CN102139996B - 农村垃圾渗滤液一体化处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农村垃圾渗滤液一体化处理工艺，针对农村垃圾渗滤液的特点，结合长期的工程实践提出了以下的处理工艺：该工艺由高级物化技术、反硝化/硝化技术、外置式MBR膜技术、生物沸石和纳滤/反渗透系统共同组成，具有较高的抗冲击负荷，能适应不同地区、不同场龄的农村垃圾渗滤特点。处理效果稳定，出水可达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)中规定限值排放标准。该工艺减少使用化学药剂，投资及运行成本低，处理效率高，易于在农村推广使用。

Description

农村垃圾渗滤液一体化处理工艺

技术领域

本发明涉及农村垃圾渗滤液处理工艺，尤其涉及适用于农村的垃圾渗滤液一体化处理工艺。

背景技术

随着人们生活水平的提高，城市和农村的物质文明均极大丰富，垃圾污染日益严重，国内大多数城市均建立了垃圾填埋场，而农村占有全国约64％人口的地区，虽然人口密集度不及城市，但是垃圾污染造成的环境问题也不容忽视，随着国家对农村环境的重视，集中的或者分散的垃圾填埋场也将坐落于农村，随之而来的垃圾渗滤液是垃圾填埋过程中必然产生的主要二次污染物，其水质成分复杂，影响因素多，变化性强，处理难度大。而且由于农村资金及环保意识的欠缺，农村垃圾组成成分较城市复杂的多，主要表现为：

1)从分散型的农村人口转化为群居型的新农村和城镇人口方面来看，农村垃圾的组分主要以竹、木、蔬菜、水果皮、餐厨垃圾的有机物污染为主。

2)新农村摆脱不了农业基础，耕耘过程中的化肥、除虫、除草剂等及其农药包装也会进入生活垃圾的范畴入农村垃圾填埋场。这就使得，农村垃圾与城市垃圾相比，还具有数倍的氮、磷等污染物，且毒性大。

3)农村医疗水平落后，除较大的乡镇医院外，小型医疗机构、诊所遍布广泛，医疗废物无很难做到与城市一样统一回收销毁，故大量的医疗废物进入垃圾填埋场，因此，其中还包含了大量的危害性较大的病毒、病菌、抗生素。

4)农村养殖畜牧业较多，牲畜的剩余食料、粪便等大量进入垃圾填埋场，有机污染物浓度极高，恶臭和氨影响很大。

5)农村的整体环境比不上城市，一下雨城镇和新农村的居民出行会伴随有大量的泥土，依生活习惯，泥土会混入生活垃圾进入填埋场。

6)农村大量使用不可降解的塑料袋，其垃圾成分中含有比城市垃圾更多的“白色污染”。

根据农村垃圾组分特点，分析其产生的垃圾渗滤液远比城市垃圾产生的渗滤液复杂，农村垃圾渗滤液既具有城市垃圾渗滤液特点，又增加了毒性、抗生素、高氮磷的特点，主要总结如下：

1)有机物浓度高，COD和BOD浓度最高值可达数千至几万mg/L；

2)毒性强，且含大量抗生素，这种水若直接进行生物处理，则可杀灭水中的活性微生细菌，使生化反应无法完成；

3)农村填埋场填埋初期垃圾渗滤中的氮磷等浓度较城市的高，且也有随填埋场使用期的延长而不断变化，可生化性越来越差、氨氮含量越来越高的趋势，处理难度大；

4)金属含量高，盐分大。由于农村很少对生活垃圾进行严格的分类和筛选，垃圾渗沥液中含有几十种金属离子，使得垃圾渗沥液的盐分含量大，电导率约在20000～40000μs/cm，接近海水的水质。盐分在生化处理系统的连续积累，将造成渗沥液的渗透压增大，抑制微生物的生长；

5)受降水和地表径流的影响，水量水质变化大；

6)营养因素比例失调，由于氨氮含量高，C/N的比值常出现失调，且P缺乏，一般BOD₅/TP＞300，与微生物生长所需的碳磷比(100∶1)相比甚远；

7)村级垃圾填埋场产生的垃圾渗滤液水量小，又加剧生化处理过程中的营养比例失调现象；

8)渗滤液在生化处理时会产生大量泡沫，不利于系统正常运行。由于渗滤液中含有较多的难降解物质，一般在生化处理后，COD浓度仍在较高范围内。

由以上垃圾渗滤液的特点，我们照搬原有城市垃圾渗滤液处理工艺是行不通的，故亟需发明出一套适合农村垃圾渗滤液的特点工艺。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种抗冲击负荷能力强、运行费用低、易于推广农村垃圾渗滤液的处理技术。

本发明将高级物化、沸石交换吸附、生化处理和膜过滤等工艺有机组合，同时，对于每一级处理过程设定特定的运行参数，旨在彻底去除农村垃圾渗滤液中的污染物，出水达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)中规定限值排放标准。

此发明工艺减少使用化学药剂，降低污泥产量，轻松去除高氨氮、高磷、细菌、病毒等，又节省投资和运行费用，适合在农村推广与运行。

本发明的具体工艺如下：

首先，来自调节池的农村垃圾渗滤液首先进入高级物化池预处理，达到降解大分子有机物、去除氨氮，调整废水可生化性的目的。

在这一级处理中，利用超声波、电磁场、紫外线照射和臭氧的联合作用将渗滤液中的大分子有机物降解为小分子物质，同时，其中的紫外线照射可完全去除农村渗滤液中的细菌、病毒，而不增加后续渗滤液的处理负担，增加渗滤液的可生化性。各反应单元的作用机理如下：

超声波处理：当水溶液发生超声空化时，物系可划分为空化气泡、空化气泡表面层和液相主体区域，由于空化气泡内具有约1900-5150K的高温和超过500atm的高压，所以对于如卤代脂肪、短链脂肪烃等非极性，易挥发物质，将在空化气泡内直接燃烧或热分解。而在空化气泡表面层，该层是围绕气相的一层超热液相层，由于水呈超临界状态，使得许多有机物，如苯、硝基苯、酚类等可与空气和水完全互溶，这样可使氧化反应均相进行，提高反应效率。由于空化效应，水蒸汽可热解产生大量的OH·，OH·具有极高的氧化还原电位，其值为3.08V，OH·可以氧化包括难以生物降解的各种有机物并使之矿化。另外，超声波在电磁场的协同作用下，会使在场内运动的电子得以加速，当电子的能量大于分子间结合力时，分子间化学键就会断裂并生成性质活跃的自由基。

紫外线照射：当污染物分子受到吸收紫外光子后，分子间化学键断裂，从而进入激发态，形成相应的自由基，这些自由基极易与溶解氧或其它氧化剂反应。从而使有机物更有利于降解，同时可大量杀灭农村垃圾渗滤液中存在的细菌和病毒，保障后续处理的正常进行。

臭氧：臭氧用于氧化分解在生化和物理处理中难于降解的部分有机物，迅速将大分子物质转化为小分子物质，将环状结构转化为链状结构，将部分降解后小分子进一步转化为水或二氧化碳；

在这一级处理中，向池内通入臭氧，利用超声波的超声空化效应、光化学催化、和臭氧的强氧化共同功能，完成预处理。针对农村垃圾渗滤液的特点，在预处理的过程中，采用发射频率为25-28Khz的超声波发生器与臭氧与投加浓度2g/L的臭氧及波长为210nm-230nm的紫外线联用以达到最佳的预处理效果，降解渗滤液中难处理的大分子有机物、降低CODcr和氨氮的浓度去除水中的细菌和病毒，改善污水的可生化性，减轻后续生化处理负荷。这里高级物化预处理优选为30分钟停留时间，有利于下一步生化工艺的去除。

接下来，经高级物化处理的渗滤液被提升至反硝化/硝化池主处理单元进行反硝化/硝化处理。

根据渗滤液废水CODcr和氨氮含量高的特点，专为其设计硝化和反硝化生物降解CODcr并脱氮单元。这里反硝化/硝化单元的池容、搅拌、曝气量等参数则依据具体水量、污染物浓度进行具体设计。

由于农村渗滤液的特点(高悬浮物、较低可生化性、高含磷)，在反硝化/硝化池中完成生化处理后的废水则通过外置式MBR膜(即UF超滤)系统进行泥水分离，出水进入下一个处理单元，污泥生化液则回流至反硝化/硝化池中继续参与生化反应，剩余污泥外排。

外置式MBR膜处理，这一级处理用于除去水中的悬浮微粒、胶体、微生物等，超滤出水清澈。但由于超滤膜上的微孔很小，在除去各种水中悬浮颗粒、胶体、细菌和大分子有机物时，这些截留物质可能会在膜的内表面集聚，所以需要对超滤膜组件进行定期的反冲洗和加药清洗。这里，我们设计有单独的循环泵以产生较大的过滤通量，流速为3～5m/s，避免膜管堵塞。膜管由清洗泵冲洗，清洗后的清洗水在膜环路中循环回到清洗槽，直至充分清洗，一般每1～3个月加化学药剂清洗一次。

超滤以其外置紧凑简洁的处理结构特别适合处理复杂的农村垃圾渗滤液等废水，同时，由于超滤膜的强制截留作用，使得自养型硝化菌和异养型反硝化菌能够在MBR膜中并存，从而实现同步硝化-反硝化过程。MBR膜中存在的高浓度活性污泥，限制了氧气向污泥絮体内部的扩散，因而在污泥絮体内部能够形成缺氧环境，在这种条件下，硝化反应可以在有氧的污泥絮体表面进行，而反硝化则可以在缺氧的絮体内部进行，还能够进一步达到生物脱氮的效果。

为了高效处理废水并达到的理想的处理效果，外置MBR膜处理过程中的膜通量选取为70L/m².h。

经外置式MBR膜处理后，出水进入生物沸石单元强化处理。

当在生化段硝化或者反硝化效果不佳时，且超滤本身的截留性能下降时，向生物沸石单元投加碳源，通过生物沸石的吸附以及定向的硝化反硝化作用进一步的去处氨氮及硝酸盐氮。此外，由于沸石的离子交换性、吸附性、催化性，耐酸性、耐热性、耐辐射性等优质性能对分子和离子进行选择性吸附和交换，在有效去除氨氮的过程中，还可去除水中重金属、硫、磷、苯胺、苯醌、挥发酚、COD、BOD、硬度、浊度、色度、异味等，可有效减轻后续纳滤和反渗透单元的压力。

沸石孔隙率高，比表面积大，表面粗糙，沸石的微孔结构适合微生物生长繁殖，形成生物沸石后，不仅能同时发挥沸石的吸附性能和沸石载体上的微生物作用，而且沸石载体上富集的微生物能使沸石不断得到生物再生，从而能提高反应器的性能。其机理包括一方面沸石通过离子交换作用吸附水中的铵，另一方面沸石用于生物载体富集硝化菌，沸石表面生物膜中的硝化菌将吸附在沸石上的氨氮转化为硝酸盐，形成了一个自我吸收、自我消化的循环过程。通过生物方式不但能使沸石不断得到再生，还能提高脱氨氮的硝化性能，利用微生物作用有效地去除氨氮。此时，沸石得以全部或者部分自我再生，可以继续循环使用，使用寿命长达10年以上。

生物沸石单元是生化处理单元的补充，将生化单元无法去除的污染物等进一步去除，而且不受水量、温度、污染物浓度等条件的影响，保证了垃圾渗滤液的处理效果，同时也是纳滤/反渗透处理单元的前锋守卫，减轻了进入纳滤/反渗透处理单元的污染物浓度，最大程度降低了纳滤/反渗透膜的污染、结垢和损伤等问题，从而延长纳滤/反渗透系统膜的使用寿命。垃圾渗滤液工程实践中，一般纳滤/反渗透系统膜在前处理效果较好情况下可运行1～3年，而引入生物沸石后，膜的使用寿命可达到3～5年，这就极大的降低了工程的后期维护运行费用，也为本发明工艺在农村推广带来了有力保证。

最后，经生物沸石单元处理后的出水进入纳滤/反渗透处理单元深度处理，此部分为渗滤液处理的最终处理阶段。其中反渗透膜的孔径仅0.0001微米，单个细菌要缩小4000倍，过滤性病毒也要缩小200倍以上才能通过，因此能够有效地去除废水中的细微杂质、溶解盐类、胶体、微生物、有机物、重金属、细菌、病毒及其他有害物质等，保证了高标准的出水水质。

反渗透技术是当今最先进的膜分离技术，利用反渗透膜选择性地只能透过溶剂(通常是水)的性质，对溶液施加压力，克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而从溶液中分离出来的过程。具有耗能低、无污染、操作简单、运行可靠等诸多特点，广泛应用于垃圾渗滤液、海水、苦咸水淡化及电子、医药、化工、电力等行业。

纳滤(NF)与反渗透(RO)处理原理基本相同，只是用膜的孔径大小有微小差异，RO膜孔径比NF膜孔径小，NF纳滤可截留有机物分子量大约为200～400左右，截留溶解性盐能力为20～98％之间；RO反渗透能阻挡所有溶解性盐及分子量大于100的有机物，但允许水分子透过，脱盐率一般大于98％。

经过纳滤/反渗透处理单元处理过后，排放水的水质可达到国家规定的标准。

附图说明

图1是本发明工艺的流程框示意图。

图2是本发明工艺的流程图。

具体实施方式

本发明为农村垃圾渗滤液一体化处理工艺，只需从调节池抽水至本发明工艺中处理后出水即可达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)中表二规定限值排放标准。

实施例1：

参见图2，以贵州遵义县鸭溪镇垃圾填埋场渗滤液处理为例。渗滤液处理规模：50m³/d，原水主要污染物浓度：CODcr：12000mg/L，BOD₅：5000mg/L，NH₃-N：2000mg/L，TN：2500mg/L，TP：25mg/L，出水要求达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)中表二规定限值排放标准。

来自调节池的垃圾渗滤液通过垃圾渗滤液管(1)进入高级物化池(I)，池内设有紫外线消毒设备(a)、超声波设备(b)、磁化器(c)，此时，利用臭氧发生器(d)和曝气头(f)向池内通入臭氧曝气，同时开启负离子反应器(e)、超声波、紫外线设备，使渗滤液在高级物化池充分反应，破坏大分子、长链(环链)分子污染物的结构，降低氨氮浓度，改善渗滤液的可生化性。高级物化反应有效停留时间设计为30分钟，然后出水通过提升水泵(g)提升至反硝化池(II)和硝化池(III)中，反硝化池内设潜水搅拌机(i)，控制溶解氧浓度≤0.5mg/L。硝化池内利用鼓风机(h)和曝气头(j)向池内曝气，控制溶解氧浓度2～3mg/L。硝化池三中的硝酸盐混合物通过硝酸盐回流泵(K)回流至反硝化池(II)，形成缺氧-好氧的同步脱氮除磷环境，从而降解去除废水中的各种污染物。反硝化池设计停留时间为18小时，硝化池设计停留时间为67小时，渗滤液中的各种可生化污染物均可最大程度被降解去除。

而后硝化池出水通过超滤提升泵(L)至外置式MBR膜系统(IV)，通过MBR膜的分离截留，将粒径大于0.03微米的颗粒、悬浮物等截留在系统中，有效去除了悬浮物、胶体、细菌和大分子有机物等，出水进入下一处理单元，污泥生化液则通过外置式MBR系统回流至反硝化池生化液管(9)回流至反硝化池、通过外置式MBR系统回流至硝化池生化液管回流至硝化池，剩余污泥通过污泥外排管(11)外排运至垃圾填埋场进行填埋处理。反硝化、硝化和外置式MBR的使用，提高了生化池内的污泥浓度(15-20g/l)，减少了生化池的池容，降低工程投资，且外置式MBR膜不易污染、断裂，能耗低，使用寿命长，维护运行方便。

废水经外置式MBR膜系统(IV)分离处理后，出水通过超滤出水至生物滤池水管(4)进入生物沸石五中进行离子交换、吸附、生物脱氮反应等，进一步去除废水中的重离子、COD、BOD₅、悬浮物、色度等污染物。生物沸石(V)解决了由于不稳定的生化处理单元污染物去除效果差的问题，对降低后续NF纳滤/RO反渗透系统六的污染和负荷具有重要的意义。废水在生物沸石中的流速控制在3～5m/h，沸石填装高度不低于2米，生物沸石罐直径为Φ800毫米。

经生物沸石五处理后的渗滤液通过生物滤池至NF/RO膜系统出水水管(5)进入NF纳滤/RO反渗透系统(VI)，进行最终的渗透膜分离，首先进行纳滤系统中，有机物分子量大约为200～400的物质被截留出来，出水紧接着进入反渗透系统，这时所有溶解性盐及分子量大于100的有机物再次被截留出来，处理后的清水通过出水排放管(6)达标排放，纳滤和反渗透被截留的浓缩液则通过浓缩液管(7)回灌至垃圾填埋场处理。废水通过RO反渗透纳米级膜的最终截留处理，绝大部分的细微杂质、溶解盐类、胶体、微生物、有机物、重金属、细菌、病毒及其他有害物质被去除，保证了高标准的出水水质。在这一级处理中，工作压力为220m扬程水柱，PH值控制在6.3以下，通过投加硫酸或盐酸来控制。

经试验，针对贵州遵义县鸭溪镇5年的农村垃圾渗滤液，高级物化池设计停留时间30min，氨氮去除率为37％、CODcr去除率为30％，BOD5：CODcr由原来的0.2提高到0.34，减少后续生化处理碳源的投加量，大大降低运行成本和操作复杂度。且垃圾渗滤液经过30min的物化反应后，细菌、病毒、抗生素等并完全杀灭去除，保证了后续生化处理的正常运行。

本发明高级物化法作为农村垃圾渗滤液的前期预处理，将反硝化/硝化和MBR生化处理作为主处理工艺，强化了生化处理功能，较常规利用此高级物化技术作为水处理的核心处理工艺，工程投资、运行费用、维修成本都大大降低。整体投资约减少1/3，运行费用节约50％以上。

本实例各个处理单元的主要污染物处理率如下：

有益效果

本发明的农村垃圾渗滤液一体化处理工艺，具有以下优点：

1、处理效率高。本发明首次将物理化学、生化和膜处理有机结合应用于农村特定的垃圾渗滤液处理，有效去除农村垃圾渗滤液的各种污染物，经验证，农村垃圾渗滤液经此工艺处理后主要污染物去除率如下：CODcr去除率≥99.5％，BOD₅去除率≥99.5％，NH₃-N去除率≥99.0％，总氮去除率≥98.9％。

2、病毒、细菌去除彻底。本发明前段高级物化对农村垃圾渗滤液进行消毒，避免抑制生化反应的微生物进入后续处理单元且对生化反应无副作用，而工艺后端的反渗透工艺又彻底去除了水中的病原体，保证出水清净无毒。

3、适应多变的垃圾渗滤液特点，出水水质稳定。本发明适用南、北任何地方垃圾渗滤液特点，且无论是“年轻的”垃圾渗滤液，还是“老龄的”垃圾渗滤液高氮、低生化性特点，均可处理保证出水稳定达标。本组合工艺中高级物化法将渗滤液中难生化的物质进行降解，保证生化处理效果，且外置式MBR又对泥水进行有效分离，尤其是生物沸石的使用，保证了农村垃圾渗滤液最难处理的氨氮、总氮的去除率，最终通过纳滤、反渗透的分离处理，保证了出水稳定达标。

4、工艺灵活，抗冲击负荷能力强，启动迅速。本发明工艺对于农村小水量垃圾渗滤液尤其适用，生化与物化处理相结合，启动快，可调性强，保证了任何工况下的废水处理效果。

5、投资省，维护运行费用低。本发明为一体化的农村垃圾渗滤液处理工艺，工程一次性投资，工艺可调性强，尤其是生物沸石的使用保证处理效果的同时，延长了纳滤/反渗透系统膜的使用寿命，最大程度降低了后期维修运行成本。

6、工艺成熟、自动化程度高，便于推广与应用。本发明自动化程度高，可操作性强，对运行人员专业水平要求低，适用于在农村技术力量薄弱的地方使用，便于推广与应用。且本发明已成功运用于实际工程，处理效果良好。

Claims (3)

1.一种农村垃圾渗滤液处理工艺，其特征在于包括以下步骤：

a)，垃圾渗滤液首先进入高级物化池进行预处理，所述预处理利用超声波、电磁场、紫外线照射以及臭氧的联合作用将渗滤液中的大分子有机物降解为小分子物质，杀灭渗滤液中的细菌、病毒，其中超声波的频率范围为25-28kHz，与其联用的紫外线波长为210-230nm，臭氧的投加浓度为2g/L；

b)，经高级物化处理的渗滤液被提升至反硝化/硝化池主处理单元进行反硝化/硝化处理；

c)，经反硝化/硝化池生化处理后废水则通过外置式MBR膜系统进行泥水分离，出水进入下一个处理单元，污泥生化液则回流至反硝化/硝化池中继续参与生化反应，剩余污泥外排；

d)，经外置式MBR膜处理后，出水进入生物沸石单元进行强化处理；

e)，最后，经生物沸石单元处理后的出水进入纳滤/反渗透处理单元处理后排放，其中纳滤/反渗透处理单元的pH值控制在6.3以下。

2.如权利要求1所述的农村垃圾渗滤液处理工艺，其特征在于，步骤a)中的处理时间优选为30分钟。

3.如权利要求1或2所述的农村垃圾渗滤液处理工艺，其特征在于：步骤c)中外置式MBR膜的膜通量为70L/(m²·h)。 

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