CN104773925A - 一种同时处理垃圾渗滤液和酸性矿山排水的方法 - Google Patents

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李玉龙
岳正波
罗筱枭
徐诚
陈天虎
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Abstract

本发明公开了一种同时处理垃圾渗滤液和酸性矿山排水的方法，其特征是：首先将垃圾渗滤液和酸性矿山排水按比例混合形成含有高浓度COD和硫酸盐的调节废水，然后通入包括厌氧反应器和缺氧-好氧反应器的生物处理系统进行处理；在厌氧反应器中含有大量厌氧微生物，厌氧反应器出水中80％以上硫酸盐和80-90％的COD被去除；厌氧反应器与缺氧-好氧反应器连通，缺氧和好氧反应器之间相连通并通过回流比调节工艺，好氧反应器进行好氧硝化反应，出水回流到缺氧反应器进行反硝化反应，从而最终实现总氮的去除率几乎达到100％。本发明方法的实施能够同时高效去除垃圾渗滤液与酸性矿山排水中的有机物、硫酸盐、重金属离子并实现脱氮，以废治废、成本更低。

Description

一种同时处理垃圾渗滤液和酸性矿山排水的方法
技术领域
本发明涉及难降解废水处理技术领域，具体为一种同时处理垃圾渗滤液和酸性矿山排水的方法。
背景技术
垃圾渗滤液有机质含量高，含大量的难降解有机物，如烃类及其衍生物、酸酯类、醇酚类、酰胺类和酮醛类等。垃圾渗滤液的突出特点是有机污染物种类多且浓度高、生物降解性差、溶解盐高、氨氮浓度高。目前垃圾渗滤液的处理按照处理设施分为场内处理和场外处理两类。场内处理简而言之就是指在垃圾填埋场建设污水处理站处理的解决方案；场外处理则是将垃圾渗滤液和城市污水合并到污水处理厂处理。按照处理技术分，垃圾渗滤液的主要处理方式有生物处理法、物化处理法和土地处理法三种。目前垃圾渗滤液的治理普遍采用厌氧/好氧生化、砂滤、膜滤、反渗透以及光催化等手段进行联合处理，从而导致处理流程复杂、处理成本很高，成为垃圾填埋场运行的主要负担之一。
另一方面，随着金属矿产资源的开发，酸性矿山排水的问题引起了大家的关注。矿山酸性排水水量较大、pH值较低(一般为2～3)，含高浓度的硫酸盐和可溶性的重金属离子。目前对于酸性矿山废水处理方法主要是中和法与微生物法两种。中和法是最常用的方法，即向酸性废水中投加碱性中和剂(碱石灰、消石灰、碳酸钙、高炉渣、白云石等)，一方面使废水的pH值提高，另一方面废水中的重金属离子与中和剂发生化学反应形成氢氧化物沉淀、去除水体中的重金属离子。为了提高处理效果，中和法通常与氧化或曝气过程(如将Fe2+转变为Fe3+)相结合使用。国内多采用以石灰乳为中和剂的一段中和法，但是如果酸性废水的pH值较低，采用石灰乳为中和剂的一段中和法，一方面治理每吨废水需要的石灰量较大、处理成本较高；另一方面将产生大量的废渣，给环境带来潜在的二次污染风险。微生物法处理酸性矿山废水就是利用硫酸盐还原菌(SRB)通过异化硫酸盐的生物还原反应，将硫酸盐还原为H2S，并利用某些微生物将H2S氧化为单质硫，产生的硫化物与重金属结合为金属硫化物沉淀，以去除废水中的重金属离子。硫酸盐还原菌(SRB)通常在pH值为中性时活性最好，而在其还原硫酸根生成硫离子和H2S的过程中，pH值会降低，且高浓度的硫离子和H2S对许多微生物的生长具有抑制作用。此外，利用微生物法处理酸性矿山排水时，一般需要额外投加供微生物生长的碳源，这在一定成本上增加了处理的成本。
因此，如果把垃圾渗滤液和酸性矿山排水混合后进行生物处理，则垃圾渗滤液中的大量有机质可以作为碳源被微生物利用，且垃圾渗滤液中本来就含有大量的硫酸盐还原菌等厌氧微生物，无需额外接种微生物。理论上，把垃圾渗滤液和酸性矿山排水混合后的调节废水中既含有高浓度的硫酸盐、又含有大量的有机质和重金属离子，且垃圾渗滤液本身具有良好的pH缓冲能力。这些为硫酸盐还原菌的生长和繁殖提供了适宜的条件。在厌氧条件下，有机质被包括硫酸盐还原菌在内的厌氧微生物分解代谢，并同时产生了一定的碱度，硫酸盐被还原成硫离子，而二价硫离子可以和重金属离子反应形成重金属硫化物，以同步实现硫和重金属离子的去除。硫酸盐还原菌是一类能够适应苛刻环境条件的微生物，且能利用多种难降解有机物作为碳源，其大量生长繁殖有利于进一步降解垃圾渗滤液中的有机质，从而实现大量有机碳的去除。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种同时处理垃圾渗滤液和酸性矿山排水的方法。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明同时处理垃圾渗滤液和酸性矿山排水的方法，其特点在于包括如下步骤：
A、将垃圾渗滤液和酸性矿山排水混合，构成混合液，在所述混合液中化学需氧量与混合液中所含SO4 2-的质量比为1～4:1(优选为3:1)；用NaOH溶液调节所述混合液的pH，得到pH为7～8的调节废水；
B、将步骤A所获得的所述调节废水自下向上注入厌氧反应器中，控制厌氧反应器的水力停留时间为20天，使调节废水中的硫酸盐在硫酸盐还原菌的作用下生成单质硫和S2-，S2-与调节废水中的重金属离子生成重金属硫化物沉淀，从而实现单质硫、硫离子和重金属离子的去除，同时使调节废水中80-90％的COD被去除；
C、将厌氧反应器的出水自下向上注入缺氧-好氧反应器中的缺氧反应器中进行反硝化反应，控制缺氧反应器的水力停留时间为4天，再将缺氧反应器的出水自下向上注入好氧反应器中进行硝化反应，控制好氧反应器的水力停留时间为10天，同时控制回流比，将好氧反应器的部分出水再回流至缺氧反应器中进行反硝化反应，剩余部分排出，完成垃圾渗滤液和酸性矿山排水的同时处理。
所述回流比为好氧反应器回流至缺氧反应器的水量占缺氧反应器总进水量的比例，经多次试验测定，80％是脱氮效果最优的回流比取值。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明将垃圾渗滤液和酸性矿山排水两种难处理废水通过生物处理的方法得到了同步处理，实现了以废治废的理念，是一种经济可行的方法。
2、采用本发明中的方法，在厌氧反应器中富集了大量硫酸盐还原菌，可以提高垃圾渗滤液中有机物的降解率，并将高浓度的难降解有机物转化为能源气体甲烷。
3、采用本发明中的方法，垃圾渗滤液和酸性矿山排水中含有的高浓度硫酸盐和重金属离子一方面被转化为金属硫化物而得到固定，另一方面也降低了重金属离子和硫离子对微生物的毒性作用，从而提高处理效率。
附图说明
图1是本发明实施例的垃圾渗滤液和酸性矿山排水同时处理系统的示意图；
图2是本发明实施例同时处理垃圾渗滤液和酸性矿山排水的过程中厌氧反应器中COD(Chemical Oxygen Demand，简称COD)去除数据示意图；
图3是本发明实施例同时处理垃圾渗滤液和酸性矿山排水的过程中厌氧反应器中产气中CH4含量示意图；
图4是本发明实施例同时处理垃圾渗滤液和酸性矿山排水的过程中缺氧反应器中NO3 --N去除数据示意图；
图5是本发明实施例同时处理垃圾渗滤液和酸性矿山排水的过程中好氧反应器中NH4 +-N去除数据示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的技术方案及优点更加清楚，结合附图及实施例，对本发明进行详细的说明。
本实施例所用垃圾渗滤液和酸性矿山排水的主要成分如下：垃圾渗滤液COD约50000mg/L，NH4 +-N 2000mg/L；酸性矿山排水中，硫酸根29975mg/L，pH 2.75，COD 429.6mg/L，总铁为133mg/L。
如图1所示，本实施例按如下步骤同时处理垃圾渗滤液和酸性矿山排水：
A、将垃圾渗滤液和酸性矿山排水按照m(COD)/m(SO4 2-)约3:1的比例混合，构成混合液；用NaOH溶液调节混合液的pH，得到pH为7.5左右的调节废水；
B、将调节废水自下向上持续注入厌氧反应器中，控制厌氧反应器的水力停留时间为20天，使调节废水中的硫酸盐在硫酸盐还原菌的作用下生成单质硫和S2-，S2-与调节废水中的重金属离子生成重金属硫化物沉淀，从而实现单质硫、硫离子和重金属离子的去除，同时调节废水中80-90％的COD被去除；
图2为处理过程中厌氧反应器中COD(Chemical Oxygen Demand，简称COD)去除数据的示意图，从图中可以看出垃圾渗滤液中的高浓度COD得到了90％左右的去除。解决了垃圾渗滤液高浓度有机物难降解的问题。
此外，在厌氧反应器反应过程中，会有甲烷、CO2等气体生产，气体产量和其中的CH4产量如图3所示，可以看出产甲烷菌在厌氧反应中起到了主要的作用，将垃圾渗滤液中的COD转化成清洁能源CH4。
表1为厌氧反应器进水和出水中S元素浓度的对比表，从表中可以看出酸性矿山排水中硫酸盐80％以上转化成了固体，有利于S的回收。
表1
C、将厌氧反应器的出水自下向上注入缺氧-好氧反应器中的缺氧反应器中进行反硝化反应，控制缺氧反应器的水力停留时间为4天，再将缺氧反应器的出水自下向上注入好氧反应器中进行硝化反应，控制好氧反应器的水力停留时间为10天，同时控制回流比为80％，将好氧反应器的部分出水再回流至缺氧反应器中进行反硝化反应，剩余部分排出，完成垃圾渗滤液和酸性矿山排水的同时处理。
调节废水经过厌氧反应器的处理后，进入缺氧-好氧反应器进行脱氮处理，如图4和图5所示，硝酸盐氮出水在3mg/L左右，去除率达到99％，氨氮出水浓度在1mg/L左右，去除率达到99％以上，有效地对垃圾渗滤液与酸性矿山排水混合液中的氮进行了去除。此外，厌氧反应器出水中剩余的COD经过缺氧-好氧反应器的运行也进一步得到了处理。

Claims (3)

1.一种同时处理垃圾渗滤液和酸性矿山排水的方法，其特征在于包括如下步骤：
A、将垃圾渗滤液和酸性矿山排水混合，构成混合液，在所述混合液中化学需氧量与混合液中所含SO4 2-的质量比为1～4:1；用NaOH溶液调节所述混合液的pH，得到pH为7～8的调节废水；
B、将步骤A所获得的所述调节废水自下向上注入厌氧反应器中，控制厌氧反应器的水力停留时间为20天，使调节废水中的硫酸盐在硫酸盐还原菌的作用下生成单质硫和S2-，S2-与调节废水中的重金属离子生成重金属硫化物沉淀，从而实现单质硫、硫离子和重金属离子的去除，同时调节废水中80-90％的COD被去除；
C、将厌氧反应器的出水自下向上注入缺氧-好氧反应器中的缺氧反应器中进行反硝化反应，控制缺氧反应器的水力停留时间为4天，再将缺氧反应器的出水自下向上注入好氧反应器中进行硝化反应，控制好氧反应器的水力停留时间为10天，同时控制回流比，将好氧反应器的部分出水再回流至缺氧反应器中进行反硝化反应，剩余部分排出，完成垃圾渗滤液和酸性矿山排水的同时处理。
2.根据权利要求1所述的同时处理垃圾渗滤液和酸性矿山排水的方法，其特征在于：
所述回流比为好氧反应器回流至缺氧反应器的出水占缺氧反应器总进水的比例，所述回流比为80％。
3.根据权利要求1或2所述的同时处理垃圾渗滤液和酸性矿山排水的方法，其特征在于：
在所述混合液中化学需氧量与混合液中所含SO4 2-的浓度比为3:1。
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