水质很难达到排放标准的问题。经本发明提供的处理方法处理后的垃圾滤出液可以达到污水综合排放标准一级标准。

本发明采用的技术方案是：一种处理生活垃圾焚烧厂垃圾滤出液的方法，包括以下步骤：

(1)垃圾滤出液中含有高浓度的悬浮物和钙离子，在碱性条件下依次采用混凝沉淀法和投加二氧化碳沉淀法进行预处理；

(2)预处理出水自流入中间水池，然后泵入厌氧生物反应器进行处理，产生的沼气通过三相分离器分离后排放；

(3)厌氧生物处理出水依次进行缺氧生物处理、一级好氧生物处理、二级好氧生物处理和沉淀处理，其中二级好氧生物处理的出水部分回流至缺氧生物处理段；

(4)沉淀出水再采用膜生物反应器(MBR)处理，以进一步去除废水中的难降解有机物及氨氮等污染物，出水达到污水综合排放标准一级标准。

所述步骤(1)中混凝沉淀法主要利用垃圾滤出液本身含有的较高浓度的金属离子(如Fe³⁺、Mg²⁺)与投加的NaOH发生反应，在pH为9.0-10.5时主要生成Fe(OH)₃、Mg(OH)₂等胶体沉淀物并发生絮凝作用；当滤出液中Fe³⁺、Mg²⁺离子含量不足时，则补充投加适量混凝剂PAC；混凝沉淀池的反应区设有搅拌装置，反应时间为5-10min，沉淀区水力停留时间为3-4h，处理后SS去除率可以达到40-60％。

所述步骤(1)中投加二氧化碳沉淀法除钙的反应过程中连续加入NaOH以使废水pH维持在9-10，其中碱液的加入量通过pH在线控制系统控制；化学沉淀除钙池的反应区装有搅拌装置以防止碳酸钙沉淀堵塞曝气盘，水力停留时间为10-15min，气(CO₂)水比为3∶1-5∶1，沉淀区水力停留时间为4-5h；经过该段处理，可使滤出液中的钙含量＜300mg/L。

所述步骤(2)中，厌氧生物处理反应器采用厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB)，控制温度为33-35℃，容积负荷18-22kgCOD/(m³d)，水力停留时间2.5-3.5d；出水COD/TN为4-5。

所述步骤(3)中，缺氧生物处理、一级好氧生物处理和二级好氧生物处理均采用移动床生物膜反应器(MBBR)；其中，缺氧MBBR主要发生反硝化作用，一级好氧MBBR主要用于降解有机污染物，二级好氧MBBR主要发生硝化作用，水力停留时间均为36-48h，水温18-28℃；反应器中填料填充率为50-70％，所用的填料为聚乙烯轻质填料，其密度为0.95-0.99g/cm³，形状为中空圆柱体，内部有十字支撑；缺氧MBBR设有搅拌装置，DO＜0.5mg/L，两级好氧MBBR均采用气泵曝气，DO均为2-4mg/L；二级好氧MBBR出水部分回流至缺氧MBBR，回流比300-400％，无污泥回流。

所述步骤(4)中，MBR采用内置式的中空纤维超滤膜，膜下方设穿孔管曝气，控制DO为3-5mg/L，水力停留时间18-24h，水温18-28℃；为减缓膜污染，膜生物反应器间歇出水，并且每隔24-36h进行一次水力反冲洗，每次反冲洗时间为5-10min，出水达到污水综合排放标准一级标准。

本发明的有益效果是：本发明充分利用了EGSB能承受高有机负荷、抗冲击能力强，以及MBBR、MBR工艺脱氮效果好、出水水质稳定、剩余污泥产率低等特性，实现了对高浓度有机污染物和氨氮的高效去除；另外充分利用垃圾滤出液自身含有的较高浓度的Fe³⁺、Mg²⁺离子，采用NaOH调节滤出液至碱性，从而通过生成的氢氧化物沉淀发生絮凝作用实现悬浮物的去除，因此可大大减少混凝剂的用量，降低了运行费用。本发明中除钙单元的设置能保证即使垃圾滤出液中含有高浓度的钙离子也不会对处理系统的稳定运行产生影响。本发明实际应用性强，能适应水质水量的波动，无需设置污泥回流系统，不需外加碳源，且剩余污泥产率与传统活性污泥处理系统相比可减少40-50％，基建和运行成本较低。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

以处理某生活垃圾焚烧厂垃圾贮坑产生的垃圾滤出液为例，结合附图1对本发明进行说明。该实例只用于解释本发明，并不是对本发明的限制。

垃圾滤出液水质如下：pH为4.5-6.5，SS为6000-13000mg/L，COD为55000-75000mg/L，BOD₅为35000-55000mg/L，NH₄ ⁺-N 600-850mg/L，Ca、Fe和Mg的含量分别为2000-3500mg/L、400-1000mg/L和500-1500mg/L。

如图1，垃圾滤出液经调节池后泵入混凝沉淀池，混凝沉淀池分为反应区和沉淀区，于反应区内投加NaOH使pH为9.5左右，投加的NaOH与滤出液中的Fe³⁺、Mg²⁺离子在碱性条件下生成Fe(OH)₃、Mg(OH)₂等沉淀物并发生絮凝；另外，滤出液中碳酸氢盐碱度较高，pH升高后，HCO₃ ^-电离平衡向生成CO₃ ^2-的方向移动，因此有少量碳酸钙沉淀生成；反应区装有的搅拌器的搅拌速度为80rmp/min，水力停留时间为10min；滤出液然后进入沉淀区，沉淀时间3h，污泥从沉淀区底部排除。经混凝沉淀后，垃圾滤出液的COD去除率为8-15％，SS的去除率为40-60％。

由于垃圾滤出液中还含有高浓度的钙离子，不仅会导致处理装置及管道的结垢，还会对后续生物处理产生不利影响，如厌氧处理含有高浓度钙离子的废水时，钙离子会与有机物降解产生的CO₂形成CaCO₃沉淀，随着运行时间的增加，碳酸钙不断积累，使污泥中的无机物含量不断上升，污泥性能恶化，进而影响整个厌氧反应器的处理效能；高浓度的钙离子还会抑制污泥的产甲烷活性，对硝化细菌也有强烈的抑制作用，影响整个系统的处理效果。因此，在碱性条件下采用二氧化碳法进一步对混凝沉淀出水进行处理，降低钙的含量，原理如下：

化学沉淀除钙池的反应区内连续鼓入CO₂气体(气水比为4∶1)，并且加入NaOH以使废水pH维持在9.5左右，碱液的加入量通过pH在线控制系统控制，反应区水力停留时间为15min，且装有搅拌装置以防止碳酸钙沉淀堵塞曝气盘；滤出液然后进入沉淀区，沉淀区水力停留时间为4h，污泥从沉淀区底部排除，处理后的上清液中钙离子含量＜300mg/L。

化学沉淀除钙池出水自流入中间水池，并采用稀HCl将pH调节至7.5左右，然后泵入EGSB反应器。与UASB相比，EGSB增加了出水再循环系统，反应器内的液体上升流速远远高于UASB反应器，污水和微生物之间能充分接触，避免反应器内死角和断流的产生，而且回流水能使进水得到稀释，提高了反应器的抗冲击负荷能力。本实施方式中EGSB反应器反应区高径比为20∶1，反应器外部包裹有加热层，并通过温度控制系统控制水温为33-35℃，出水循环比为30∶1，水力上升流速约为1.8m/h，进水COD浓度50000-68000mg/L，运行期间反应区内pH为6.8-7.6。当有机负荷＜22kgCOD/(m³d)时，厌氧处理能去除90％左右的COD和95％左右的BOD₅，出水中COD/TN为4-5，相应的水力停留时间为2.5-3.5d。另外，厌氧处理过程中由于生物降解作用使有机氮转变为氨氮，使得出水中氨氮含量由600-850mg/L增加至950-1300mg/L。

本实施方式中厌氧EGSB采用颗粒污泥进行接种，并通过逐步提高进水浓度增加有机负荷的方式进行启动，经过50-60d完成污泥的驯化，反应器启动成功。反应产生的沼气通过三相分离器分离后，经水封瓶后排放。

EGSB出水流入缺氧MBBR-两级好氧MBBR脱氮处理系统。三个反应器容积比为1∶1∶1，均填充聚乙烯轻质填料，密度为0.95-0.99g/cm³，形状为中空圆柱体，内部有十字支撑，填充率均为50％，此外出水口均安装有塑料网，以防止填料流失。缺氧MBBR主要进行反硝化作用，利用厌氧出水中剩余的有机物作为反硝化碳源，无需额外添加有机碳源；一级好氧MBBR主要进行残余有机物的生物降解，从而为二级好氧MBBR中自养型硝化菌的生长提供良好的生长环境，因为缺氧MBBR出水中仍含有较高浓度的可生化降解的有机物，有机负荷过高将导致大量异养菌生长繁殖，从而抑制自养硝化菌的生长繁殖；二级好氧MBBR则主要进行硝化作用，其出水部分回流至缺氧MBBR，良好的硝化效果使得出水回流时能有效稀释进水的氨氮浓度，降低氨氮对脱氮系统中微生物的抑制作用，有利于系统的稳定高效运行，但回流比不能过大，否则不仅能耗大，还可能会因进入缺氧池的氧含量相应增多而破坏缺氧池的缺氧条件，导致反硝化效果下降，因此控制出水回流比为400％，处理系统无污泥回流。

缺氧MBBR装有搅拌器，DO＜0.5mg/L，两级好氧MBBR采用气泵曝气，DO均为2-4mg/L；由于三个反应器的容积相同，各自的水力停留时间均为48h，水温18-28℃。在上述运行条件下，缺氧MBBR-两级好氧MBBR处理系统出水COD 500-700mg/L，氨氮150-250mg/L，COD去除率为90％左右，氨氮去除率为80-85％。

二级好氧MBBR出水经沉淀池泥水分离后最后流入MBR，进一步去除剩余的有机物及氨氮。MBR将膜分离技术与生物处理技术相结合，能有效截留反应器中的活性污泥和大分子有机物，不仅能省去二沉池，而且能使反应器中保持较高的污泥浓度，污泥龄延长，为一些增殖较慢的处理难降解有机物的微生物及自养型硝化菌提供一个良好的生长环境并有利于其在反应池内的积累。MBR采用内置式的中空纤维膜，膜材质为PVDF，膜孔径为0.2μm，膜下方设穿孔管曝气，气水比35∶1，DO为3-5mg/L，pH 7.0-7.6，水力停留时间为24h，水温18-28℃，污泥浓度为4-6g/L；为减缓膜污染，膜生物反应器间歇出水，由时间继电器控制抽吸时间(抽吸7min，停3min)，并且每隔24h进行一次水力反冲洗，每次反冲洗时间为1O min；当膜压力(TMP)超过0.05MPa时，将膜取出，进行离线药洗，即使用浓度为3000ppm的NaClO浸泡12h，接着用清水清洗至pH达到中性；再使用0.7％的盐酸浸泡12h，再使用清水冲洗干净，直至pH变为中性后投入使用，药洗后膜通量明显恢复。本实施方式中MBR运行期间未排泥，MBR出水COD≤100mg/L，氨氮≤15mg/L，达到污水综合排放标准一级标准。

本发明还适用于其他类似水质的废水的处理。

Claims

1.一种处理生活垃圾焚烧厂垃圾滤出液的方法，其特征在于包括以下步骤：

(2)预处理出水自流入中间水池，然后泵入厌氧生物反应器进行处理，产生的沼气通过三相分离器分离后收集；

2.根据权利要求1所述的一种处理生活垃圾焚烧厂垃圾滤出液的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，混凝沉淀法主要利用垃圾滤出液本身含有的较高浓度的金属离子(如Fe³⁺、Mg²⁺)与投加的NaOH发生反应，在pH为9.0-10.5时主要生成Fe(OH)₃，Mg(OH)₂等胶体沉淀物并发生絮凝作用；当滤出液中Fe³⁺、Mg²⁺离子含量不足时，则补充投加适量混凝剂PAC；混凝沉淀池的反应区设有搅拌装置，反应时间为5-10min，沉淀区水力停留时间为3-4h，处理后SS去除率可以达到40-60％。

3.根据权利要求1所述的一种处理生活垃圾焚烧厂垃圾滤出液的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，投加二氧化碳沉淀法除钙的反应过程中连续加入NaOH以使废水pH维持在9-10，其中碱液的加入量通过pH在线控制系统控制；化学沉淀除钙池的反应区装有搅拌装置以防止碳酸钙沉淀堵塞曝气盘，水力停留时间为10-15min，气(CO₂)水比为3∶1-5∶1，沉淀区水力停留时间为4-5h；经过该段处理，可使滤出液中的钙含量＜300mg/L。

4.根据权利要求1所述的一种处理生活垃圾焚烧厂垃圾滤出液的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，厌氧生物处理反应器采用厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB)，控制温度为33-35℃，容积负荷18-22kgCOD/(m³d)，水力停留时间2.5-3.5d；出水COD/TN为4-5。

5.根据权利要求1所述的一种处理生活垃圾焚烧厂垃圾滤出液的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，缺氧生物处理、一级好氧生物处理和二级好氧生物处理均采用移动床生物膜反应器(MBBR)；其中，缺氧MBBR主要发生反硝化作用，一级好氧MBBR主要用于降解有机污染物，二级好氧MBBR主要发生硝化作用，水力停留时间均为36-48h，水温18-28℃；反应器中填料填充率为50-70％，所用的填料为聚乙烯轻质填料，其密度为0.95-0.99g/cm³，形状为中空圆柱体，内部有十字支撑；缺氧MBBR设有搅拌装置，DO＜0.5mg/L，两级好氧MBBR均采用气泵曝气，DO均为2-4mg/L；二级好氧MBBR出水部分回流至缺氧MBBR，回流比300-400％，无污泥回流。

6.根据权利要求1所述的一种处理生活垃圾焚烧厂垃圾滤出液的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，MBR采用内置式的中空纤维超滤膜，膜下方设穿孔管曝气，控制DO为3-5mg/L，水力停留时间18-24h，水温18-28℃；为减缓膜污染，膜生物反应器间歇出水，并且每隔24-36h进行一次水力反冲洗，每次反冲洗时间为5-10min，出水达到污水综合排放标准一级标准。