CN103086563B - 一种多级太阳光光催化处理垃圾渗滤液工艺 - Google Patents

Abstract

本发明采用生物法、多级太阳光光催化处理工艺对垃圾渗滤液进行处理。该发明不但工艺和设备制造简单，并且出水水质可达GB16889-2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》中的一级排放标准，另外得到的5％-10％的废渣可以进行回灌处理，最后得到的残渣可以进行焚烧处理，且本发明利用多孔的火山石等吸收经光催化降解后的气体而得到较好的肥料。本发明效率高、成本低、操作方便、绿色环保无二次污染，适用于垃圾渗滤液的处理。

Description

一种多级太阳光光催化处理垃圾渗滤液工艺

技术领域

本发明涉及污水处理领域，特别涉及一种太阳光光催化处理垃圾渗滤液的处理工艺。

背景技术

随着经济快速发展，生活垃圾的产生量也急剧增加。垃圾填埋具有技术成熟、处理费用低、管理方便等优点，被广泛使用。目前我国有90％左右的垃圾是用填埋法处理的，这么大量的垃圾填埋会产生大量的二次污染物-垃圾渗滤液。据估计，目前我国城市垃圾年产量已超过一亿多吨，且每年以8％～10％的速度递增。垃圾渗滤液是垃圾填埋过程中产生的高浓度有机废水，是垃圾填埋过程中产生二次污染的主要因素之一，对水体、土壤、大气和生物都有不同程度的影响，是国内外污水处理的一大难题。垃圾渗滤液有成分复杂、水质水量变化巨大、有机物和氨氮浓度高、微生物营养元素比例失调等特点。目前，国内外尚无十分成熟和完善的处理渗滤液的工艺。现在全国有垃圾填埋场约一千个，根据对其中300多个垃圾填埋场的调查，发现真正能达到垃圾卫生填埋标准的只有20～30％，而垃圾渗滤液真正能够就地处理达标排放的仅占5％左右。

另外，国内很多垃圾填埋场对渗滤液没有很好的处理而直接排放，我国大部分垃圾填埋场由于种种原因，没有防渗设施或者防渗设施效果差，每到雨季，大量垃圾渗滤液随着雨水一起进入地下水和土壤，造成地下水和土壤严重污染，由于没有处理设施或者设施无法发挥作用，填埋场溢出或者收集的渗滤液排入河流和周围农田，造成水体严重污染。据中国环境科学研究院的报告，垃圾渗滤液中含有93种有机污染物，主要来源于：①垃圾本身所含水分及有害物质。②垃圾发酵过程中产生的水分及有害物质。③地表水、地下水浸泡垃圾而产生的废水，浸泡过程中大量的重金属等有毒有害物质溶解到水体中。④回灌水(垃圾渗滤液的一种处理方案，即把垃圾渗滤液在垃圾填埋场内循环喷洒，以减少渗滤液的产量和降低渗滤液的毒性)。其中有22种已被列入我国和美国国家环保署的重点控制名单，一种可直接致癌，5种可诱发致癌；除此之外还含有多种高浓度的重金属、盐类和多种病源微生物，没经过严格处理或处理不达标的渗滤液，会对周围的地下水体、地表水体、土壤及生态环境带来严重的污染和危害。因此生活垃圾填埋场渗滤液处理处置已成为城市建设管理者必须面对和解决的问题。

垃圾渗滤液水质复杂且变化较大，而且渗滤液的成分组成，会随着填埋时间的延长发生很大的变化，而国内垃圾不像国外那样经过严格的分类和筛选，所以国内城市垃圾渗滤液的金属离子浓度与国外城市垃圾渗滤液中金属离子浓度有差异。这些更使处理工艺的选择增加了难度。常用的垃圾渗滤液处理技术主要有生物处理法、物化处理法、土地处理法和减量处理法四大类。(1)生物处理法中，好氧生物处理工艺中的活性污泥法和生物膜法的处理效果最好，停留时间较短，已有丰富的运行经验，但工程投资大、运行管理费用高。(2)与生物处理工艺相比，物化处理工艺受水质水量变动的影响比较小，出水水质比较稳定，尤其是对BOD/COD较低(可生化性差)的垃圾渗滤液有较好的处理效果，已经成为渗滤液后续处理工艺中最常用的方法之一。但其处理成本较高，不适于大水量垃圾渗滤液的处理。一般作为一种预处理或者后处理的手段来处理垃圾渗滤液。(3)垃圾渗滤液的土地处理主要包括人工湿地和回灌处理。人工湿地是近几年出现的一种新型的土地处理工艺，是利用人为手段建立起来的，具有湿地性质的污水处理系统，是人为创造的适宜水生植物或湿地植物生长的环境。人工湿地缺点是有可能对地下水和土壤造成污染。垃圾渗滤液回灌并不能完全取代垃圾渗滤液的处理，只能作为一种减量措施，因为过剩的垃圾渗滤液还要进行处理。

最近几年研究出了如膜分离技术、高铁酸钾预处理垃圾渗滤液、厌氧氧化处理高浓度氨氮垃圾渗滤液、“加载混凝-磁分离”用于处理垃圾渗滤液、Fenton法在垃圾渗滤液预处理。这些处理方法在一定程度上了加大了经济的投入。而在实际生产中应用较多的是生化法和膜处理法，尤其是MBR和反渗透(纳滤)结合工艺应用较多。但是该工艺存在着生化性不够、电导率积累及浓缩液处置等需要解决的问题。而且现在国际和国外对垃圾渗滤液的处理费用均在25-50元/吨，整体来说费用还是较高。因此开发高效、低运行成本的处理技术一直是世界各国追逐的目标。

面对垃圾渗滤液处理的问题，本发明提出一种多级太阳光光催化处理垃圾渗滤液工艺。本发明处理工艺的特点是利用廉价易得的模板合成出稳定性高、性能良好，高容量、高选择的光催化剂。克服了传统制备光催化剂所用化学模板普遍较昂贵、工艺复杂的困难。且传统的催化剂只能利用太阳光中不到5％的紫外光进行催化，本发明中的催化剂可利用太阳光中45％以上的可见光进行催化，太阳光的利用率比传统的明显增加。根据合成的介孔材料，以下为多级光催化工艺的机理：当半导体氧化物(如TiO₂)纳米粒子受到大于禁带宽度能量的紫外光光子照射后，电子从价带跃迁到导带，经改性后的半导体氧化物，使禁带空隙变窄，即所需的能量降低，则在吸收低能带的可见光也能够发生电子跃迁，产生了电子-空穴对，电子具有还原性，空穴具有氧化性，空穴与氧化物半导体纳米粒子表面的OH^-反应生成氧化性很高的羟基自由基，活泼的羟基自由基可以把许多难降解的有机物氧化为二氧化碳和水等无机物。鉴于废水中化合物极为稳定的特点，我们提高光催化反应温度至35-55℃的微温条件下发生光催化反应，之后生成的CO₂等以气体的形式连续排出，从而降解水中有机物。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效、低投资、操作方便的垃圾渗滤液处理工艺，且不对环境造成二次污染。研究的水样取自云南省某垃圾填埋场，经处理后不但出水水质达标，而且处理后可得到较好的肥料。本发明中涉及到四项已申请的专利：王家强，以硅铝介孔分子筛为基体的可见光催化剂及其制备方法(已授权：ZL 03 1 17252.0)，王家强等，水处理剂的制备及其应用方法，发明专利，(已授权：ZL2004 1 0021851.0)，王家强，光催化真空气液固三相高效分离工艺处理高盐分高浓度有机废水发明专利(申请号：201010039195.2)和以植物皮、膜为模板制备介孔二氧化钛光催化剂的方法(已授权：ZL200710065939.6)。

本发明相比背景技术中的处理法，有如下优点：

1、成本低，工艺流程及操作简单，无需过多复杂的化学处理方法，便于实现工业化。

2、经过该工艺处理后，出水水质可达GB16889-2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》中的一级排放标准。

3、充分利用可再生和清洁能源太阳能的热效应和光效应，实现了太阳能的光热协同催化作用，在能源方面达到很好的节能效果。

4、本工艺中从废水中能回收得到肥料，变废为宝，具有很大的经济价值和环保价值。

本发明的技术方案首先通过生物预处理池，再将废水通过多级太阳光光催化工艺进行处理，其中多级太阳光光催化中两次的太阳能光催化把废水中的有机物充分打断形成小分子如CO₂，最后深度处理不仅进一步降解有机物，且对废水起到很好的杀菌作用，最后达标水从此排放。

工艺流程见说明书附图。现详细说明本发明技术方案：

第一步 生物预处理

首先，将垃圾渗滤液引入生物处理池，在池中投加驯化的活性污泥，利用活性污泥中的微生物在好氧的条件下以有机物为食料迅速生长增殖，消耗有机物使废水得以净化。

第二步 采用多级太阳光光催化对垃圾渗滤液进行处理

1、一级太阳光光催化预处理

将垃圾渗滤液引入预处理池，通过池中格栅之后可去除较大颗粒的悬浮物，其目的是为了防止之后的工艺设备发生堵塞。然后把废水引入涂有硅铝介孔分子筛的太阳光集热装置中，光催化剂在太阳光照射下与废水发生光催化反应。把一些有机物打断成小分子的物质，并且利用太阳光的能量，对废水进行加热到35℃-55℃，为后面的三级介孔材料进行光催化处理做好准备，加热的目的是为后续的光催化提供一定能量，有利于介孔材料催化过程中电子产生跃迁。同时使细菌、病毒等失去活性，且此级为整个过程节省了大量的能耗。充分利用了太阳光的光效应和热效应。

2、二级加预处理剂进行处理

在经一级处理的废水中加入与废水的质量比为1∶1000-1∶10000的水处理剂，废水与水处理剂进行混合，利用一级的热量使水处理剂与废水进行反应，把大分子有机物打断为小分子有机物。

3、三级介孔材料进行光催化处理

光催化原理简单地说，就是一些半导体材料(如TiO₂)在可见光或紫外线的照射下价带电子会被激发到导带，从而产生具有很强反应活性的电子(e)空穴(h⁺)对，这些电子空穴对迁移到半导体表面后，在光催化作用下产生羟基(·OH)和超氧化物离子，在不使用任何化学药物的情况下将水中的有机物、细菌、病毒以及其它致病体完全氧化成二氧化碳、水和无机小分子，达到了净化、消毒和降解污染物的目的。在这些半导体催化剂中，TiO₂化学性质稳定、难溶、无毒、成本低、催化效率高，对于难降解有机物非常有效。鉴于废水中化合物极为稳定的特点，本发明提高光催化反应温度至微温条件下发生光催化反应，之后生成的CO₂等以气体的形式连续排出，从而降解水中有机物。本发明中的催化剂可以利用太阳光中45％以上的可见光进行催化，太阳光的利用率明显比以前的催化剂效率高。总之，垃圾渗滤液在多级光催化处理后能够达到很好的脱色及降解效果，最后得到的残渣可以进行回灌处理，多次回灌后得到的残渣可以进行焚烧处理，且可利用廉价的多孔材料吸附降解出的气体而得到较好的氮肥。

4、四级深度处理

将经光催化处理后的废水引入深度处理器，加入氧化剂O₃或消毒剂ClO₂，进一步进行中的一级排放标准

具体实施例1：

将COD约为5000mg/L、NH₃-N约为1400mg/L、pH值为9的垃圾渗滤液通过池中格栅之后可去除较大颗粒的悬浮物，然后送入生物池，利用驯化的活性污泥进行处理，之后将废水送入预处理池，经一级太阳光光催化预处理器进行处理，在二级反应器中直接加入水处理剂，然后进入三级光催化反应器进行连续反应，在四级深度处理中通入O₃，最后出水的COD为60mg/L、NH₃-N为20mg/L、pH值为8.5、色度小于50，达到GB16889-2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》中的一级排放标准

具体实施例2：

将COD约为5000mg/L、NH₃-N约为1400mg/L、pH值为9的垃圾渗滤液通过池中格栅之后可去除较大颗粒的悬浮物，然后送入生物池，利用驯化的活性污泥进行处理，之后将废水送入预处理池，经一级太阳光光催化预处理器进行处理，在二级反应器中直接加入水处理剂，然后进入三级光催化反应器进行连续反应，在四级深度处理中加入ClO₂，最后出水的COD为35mg/L、NH₃-N为22mg/L、pH值为8.5、色度小于50，达到GB16889-2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》中的一级排放标准

具体实施例3：

将COD约为5000mg/L、NH₃-N约为1400mg/L、pH值为9的垃圾渗滤液通过池中格栅之后可去除较大颗粒的悬浮物，然后送入生物池，利用驯化的活性污泥进行处理，之后将废水进行调pH后送入预处理池，经一级太阳光光催化预处理器进行处理，在二级反应器中进行调酸后加水处理剂，然后进入三级光催化反应器进行连续反应，在四级深度处理中通入O₃，最后出水的COD为58mg/L、NH₃-N为9mg/L、pH值为8、色度小于50，达到GB16889-2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》中的一级排放标准

具体实施例4：

将COD约为5000mg/L、NH₃-N约为1400mg/L、pH值为9的垃圾渗滤液通过池中格栅之后可去除较大颗粒的悬浮物，然后送入生物池，利用驯化的活性污泥进行处理，之后将废水进行调pH后送入预处理池，经一级太阳光光催化预处理器进行处理，在二级反应器中进行调酸后加水处理剂，然后进入三级光催化反应器进行连续反应，在四级深度处理中加入ClO₂，最后出水的COD为18mg/L、NH₃-N为3mg/L、pH值为8、色度小于50，达到GB16889-2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》中的一级排放标准。

Claims (2)

1.一种垃圾渗滤液的处理工艺，其特征在于处理步骤如下：第一步，生物法预处理；第二步，采用多级太阳光光催化工艺对废水进行处理，其中多级太阳光光催化分为一级太阳光光催化预处理、二级加预处理剂进一步处理、三级加介孔材料进行光催化处理、四级深度处理；一级太阳光光催化预处理采用太阳光集热装置，使废水温度上升到35℃-55℃，活化太阳光集热装置中的可见光催化剂硅铝介孔分子筛，二级加预处理剂进行处理为加入一些水处理剂，其与废水的质量比为1∶1000-1∶10000，三级加介孔材料进行光催化处理为在光催化装置内部涂上一层以光敏性植物的叶、茎、皮为模板合成的多孔分子筛TiO₂，利用反光镜面引入太阳光光源，多孔分子筛TiO₂在太阳光照射下与废水发生光催化反应，利用多孔的火山石吸收降解出的气体得到较好的氮肥，四级深度处理为加入氧化剂O₃或ClO₂，从而达标排放。

2.根据权利要求1所述的处理工艺，其特征在于生物法预处理为在池中投加经驯化后的活性污泥。