CN103359814A

CN103359814A - 通过混凝-吸附作用深度处理垃圾渗滤液尾水的方法

Info

Publication number: CN103359814A
Application number: CN2013100905080A
Authority: CN
Inventors: 钱光人; 余颖; 朱明英; 窦丽; 吴岳英; 周吉峙; 肖可心
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2013-10-23

Abstract

本发明涉及一种通过混凝-吸附作用深度处理垃圾渗滤液尾水的方法。本发明是向待处理的渗滤液尾水中补充两种具有互补作用的阴阳离子型化合物，控制体系初始pH与反应温度，常压下反应0.5~3天，通过这两种化合物的混凝-吸附作用从而实现对渗滤液尾水深度处理的目的。阴离子型化合物可以是水滑石、Friedel盐等二元或三元的LDH类层间阴离子型粘土矿物。采用的阳离子型化合物可以是膨润土等粘土矿物，膨润土本身就大量存在与自然界中。所使用的两种具有互补作用的产品都廉价易得，应用灵活，而且将混凝-吸附法应用于渗滤液尾水的深度处理过程可有效的降低渗滤液尾水的各项污染物指标，进而实现廉价材料的高附加值应用。

Description

通过混凝-吸附作用深度处理垃圾渗滤液尾水的方法

技术领域

本发明涉及一种通过混凝-吸附作用深度处理垃圾渗滤液尾水的方法，属废水处理及环境保护工程技术领域。

背景技术

目前，我国垃圾渗滤液日均产生量已经超过12万吨，若不加以妥善处理，会对地下水、地表水和土壤层及周边环境造成严重污染。一般填埋场产生的新鲜渗滤液的BOD₅/COD的值（即生物需氧量与化学需氧量的比值）大于0.3，可生化性比较好，大多使用生物处理法进行处理。然而，经过生物法处理后的渗滤液尾水的化学需氧量COD仍易高于1000 mg/L，一般维持在400～700 mg/L，其中BOD₅/COD小于0.012，生化性差；经过生化处理后的渗滤液中挥发性脂肪酸含量较少，而灰黄霉酸和腐殖质类成分较高，其中含有大量大分子带共轭双键和苯环的水溶性有机物，包括憎水性腐殖质和准亲水性物质，难以降解；总氮含量高，渗滤液原水中高浓度的含氮化合物对生物系统具有抑制作用，其中碳氮比例（即C/N）失调易造成生物脱氮难以进行，最终渗滤液尾水中总氮（即TN）一般维持在200～500 mg/L，主要由无机氮组成，其中氨氮通常高达10～200 mg/L，硝酸盐氮（即NO₃ ^--N）含量一般在100～300 mg/L，难以达标排放。

物化处理不受水质质量变动的影响，出水水质比较稳定，尤其是对BOD/COD比值较低（0.07～0.20）难以生物处理的废水，有较好的处理效果。鉴于渗滤液生化反应出水的特性，物理化学方法更适用于渗滤液的深度处理。由于渗滤液尾水中难降解有机物和高浓度含氮化合物的存在，现有的单一方法很难有效使深度处理后渗滤液尾水的各项指标达标，因此已经开始有研究利用多个工艺协同作用深度处理垃圾渗滤液。渗滤液中的腐殖质，由于存在空间位阻等因素，不容易被吸附剂吸附，但腐殖质由于表面活性基团的存在，使之很容易与混凝剂发生反应而混凝沉淀；不同极性和非极性有机物可通过粘土类矿物的离子交换、表面位的物理化学吸附和粘土类矿物材料的有机改性促进其定向吸附去除。因此，混凝-吸附法联用深度处理渗滤液是一种良好的技术。已有研究利用PAC 作为混凝剂，焦炭作为吸附剂应用于渗滤液的处理，并证明了混凝和吸附各自的工艺段对污染物的去除具有互补性，克服了污染物之间竞争吸附带来的负面效应，使得整个工艺有较好的灵活性和稳定性。因此，开发高效、低廉且可回收材料通过混凝-吸附法联用深度处理垃圾渗滤液，降低其中有机物和含氮化合物的浓度，在满足重大环境需求的同时实现资源的循环利用，具有很好的发展潜力。

发明内容

本发明的目的在于针对垃圾渗滤液尾水本身的特性，提供一种通过混凝-吸附作用深度处理垃圾渗滤液尾水的方法，采用两种普通廉价且具有互补作用的原料，可有效降低渗滤液尾水的各项污染物指标。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种通过混凝-吸附作用深度处理垃圾渗滤液尾水的方法，其特征在于向待处理的渗滤液尾水中补充两种具有互补作用的阴阳离子型化合物，通过这两种化合物的混凝-吸附作用从而实现对渗滤液尾水的深度处理。

本方法的处理对象为一般的渗滤液生化尾水，即化学需氧量COD浓度为300~1200 mg/L，总有机碳TOC浓度为50~1000 mg/L，总氮TN浓度为200~1000 mg/L，硝酸盐氮NO₃ ^--N浓度为50~500 mg/L，亚硝酸盐氮NO₂ ^--N浓度为50~500 mg/L，氨氮NH₃-N浓度为100~800 mg/L，pH介于6.0~8.0之间。

本方法的处理工艺步骤如下：

a. 首先，对垃圾渗滤液生化尾水水质进行分析，了解其中各项水质指标及有机物种类；本方法的处理对象针对一般的渗滤液生化尾水都适用，即化学需氧量COD浓度为300~1200 mg/L，总有机碳TOC浓度为50~1000 mg/L，总氮TN浓度为200~1000 mg/L，硝酸盐氮NO₃ ^--N浓度为50~500 mg/L，亚硝酸盐氮NO₂ ^--N浓度为50~500 mg/L，氨氮NH₃-N浓度为100~800 mg/L，pH介于6.0~8.0之间。

b. 其次，将待处理的渗滤液尾水首先进入加药反应池，向其中补充0.1~50 g/L阴离子型层间化合物（即LDH化合物），混合均匀。本发明中，阴离子型层间化合物可以是水滑石、Friedel盐等二元或三元的LDH类层间阴离子型粘土矿物。利用该类化合物深度处理渗滤液尾水，不仅可以通过体系外合成LDH化合物后投入渗滤液尾水进行处理；也可以通过调理渗滤液尾水中二价、三价阳离子的含量及体系pH值，并利用尾水中所含有的阴离子通过共沉淀原理直接在渗滤液尾水中原位合成此类阴离子型化合物（即原位合成法）。

c. 再次，添加碱性物质，控制体系初始反应的pH为7~13，随后将反应浆体在20~80^oC条件下，常压均匀反应0.5~3天，在沉淀池中完成固液分离，将固体经过400~500^oC条件下煅烧6~10 h后可重复利用。添加的碱性物质包括氢氧化钾、氢氧化钠、石灰或石灰质材料等固体或液体。经过处理后的渗滤液尾水中COD、TOC的去除率达到30~90%，TN、NO₃ ^--N、NO₂ ^--N及氨氮的去除率达到20~80%，TP的去除率达到40~100%，Cl^-的去除率在10~80%左右，SO₄ ^2-的去除率达到50~100%。并且，该方法对于渗滤液尾水中含量最多的两类有机物种类——酚醇类和芳香类都具有较好的去除效果，可去除原水中20~90%的芳香类物质，10~60%的酚、醇类物质，20~80%的酸类物质以及20~75%的酰胺类物质，对于烷、烯烃类物质及酯类物质几乎没有去除效果。

d. 最后，向经过阴离子型层间化合物处理后的渗滤液尾水中再补充0.1~50 g/L阳离子型层间化合物，添加碱性物质控制体系初始反应的pH为7~13，随后将反应浆体在20~80^oC条件下，常压下均匀反应0.5~3天，在沉淀池中完成固液分离。阳离子型化合物可以是钠基膨润土、钙基膨润土及有机改性的膨润土等阳离子型粘土矿物。经过阳离子型化合物处理后的渗滤液尾水中COD、TOC可在原来基础上多去除率10~40%，氨氮的去除率可在原来基础上多去除10~30%，从而达标排放。

上述工艺过程流程图如图3所示。

本发明方法的原理及机理叙述如下：

本发明方法的原理为通过阴阳离子型层间化合物的混凝-吸附作用深度处理渗滤液尾水的过程。

阴离子型层间化合物在处理渗滤液尾水的过程中，部分二价、三价金属阳离子会溶出，对其中的有机物有混凝作用，主要包括三个方面：有机胶体的电中和作用、不溶性腐殖酸盐或配位物的络合沉淀作用和金属氢氧化物对有机物的吸附-共沉淀作用。一方面，对于表面易带负电的有机物，在静电的作用下混凝剂的金属阳离子所带正电荷与有机物表面的负电荷结合，中和一部分负电荷而使胶体颗粒的扩散层被压缩，使胶体颗粒的zeta电位降低，在范德华力的作用下形成松散的大胶体颗粒。另一方面，溶出的金属离子与DOM的络合可以通过式子R-(COO^-)_n ^-m+mM²⁺=R(COO_nM_m)^(-n+2m)表示。在金属络合过程中会受到两种作用机制的影响，一方面有机物上的官能团与水中的OH^-竞争金属阳离子形成各自的络合物，另一方面水中的H⁺会与金属离子竞争有机物上的结合点，这些都与DOM活性位点的分步及体系pH值有关。有研究表明，铝盐对渗滤液DOM中的腐殖酸具有混凝作用，在 pH=5附近，吸附电中和是腐殖酸混凝的主要机理；而在pH=7附近，网扫絮凝起主要作用。

在渗滤液尾水中未溶解的阴离子型化合物对于其中的有机污染物等具有吸附作用。该类化合物对于渗滤液尾水中的阴离子型有机物（主要包括羧酸类、酚、醇类等）及部分非离子型有机物可通过表面吸附、层间阴离子交换等作用去除。矿物吸附剂吸附 DOM 的作用力主要来自于矿物上的羟基和DOM羧酸基团之间的离子交换作用：>M-OH+RCOO^-??>M-OOCR+OH^-。DOM 组分的分子量越大，疏水性越高，芳香性越高，矿物吸附剂对其吸附效果越好。

本发明中，阳离子型化合物可以是钠基膨润土、钙基膨润土及有机改性的膨润土等阳离子型粘土矿物。该类化合物易被交换出的阳离子在一定条件下同样可通过混凝作用去除其中有机污染物，同时此类化合物本身的吸附作用对阴离子型化合物很难去除的中性或阳离子型有机物，如酯类、烷烃类等，以及NH₃-N具有一定的去除效果。

因此，利用阴阳离子型化合物的互补作用，不论反应顺序，通过混凝-吸附法可以有效的深度处理渗滤液尾水。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著进步：本发明中采用的阴离子型化合物可以是水滑石、Friedel盐（一种水泥水化产物）等二元或三元的LDH类层间阴离子型粘土矿物，可实现循环利用；采用的阳离子型化合物可以是膨润土等粘土矿物，膨润土本身就大量存在与自然界中。而且，利用阴离子型化合物深度处理渗滤液尾水过程中，不仅可以通过体系外合成LDH化合物后投入渗滤液尾水进行处理；也可以通过原位合成法合成此类阴离子型化合物。所使用的两种具有互补作用的产品都廉价易得，应用灵活，而且将混凝-吸附法应用于渗滤液尾水的深度处理过程可有效的降低渗滤液尾水的各项污染物指标，进而实现廉价材料的高附加值应用。

附图说明

图1 为所使用阴离子型化合物处理渗滤液尾水前溶液的GC-MS谱图

图2 为所使用阴离子型化合物处理渗滤液尾水后溶液的GC-MS谱图

图3 为所使用阴离子型化合物的X射线衍射谱图

图4 为所使用阴离子型化合物再生后产物的X射线衍射谱图

图5为本发明工艺过程流程图。

具体实施方式

现将本发明的优选实施例结合附图说明于后

实施例一：参见图3，本发明通过混凝-吸附作用深度处理垃圾渗滤液尾水的方法是向待处理的渗滤液尾水中补充两种具有互补作用的阴阳离子型化合物，通过这两种化合物的混凝-吸附作用从而实现对渗滤液尾水的深度处理。处理对象为一般的渗滤液生化尾水，即化学需氧量COD浓度为300~1200 mg/L，总有机碳TOC浓度为50~1000 mg/L，总氮TN浓度为200~1000 mg/L，硝酸盐氮NO₃ ^--N浓度为50~500 mg/L，亚硝酸盐氮NO₂ ^--N浓度为50~500 mg/L，氨氮NH₃-N浓度为100~800 mg/L，pH介于6.0~8.0之间。

本方法的处理工艺步骤为：首先，将待处理的渗滤液尾水首先进入加药反应池，向其中补充0.1~50 g/L阴离子型层间化合物——即LDH化合物，混合均匀；其次，添加碱性物质，控制体系初始反应的pH为7~13，随后将反应浆体在20~80^oC条件下，常压均匀反应0.5~3天，在沉淀池中完成固液分离，将固体经过400~500^oC条件下煅烧6~10 h后可重复利用；再次，向经过阴离子型层间化合物处理后的渗滤液尾水中再补充0.1~50 g/L阳离子型层间化合物，添加碱性物质控制体系初始反应的pH为7~13，随后将反应浆体在20~80^oC条件下，常压下均匀反应0.5~3天，在沉淀池中完成固液分离。

实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

a. 所述阴离子型层间化合物可以是水滑石、Friedel盐等二元或三元的LDH类层间阴离子型粘土矿物。利用该阴离子层间化合物深度处理渗滤液尾水，不仅可以通过体系外合成LDH化合物后投入渗滤液尾水进行处理；也可以通过调理渗滤液尾水中二价、三价阳离子的含量及体系pH值，并利用尾水中所含有的阴离子通过共沉淀原理直接在渗滤液尾水中原位合成此类阴离子型化合物——即原位合成法。

b. 所述添加的碱性物质为氢氧化钾、氢氧化钠、石灰或石灰质材料的固体或液体；经过处理后的渗滤液尾水中COD、TOC的去除率达到30~90%，TN、NO₃ ^--N、NO₂ ^--N及氨氮的去除率达到20~80%，TP的去除率达到40~100%，Cl^-的去除率在10~80%左右，SO₄ ^2-的去除率达到50~100%；并且，对于渗滤液尾水中含量最多的两类有机物种类——酚醇类和芳香类都具有较好的去除效果，可去除原水中20~90%的芳香类物质，10~60%的酚、醇类物质，20~80%的酸类物质以及20~75%的酰胺类物质。

c. 所述参与反应的阳离子型层间化合物是钠基膨润土、钙基膨润土或有机改性的膨润土阳离子型粘土矿物；经过阳离子型化合物处理后的渗滤液尾水中COD、TOC可在原来基础上多去除率10~40%，氨氮的去除率可在原来基础上多去除10~30%，从而达标排放。

实施例三：本实施例的处理工艺步骤如下所述：

上海市某填埋场经生物处理单元处理后的渗滤液尾水水质指标如下表1。

1 渗滤液尾水的水质特性

水质指标	数值	水质指标	数值
				COD_Cr	979.34	NH₃-N	320.80
TOC	401.42	TP	-
				TN	791.00	pH	7.84
NO₃-N	80.39	Cl^-	1483.11
				NO₂-N	276.61	SO₄ ^2-	1373.36

“—”代表未检出，除pH值外其他指标单位均为mg/L。

投加10 g/L Friedel盐（Ca-Al-Cl-LDH）置于加药搅拌反应池中，利用NaOH调节反应pH值为9.0，于25 ^oC 、常压条件下均匀反应24 h，反应完毕后固液分离。经上述方法处理后的渗滤液尾水水质如表2。

表2 经阴离子型化合物处理后的水质

水质指标	去除率（%）	水质指标	去除率（%）
				COD_Cr	83.1	NH₃-N	24.6
TOC	82.9	TP	-
				TN	34.8	pH	10.2
NO₃-N	43.2	SO₄ ^2-	99.2
				NO₂-N	20.4

“—”代表未检出，除pH值外其他指标单位均为mg/L。

经上述方法处理前后溶液的GC-MS谱图见图1。通过对GC-MS谱图所检测出有机污染物分类，并依据各污染物的丰度值进行半定量分析发现，该方法可去除原水中87.2%的芳香类物质，53.8%的酚、醇类物质，78.6%的酸类物质以及72.6%的酰胺类物质，对于烷、烯烃类物质及酯类物质几乎没有去除效果。

所使用的Friedel盐及其处理尾水后产物经400^oC煅烧10 h并于盐溶液中恢复后的X射线衍射谱图见附图中的图2，说明该阴离子型化合物的可循环利用性。

向经过10 g/L Friedel盐处理后的出水中再投加10 g/L 的钠基膨润土，于25 ^oC 、常压下反应24 h，反应完毕后固液分离，其他操作步骤及测试、表征分析同上。

经上述方法处理后的渗滤液尾水COD可在原来基础上再多去除23.6%，氨氮也可在原来的基础上有进一步去除。由此推断，阳离子型化合物可在阴离子型化合物处理的基础上进一步去除渗滤液尾水中的污染物。

Claims

1.一种通过混凝-吸附作用深度处理垃圾渗滤液尾水的方法，其特征在于向待处理的渗滤液尾水中补充两种具有互补作用的阴阳离子型化合物，通过这两种化合物的混凝-吸附作用从而实现对渗滤液尾水的深度处理。

2.如权利要求1所述的通过的混凝-吸附作用深度处理垃圾渗滤液尾水的方法，其特征在于处理对象为一般的渗滤液生化尾水，即化学需氧量COD浓度为300~1200 mg/L，总有机碳TOC浓度为50~1000 mg/L，总氮TN浓度为200~1000 mg/L，硝酸盐氮NO₃ ^--N浓度为50~500 mg/L，亚硝酸盐氮NO₂ ^--N浓度为50~500 mg/L，氨氮NH₃-N浓度为100~800 mg/L，pH介于6.0~8.0之间。

3.如权利要求1所述的通过的混凝-吸附作用深度处理垃圾渗滤液尾水的方法，其特征在于处理工艺步骤为：首先，将待处理的渗滤液尾水首先进入加药反应池，向其中补充0.1~50 g/L阴离子型层间化合物——即LDH化合物，混合均匀；其次，添加碱性物质，控制体系初始反应的pH为7~13，随后将反应浆体在20~80^oC条件下，常压均匀反应0.5~3天，在沉淀池中完成固液分离，将固体经过400~500^oC条件下煅烧6~10 h后可重复利用；再次，向经过阴离子型层间化合物处理后的渗滤液尾水中再补充0.1~50 g/L阳离子型层间化合物，添加碱性物质控制体系初始反应的pH为7~13，随后将反应浆体在20~80^oC条件下，常压下均匀反应0.5~3天，在沉淀池中完成固液分离。

4.如权利要求3所述的通过的混凝-吸附作用深度处理垃圾渗滤液尾水的方法，其特征在于所述阴离子型层间化合物可以是水滑石、Friedel盐等二元或三元的LDH类层间阴离子型粘土矿物。利用该阴离子层间化合物深度处理渗滤液尾水，不仅可以通过体系外合成LDH化合物后投入渗滤液尾水进行处理；也可以通过调理渗滤液尾水中二价、三价阳离子的含量及体系pH值，并利用尾水中所含有的阴离子通过共沉淀原理直接在渗滤液尾水中原位合成此类阴离子型化合物——即原位合成法。

5.如权利要求3所述的通过的混凝-吸附作用深度处理垃圾渗滤液尾水的方法，其特征在于所述添加的碱性物质为氢氧化钾、氢氧化钠、石灰或石灰质材料的固体或液体；经过处理后的渗滤液尾水中COD、TOC的去除率达到30~90%，TN、NO₃ ^--N、NO₂ ^--N及氨氮的去除率达到20~80%，TP的去除率达到40~100%，Cl^-的去除率在10~80%左右，SO₄ ^2-的去除率达到50~100%；并且，对于渗滤液尾水中含量最多的两类有机物种类——酚醇类和芳香类都具有较好的去除效果，可去除原水中20~90%的芳香类物质，10~60%的酚、醇类物质，20~80%的酸类物质以及20~75%的酰胺类物质。

6.如权利要求3所述的通过的混凝-吸附作用深度处理垃圾渗滤液尾水的方法，其特征在于所述参与反应的阳离子型层间化合物是钠基膨润土、钙基膨润土或有机改性的膨润土阳离子型粘土矿物；经过阳离子型化合物处理后的渗滤液尾水中COD、TOC可在原来基础上多去除率10~40%，氨氮的去除率可在原来基础上多去除10~30%，从而达标排放。

7.如权利要求3所述的通过的混凝-吸附作用深度处理垃圾渗滤液尾水的方法，其特征在于所述阴阳离子型化合物深度处理渗滤液尾水的投加顺序可调换，灵活应用。