CN102363548A - 一种无膜垃圾渗滤液的处理系统 - Google Patents

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邵华俊
刘彦林
章明
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Abstract

本发明公开了一种无膜垃圾渗滤液的处理系统，该系统不需要采用常规的膜分离工艺。本发明主体生化工艺采用“厌氧加盖调节池+矿化垃圾过滤床+外加碳源反硝化单元”处理工艺，最大限度的削减COD、BOD、氨氮、总氮和色度，为后续深度处理降低负荷。深度处理工艺采用“臭氧催化氧化+高效生物填料系统+混凝沉淀”工艺，进一步削减上述污染物。本发明对垃圾填埋场和垃圾焚烧场渗滤液处理皆适合，通过部分工艺的组合可以适应不同的排放标准(纳管或者排入天然水体)。本发明运行稳定性强、投资成本低、处理效率高、运行费用低，是具有发展潜力的垃圾渗滤液处理方法。

Description

一种无膜垃圾渗滤液的处理系统
技术领域
本发明涉及垃圾处理，尤其涉及一种无膜的垃圾渗滤液处理系统，本发明对垃圾填埋场和垃圾焚烧场渗滤液皆适合。
背景技术
渗滤液含有芳烃、杂环化合物、卤代物、烷烃和烯烃等多种有机物质，且盐度高、氨氮浓度高，是目前高浓度、难降解废水之一。随着人民生活水平改善，垃圾渗滤液的组分日益复杂、处理难度增加。国家环保部发布《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)，对垃圾填埋场渗滤液污染物排放提出新的排放要求，亟需新处理工艺满足持续变化的环保要求。表1为新旧标准出水排放指标的变化，原先无要求的总氮和色度增设了排放标准，COD、悬浮物和氨氮出水要求进一步提高，需要新处理工艺。
表1 垃圾渗滤液处理新旧标准
  参数指标   进水浓度   旧标准一级排放   新标准排放浓度
  COD mg/L   20000～60000   100   60
  氨氮mg/L   1000～2000   15   8
  总氮mg/L   1000～2000   无要求   20
  色度倍数   3000～6000   无要求   30
  悬浮物mg/L   300～800   70   30
渗滤液处理工艺可分为物理处理、化学处理、物理化学处理和生物化学处理等4大类，处理工艺大部分不外乎上述各种工艺的有机组合。寻求高效、节能、经济可行的处理方法，是垃圾渗滤液处理的关键。
目前，垃圾渗滤液处理工艺存在如下几个问题：(1)传统活性污泥法为基础的厌氧或者好氧处理系统，处理效率低、能耗高；(2)针对高浓度的氨氮，传统的膜分离系统仅仅是浓缩或者蒸氨技术(仅仅是氨氮液相与气相的转化)，生物脱氮仍是最有效、二次污染最低的处理工艺；(3)深度处理技术缺乏合适和稳定的处理技术；深度处理技术涉及到色度、总氮、COD等综合参数的去除，并充分考虑到运行的稳定性和经济性。(4)末端采用的超滤、纳滤和反渗透为代表的膜分离技术，浓盐水处理和膜堵塞是难以维系系统稳定运行的关键因素。浓盐水回灌导致系统盐分和难降解有机物逐渐累积，影响长期稳定运行。
中国发明专利CN200810024570阐述一种垃圾渗滤液的处理工艺，主体工艺采用一级AO(兼氧+好氧)和二级补充碳源AO工艺，主体生化工艺出水进入后续超滤和纳滤系统中，浓盐水排放至反硝化池中，出水能够满足新排放标准。短期运行稳定，从长远来看，盐分的累积将导致系统运行日益恶劣。
中国发明专利CN200810069380阐述了一种采用“预处理+上流式污泥反应床+硝化反硝化反应+泥水分离+膜分离技术”等步骤，超滤膜采用分离粒径为0.05μm，仍旧满足不了新标准对水质的处理要求。
中国发明专利CN200810056984公开了一种垃圾渗滤液处理工艺，采用“主体生化+超滤+纳滤”的处理工艺，其难以解决总氮和盐分累积的问题。
中国发明专利CN200710075361公开了一种垃圾渗滤液的处理方法，采用“氨吹脱+厌氧反应器+好氧MBR反应器+超滤+纳滤”的处理技术，浓盐水采用蒸发结晶的方式进行处理。
中国发明专利CN200710044011采用矿化垃圾床处理老龄垃圾渗滤液，处理效率高，抗负荷性强，出水满足GB16889-1997中的二级标准，但总氮浓度、色度和COD还不能满足新标准的要求。
中国发明专利CN03131998采用“超声波预处理吹脱氨氮+厌氧+水解酸化+好氧氧化”工艺处理垃圾渗滤液，能够满足GB8978-1996《污水综合排放标准》中的一级标准，其排放指标远低于现行的新排放标准。
目前，现有技术尚未能够对垃圾渗滤液处理发挥重要的作用。基于GB16889-2008标准中(见表1)中的排放标准，大多数工艺即使采用膜系统，也不能稳定达标。垃圾渗滤液已经成为市政工程行业臭名昭著的废水，现有专利技术大都采用末端膜分离技术，并未对垃圾渗滤液生化出水的性质和特点做详尽的分析，缺乏针对性的全流程处理技术。膜系统应用于垃圾渗滤液系统中，会导致运行不畅，且成本高昂(吨水运行费用超过60元)。
为提高垃圾渗滤液的处理效果，为垃圾填埋场提供全新的污水解决方案，特别是针对垃圾渗滤液可生化性差、处理流程可操作性差等存在问题，急需提出可行、经济、高效的无膜解决方案。
发明内容
为解决目前垃圾渗滤液处理强烈依赖于膜分离系统的弊端，并充分响应GB16889-2008标准中垃圾渗滤液的排放需求，本发明的目的在于提供一种无膜垃圾渗滤液处理系统，整个处理系统达到如下效果：(1)选择高效的生化处理工艺，提高生化系统的效能，最大幅度的削减COD和氨氮；(2)采用外加碳源或者缓释型碳源释放装置，满足生化出水的脱氮需求；(3)选择合适的深度处理工艺，满足色度削减、可生化性提升等需求；(4)末端混凝沉淀能够保证进一步削减垃圾渗滤液中的有机物，降低出水的悬浮物浓度；(5)整条流程处理工艺能够完全替代膜分离系统，维系系统的稳定运行，出水满足GB16889-2008的排放标准。
本发明的发明目的通过如下技术方案实现。
一种无膜垃圾渗滤液的处理系统，包括厌氧加盖调节池、矿化垃圾床处理系统、反硝化池、臭氧催化氧化装置、高效生物填料处理系统、混凝沉淀系统和污泥脱水机，垃圾渗滤液经厌氧加盖调节池调节后出水，进入矿化垃圾床处理系统，矿化垃圾床系统采用成熟垃圾作为填料，顶部布水，底部出水，平均吨水占地面积为4～5m2，停留时间48～96h，矿化垃圾床系统中兼顾了厌氧、兼氧和好氧三个处理工段；矿化垃圾床处理系统出水，进入反硝化池，满足反硝化的碳源需求量为碳源∶硝态氮＝4∶1～6∶1；反硝化出水进入臭氧催化氧化装置，催化氧化填料塔中填充锰系氧化物作为臭氧催化剂，投加的臭氧与COD的质量比为1∶1～3∶1，停留时间为0.5～2h；臭氧氧化出水进入高效生物填料处理系统，底部曝气，形成一个稳定的好氧滤池系统，汽水比为12∶1～21∶1；高效生物填料处理系统出水进入后续混凝沉淀池，混凝沉淀池利用碱性混凝剂、铁系混凝剂和絮凝剂对末端渗滤液进行处理；混凝沉淀池和反硝化池产生的污泥进入污泥脱水机进行污泥脱水。
适用于本系统的垃圾渗滤液进水浓度为：COD小于60000mg/L，氨氮浓度小于2000mg/L。
所述垃圾渗滤液如果是垃圾填埋场渗滤液的，在厌氧加盖调节池中停留时间为90～120天，垃圾渗滤液如果是垃圾焚烧场渗滤液的，在厌氧加盖调节池中停留时间为6～12天。
所述矿化垃圾床处理系统分为三级，表面负荷控制在0.1～0.2m3/(m2·d)，一级矿化垃圾填料床矿化垃圾目数为200～300目，二级矿化垃圾填料床矿化垃圾目数为100～150目，三级矿化垃圾填料床矿化垃圾目数为60～80目，底部配有硅藻土和石英砂，与矿化垃圾体积比例为1∶1～1∶2。三级矿化垃圾床采用的矿化垃圾填料必须为8～10年的稳定化垃圾，布水采用间歇喷灌法，喷灌频率为1～2h/次，一天喷灌频率为3～4次，表面负荷为0.1～0.2m3渗滤液/(m2·d)，矿化垃圾与硅藻土、石灰石按照一定的比例混匀，形成具有一定比表面积的混合矿化填料
所述反硝化池采用外加碳源和缓释碳源相结合的处理方式，碳源与硝态氮的质量比为4∶1～7∶1。所述外加碳源为甲醇或者葡萄糖，缓释碳源为植物秸秆。反硝化池的水力停留时间为6～18h，主要基于反硝化菌是最容易培养的菌种，采用甘蔗杆、秸秆或者稻草作为碳源提供者，上述植物能够缓慢释放出可让微生物利用的碳源，秸秆的更换周期为10～15天，取决于硝态氮的浓度。
所述臭氧催化氧化装置中所使用的催化剂为锰基氧化物，包括二氧化锰，五氧化二锰，高锰酸钾。臭氧氧化采用锰基氧化物为催化剂的逆流接触方式，水力停留时间0.5～2h，臭氧发生器推荐使用氧气源发生器，保证臭氧的浓度。臭氧与COD的设计比值为1∶1～3∶1，取决于水质的特点。
高效生物填料处理系统采用聚合度为5％～10％的高性能填料，直径60mm，填料间距为120mm，使填料表面形成厌氧、兼氧和好氧的三层氧化膜，控制DO(溶解氧)浓度为2～4mg/L，填料紧密相连。利用臭氧催化氧化和前期反硝化过程提升的废水可生化性，进一步削减废水中的总氮。污泥系统建议100％回流，促进微生物间的竞争，进一步削减末端水体中的有机物。
混凝沉淀池的混凝剂包括氢氧化钙、高锰酸钾、硫酸亚铁、硫酸铁、聚合氯化铝，使用浓度为50～1000mg/L，絮凝剂使用聚胺脱色剂或者PAM(聚丙烯酰胺)，絮凝剂的投加浓度为5～20mg/L。沉淀池可以使用斜板或者辐流式沉淀形式，在搅拌阶段维持充分的传质效率。
污泥脱水机可以选择板框脱水机、离心脱水机、带式脱水机、叠螺脱水机，建议使用叠螺脱水机，从而减少设备用房的数量和恶臭的排放。
发明系统包括“厌氧加盖调节池+矿化垃圾过滤床+外加碳源反硝化单元”，最大限度的削减COD、BOD、氨氮、总氮和色度，为后续深度处理降低负荷。深度处理工艺采用“臭氧催化氧化+高效生物填料系统+混凝沉淀”，进一步削减上述污染物，出水达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)的排放标准。本发明对垃圾填埋场和垃圾焚烧场渗滤液处理皆适合，通过部分工艺的组合可以适应不同的排放标准(纳管或者排入天然水体)。本发明运行稳定性强、投资成本低、处理效率高、运行费用低，是具有发展潜力的垃圾渗滤液处理方法。
附图说明
图1为本发明一种无膜的垃圾渗滤液处理系统示意图；
图2为本发明垃圾渗滤液处理系统中不同臭氧投加浓度下COD的削减和BOD的增加示意图；
图3为本发明中臭氧氧化前与臭氧氧化后废水分子量的变化示意图。
图中标号说明
1-厌氧加盖调节池  2-一级矿化垃圾填料床  3-二级矿化垃圾填料床
4-三级矿化垃圾填料床  5-第一中间水池  6-第二中间水池
7-第三中间水池  8-厌氧加盖调节池顶部的排气管  9-布水器
10-石英砂或者硅藻土  11-矿化垃圾  12-反硝化池  13-反硝化菌群
14-泥水分离装置  15-阀门  16-催化剂  17-臭氧催化氧化装置
18-臭氧破坏电解装置  19-臭氧发生器  20-鼓风机  21-高效生物填料处理系统
22-混凝沉淀池  23-搅拌机  24-管道  25-叠螺脱水机  26-螺旋出口
具体实施方式
下面结合附图1进一步说明本发明是如何实现的。
实施例1
垃圾渗滤液经过长达90天的厌氧加盖调节池1，顶部设置具有排气管8，加盖材料为高强度聚合覆膜。充分调节出水通过泵打入一级矿化垃圾填料床2，出水进入第一中间水池5，保证雨季时的水力负荷维持在正常水平。三级矿化垃圾填料床2、3、4分别是上部填充不同粒度的矿化垃圾11，下部填充不同粒度的石英砂或者硅藻土层10，二级矿化垃圾填料床出水进入第二个中间水池6，三级矿化垃圾填料床出水进入第三个中间水池7，中间水池5、6、7中分别搁置秸秆缓释碳源，方便后续处理和反硝化工艺。第三中间水池7出水进入反硝化池12，反硝化池12通过补充碳源甲醇或者葡萄糖，在停留时间为8～12h范围内，利用反硝化菌群13充分利用硝态氮做电子受体，将硝态和亚硝态氮转化为氮气，反硝化池12顶部设置有泥水分离装置14，降低后续臭氧催化氧化系统的悬浮物浓度。反硝化池12出水通过阀门15，进入后续臭氧催化氧化装置17，采用纯氧发生的臭氧发生器19，通过阀门15控制进入臭氧催化氧化装置17的臭氧浓度，臭氧催化氧化装置17中布满了锰基为主的催化剂16，维系臭氧与废水的充分反应，将提高废水可生化性BOD/COD＝0.3左右，臭氧催化氧化装置可采用间歇或者连续的运行方式，顶部设置有臭氧破坏电解装置18，避免臭氧进入后续生化系统影响生化系统的效率，整个臭氧氧化停留时间为0.5～1h，臭氧可以降低色度、提高废水可生化性、降低废水毒性等多重作用。臭氧催化氧化装置17出水，通过阀门15进入高效生物填料系统21，高效生物填料系统21采用鼓风机20曝气，利用鼓风机阀门控制曝气量，利用填料表面形成的厌氧、兼氧和好氧三层膜实现对有机物的高效降解。高效生物填料系统通过阀门15进入混凝沉淀池22中，混凝沉淀池22有三台搅拌机23，分别投加两种混凝剂和一种絮凝剂，充分沉淀后，出水经管道24达标排放。混凝沉淀池22产生的污泥和反硝化池12产生的污泥通过排泥阀门15进入叠螺脱水机25进行污泥脱水，利用叠螺脱水机25一体化的污泥浓缩和碟片间的摩擦压挤进行脱水，产出污泥通过螺旋出口26外运后处理。
与现有技术相比，本发明未使用任何物理分离膜系统，这样解决了浓盐水中的盐分累积和不可降解有机物的累积过程，出水能够满足GB16889-2008标准中的排放标准。本发明不产生二次污染，也没有让污染物转移，每一段皆能够有效降解有机物。各工艺段为有机结合，充分针对色度、COD、总氮和氨氮进行有效降解。常规膜处理工艺难以实现的稳定运行和高昂的运行费用问题，在本发明中得到解决。
实施例2
某垃圾填埋场为亚洲最大的垃圾填埋场，渗滤液COD浓度高达30000～50000mg/L，B/C比小于0.3，色度为2000倍，氨氮浓度1000～1400mg/L，大肠杆菌93000～12400CFU。采用本发明系统进行处理，处理过程参照实施例1，厌氧加盖调节池停留时间90～120天后，出水COD浓度降低至4000～5000mg/L，氨氮浓度为1000mg/L，经过三级矿化垃圾填料床处理后出水，COD浓度为316～342mg/L，氨氮浓度为8mg/L，总氮浓度为280～410mg/L，主要成分皆为硝态氮。三级矿化垃圾床出水进入反硝化池中，出水总氮浓度为小于30mg/L。反硝化池出水进入臭氧氧化系统，利用臭氧能够将有机物氧化至醛和醇的形态，充分改善可生化性并降低色度和COD，在臭氧浓度∶COD＝2∶1情况下，出水COD浓度为168～178mg/L，氨氮和总氮没有变化，色度小于30倍，BOD/COD由0.05增加至0.31，臭氧催化氧化系统出水进入高效填料系统处理后，COD浓度位于70～80mg/L，色度小于30倍，BOD小于8mg/L，氨氮小于5mg/L，总氮小于25mg/L。高效调料系统出水进入混凝沉淀池，利用钙基和铁基混凝剂的混凝吸附和网捕机理，进一步降低垃圾渗滤液中的COD浓度，保证出水COD小于60mg/L，整个系统稳定运行数月，污泥使用叠螺脱水机进行脱水，污泥含水率小于80％。出水达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)中的排放标准。
表2 本发明处理流程与传统处理流程效果对比
实施例3
江苏某垃圾焚烧场渗滤液，进水COD浓度为40000～50000mg/L，氨氮浓度为1500～2000mg/L，色度为1200倍，BOD/COD＝0.5，经过水力6天厌氧加盖调节池处理后，出水COD浓度为8000mg/L，氨氮为1500mg/L，经过三级矿化垃圾床(停留时间72h)以及秸秆缓释碳源和外加碳源处理后，出水COD浓度小于400mg/L，氨氮浓度小于10mg/L，总氮浓度小于40mg/L，色度小于300倍，经过后续臭氧催化氧化系统处理后，COD浓度小于260mg/L，BOD/COD＝0.28～0.35之间，色度小于50倍。出水经过高效生物填料系统处理后，COD浓度小于100mg/L，氨氮小于8mg/L，色度小于40倍，总氮小于25mg/L。高效生物填料系统出水进入混凝脱色反应池，使用硫酸铝、氢氧化钙和双氰胺-甲醛聚合物对废水进行末端处理，处理后COD浓度小于60mg/L，氨氮小于8mg/L，色度小于25倍，总氮小于25mg/L，出水亦达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)中的排放标准。
实施例4
江西某垃圾焚烧场废水，进水COD浓度为30000～40000mg/L，氨氮浓度为1000～1500mg/L，色度为1100倍，BOD/COD＝0.5时，出水需要满足当地纳管排放二级标准，COD小于300mg/L，氨氮小于25mg/L。采用本发明中的“厌氧加盖厌氧调节池+三级矿化垃圾床处理+混凝沉淀处理”，不需要采用全部流程，厌氧加盖调节池停留时间为6天，三级矿化垃圾床处理系统停留时间为4天，混凝沉淀采用氢氧化钙、硫酸亚铁和聚丙烯酰胺的处理技术，出水COD小于300mg/L，氨氮小于20mg/L，这表明本发明能够根据废水水质实现工艺的切换和可持续性的处理。
实施例5
根据实施例2中的臭氧催化氧化系统，对臭氧催化氧化装置对末端废水处理COD的削减、BOD改善以及分子量变化进行分析(如图2和图3所示)。
表3 不同处理工艺后的微生物毒性变化
Figure BSA00000521173600071
由表3可知，通过高锰酸钾和臭氧氧化联合处理，废水的微生物抑制率由原先的60.8％下降至臭氧催化氧化后的14.2％，仅比生活污水稍些高，说明废水可生化性已经达到比较好的水平，臭氧催化氧化反应具有一定的优势。
末端采用臭氧催化氧化技术，选择臭氧的主要原因包括：(1)臭氧能够有效降低废水的COD；(2)臭氧氧化能够改善废水可生化性；(3)经过臭氧处理后的废水平均分子量降低了80％左右，并生成了小分子量的物质(醇、醛、酸)等等(末端两个红色峰)，明确了可生化提高的原因。其他末端处理技术，譬如Fenton氧化、微电解、混凝沉淀等等皆不能实现上述目的。通过凝胶色谱分析仪，能够体现废水平均分子量的变化，除了COD降低之外，平均分子量降低是废水可生化性提升的主要表现。

Claims (10)

1.一种无膜垃圾渗滤液的处理系统，包括厌氧加盖调节池、矿化垃圾床处理系统、反硝化池、臭氧催化氧化装置、高效生物填料处理系统、混凝沉淀池和污泥脱水机，其特征在于：垃圾渗滤液经厌氧加盖调节池调节后出水，进入矿化垃圾床处理系统，矿化垃圾床处理系统采用成熟垃圾作为填料，顶部布水，底部出水，矿化垃圾床处理系统中兼顾了厌氧、兼氧和好氧三个处理工段；矿化垃圾床处理系统出水，进入反硝化池，满足反硝化的碳源需求量为碳源∶硝态氮＝4∶1～6∶1；反硝化出水进入臭氧催化氧化装置，催化氧化填料塔中填充锰系氧化物作为臭氧催化剂，投加的臭氧与COD的质量比为1∶1～3∶1，停留时间为0.5～2h；臭氧氧化出水进入高效生物填料处理系统，底部曝气，形成一个稳定的好氧滤池系统，汽水比为12∶1～21∶1；高效生物填料处理系统出水进入后续混凝沉淀池，混凝沉淀池利用碱性混凝剂、铁系混凝剂和絮凝剂对末端渗滤液进行处理；混凝沉淀池和反硝化池产生的污泥进入污泥脱水机进行污泥脱水。
2.根据权利要求1所述的一种无膜垃圾渗滤液的处理系统，其特征在于：适用于本系统的垃圾渗滤液进水浓度为：COD小于60000mg/L，氨氮浓度小于2000mg/L。
3.根据权利要求1所述的一种无膜垃圾渗滤液的处理系统，其特征在于：所述垃圾渗滤液是垃圾填埋场渗滤液的，在厌氧加盖调节池中停留时间为90～120天，垃圾渗滤液是垃圾焚烧场渗滤液的，在厌氧加盖调节池中停留时间为6～12天。
4.根据权利要求1所述的一种无膜垃圾渗滤液的处理系统，其特征在于：所述矿化垃圾床处理系统分为三级，表面负荷控制在0.1～0.2m3/(m2·d)，一级矿化垃圾填料床矿化垃圾目数为200～300目，二级矿化垃圾填料床矿化垃圾目数为100～150目，三级矿化垃圾填料床矿化垃圾目数为60～80目，底部配有硅藻土和石英砂，与矿化垃圾体积比例为1∶1～1∶2。
5.根据权利要求1所述的一种无膜垃圾渗滤液的处理系统，其特征在于：所述反硝化池采用外加碳源和缓释碳源相结合的处理方式，碳源与硝态氮的质量比为4∶1～7∶1。
6.根据权利要求5所述的一种无膜垃圾渗滤液的处理系统，其特征在于：所述外加碳源为甲醇或者葡萄糖，缓释碳源为植物秸秆。
7.根据权利要求1所述的一种无膜垃圾渗滤液的处理系统，其特征在于：所述臭氧催化氧化装置中所使用的催化剂为锰基氧化物，包括二氧化锰，五氧化二锰，高锰酸钾。
8.根据权利要求1所述的一种无膜垃圾渗滤液的处理系统，其特征在于：高效生物填料处理系统采用聚合度为5％～10％的高性能填料，直径60mm，填料间距为120mm，使填料表面形成厌氧、兼氧和好氧的三层氧化膜，控制DO浓度为2～4mg/L，填料紧密相连。
9.根据权利要求1所述的一种无膜垃圾渗滤液的处理系统，其特征在于：混凝沉淀池中的混凝剂包括氢氧化钙、高锰酸钾、硫酸亚铁、硫酸铁、聚合氯化铝，使用浓度为50～1000mg/L，絮凝剂使用聚胺脱色剂或者PAM(聚丙烯酰胺)，絮凝剂的投加浓度为5～20mg/L。
10.根据权利要求1所述的一种无膜垃圾渗滤液的处理系统，其特征在于：污泥脱水机选用板框脱水机、离心脱水机、带式脱水机或叠螺脱水机。
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