CN105217751A - 多重沉淀法去除城市垃圾填埋场浓缩液钙、镁离子 - Google Patents

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胡明成
王晓青
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本发明涉及多重沉淀法去除城市垃圾填埋场浓缩液钙、镁离子;向浓缩液中加入的药剂为磷酸铵和氢氧化钠,磷酸铵中的离解出来的氨作为沉淀的配位体物质。投加的数量在500-2000ppm,要根据废水实际钙离子和镁离子的含量来确投入量的准确值。而投入氢氧化钠是为了将混合液的pH维持在8左右,投入量要根据废水的pH来确定。本发明的优点在于:产泥量少可靠性高。因为在浓缩液处理过程的沉淀产物最终要经过固化填埋处置才能够避免其重新回到渗滤液处理系统当中,所以产泥量较大的金属氢氧化物沉淀法和金属碳酸盐沉淀法不适用于浓缩液的处理。

Description

多重沉淀法去除城市垃圾填埋场浓缩液钙、镁离子
技术领域
[0001] 本发明涉及多重沉淀法去除城市垃圾填埋场浓缩液钙、镁离子。
背景技术
[0002] 由于城市垃圾填埋场所产生的渗滤液对环境危害非常严重,当今世界上很多国 家对渗滤液的治理非常重视。甚至某些传统的纯水制备技术诸如:纳滤、反渗透在垃圾渗 滤液处理领域也有了规模化应用。在国内,几年前颁布的《生活垃圾填埋污染控制标准》 (GB16889-2008)对垃圾渗滤液的处理提出了更严格的要求。这就意味着在渗滤液处理设 施新建和改建设计过程中,必须要采用更为先进的处理水技术。由于垃圾渗滤液的可生化 性较差,仅仅靠生化法处理很难达到预期目的。因此,物理性的分离技术诸如:超滤、纳滤以 及反渗透备受工程技术人员的关注。目前,全国大多数在建或者改建的垃圾填埋场的渗滤 液处理工程都采用了超滤、纳滤以及反渗透技术。值得注意的是无论纳滤还是反渗透都仅 仅是一个物理性的分离过程,这就意味着在膜滤处理过程中必然会有浓缩液的产生。一般 而言浓缩液的含盐量非常高,此外浓缩液中还含有生化降解残留下来的有机污染物,虽然 浓度不高但是可生化性非常差。由此可见,采用纳滤、反渗透技术能够使渗滤液处理满足废 水达标排放的要求,但是浓缩液无害化处置才是衡量渗滤液处理是否全面达标的关键之所 在。
[0003] 目前,针对浓缩液处置常用方法有两种:其一为蒸发焚烧,其二为浓缩液直接回 灌。浓缩液的蒸发是利用高效蒸发装置,将垃圾渗滤液中的水分及氨与其它物质分离。蒸 发产出的少量浓缩液可以通过固化填埋和焚烧处理。由于很多填埋场和垃圾焚烧设施比邻 而建,给浓缩液回喷焚烧提供了有利条件。值得注意的是,目前技术人员还没找到解决在蒸 发和焚烧过程中存在的酸腐蚀、盐腐蚀以及结垢导致热效率低的有效方法,无论蒸发还是 焚烧设备的故障率都很高难以在工程领域取得广泛应用。
[0004] 浓缩液的回灌是指将膜深度处理产生的浓缩液回输送到垃圾填埋场进行垃圾堆 体的渗流处理。从1986年开始,浓缩液回灌就作为垃圾渗滤液处理的一个组成部分而被采 用。渗滤液回灌是让浓缩液再回到填埋场继续参与生物降解。因此,回灌处理从本质上讲 是延续了填埋场的降解过程,不会对垃圾填埋场产生明显不利的影响。值得注意的是浓缩 液中含有大量的盐分被填埋场防渗膜和渗滤液处理系统的反渗透膜所阻挡,只能在垃圾填 埋场到渗滤液处理站这个封闭的体系中循环。随着垃圾填埋的进行不断有新的盐分被带入 系统导致渗滤液中的盐份累积,从而提高了渗滤液的电导率使膜处理设施的产水率降低, 影响渗滤液处理系统的稳定运行。
[0005] 针对浓缩液处理难的问题,我们提出首先将浓缩液中的一部分盐(钙离子和镁离 子以及部分重金属离子)通过沉淀的方式分离出来。然后将脱盐的浓缩液回灌到垃圾填埋 场。
[0006] 从分析数据可以看出,浓缩液中的二价盐中钙离子和镁离子占绝大多数,并且是 以暂时硬度和永久硬度的形式存在的。图1所示为垃圾填埋场管道系统出现盐类沉积以后 的图片记录。这些沉积物主要是二价盐类引起的,因此将除掉浓缩液中的二价盐作为我们 的主要目标。
[0007] 石灰-苏打法,是目前除掉废水暂时硬度的常用方法。其采用的主要化学药剂是 石灰和苏打,以及必要的混凝剂。废水中的钙离子和镁离子最终转化为Mg (OH)2和CaCO3难 溶盐沉淀。石灰苏打法工艺流程简图见图2 前期的研究结果表明:投入石灰和苏打后反应过程进行的比较快,但是凝聚过程进 行的非常缓慢,所生成的Mg(OH)2和CaCO3是以胶体和微悬浮颗粒的形式存在的。投加 Al2(SO4)3混凝剂后沉淀速率改善不明显。另外由于石灰苏打法反应过程的最佳pH为 10 - 11. 5。在pH调整的过程中需要加入苏打或者碱。因此净化后的废水中含盐量(TS)有 相当幅度提高。此外这种方法的污泥产量很大,投入Ikg石灰产泥量在2. 2kg左右。因为 所产生的污泥最终的处置方式是固化填埋以免沉淀下来的盐类再次回到填埋场系统,所以 产泥量大的石灰-苏打法并非是处理浓缩液的最佳选择。
[0008] 针对石灰苏打法在处理浓缩液二价盐方面存在的诸多问题,我们提出采用多重沉 淀法处理浓缩液的技术路线。以此解决石灰苏打法产泥量大,需要投入大量沉淀剂和混凝 剂等方面问题。
发明内容
[0009] 本发明的目的在于利用多重沉淀法浓缩液中的钙离子、镁离子以及部分重金属离 子能够通过正盐、复盐和络合反应生成溶解度较低的盐类沉淀,使浓缩液中的二价盐和部 分重金属离子得到去除。
[0010] 本发明为达到上述目的采取的技术方案时: 向浓缩液中加入的药剂为磷酸铵和氢氧化钠,磷酸铵中的离解出来的氨作为沉淀的配 位体物质。投加的数量在500-2000ppm,要根据废水实际钙离子和镁离子的含量来确投入量 的准确值。而投入氢氧化钠是为了将混合液的PH维持在8左右,投入量要根据废水的pH 来确定。
[0011] 本发明的实验原理为:一般而言,钙离子和镁离子除了能够转为碳酸盐和氢氧化 物沉淀外还转化其他形式正盐或复盐沉淀。此外,铜离子和铁离子等重金属离子可以转化 为络合物沉淀。复盐沉淀和络合物沉淀的溶解度比金属氢氧化物沉淀和碳酸盐沉淀的溶解 度更低,因此所生成的沉淀产物更稳定也更容易脱水分离。在本发明中:向浓缩液中加入适 当的配位体物质(MV)和阴离子物质(PO 43 )以及pH调节剂就可以实现上述多重盐沉淀反 应过程。加入的磷酸铵和过滤液中的钙离子生成沉淀,其化学反应方程式为: Mg2++ ΝΗ4++Ρ043 +6H20 - Mg NH4 PO4 · 6H20 I Mg NH4 PO4 ·6Η20作为络合物沉淀,其溶解度比氢氧化镁沉淀的溶解度更低,因此容易 脱水分离。
[0012] 反应形成的磷酸氨镁沉淀是一种用途广泛的化工原料,通常以Mg NH4 PO4 ·6Η20的 形式存在,除了用作缓释肥料外,还可以用作污泥添加剂或结构制品阻火剂等,不会造成二 次污染。
[0013] 钙离子和磷酸根离子能够生成磷酸钙沉淀,作为复盐沉淀,溶解度比碳酸钙沉淀 的溶解度更低,因此更容易脱水分离。
[0014] 本发明的优点在于:1、产泥量少可靠性高。因为在浓缩液处理过程的沉淀产物最 终要经过固化填埋处置才能够避免其重新回到渗滤液处理系统当中,所以产泥量较大的金 属氢氧化物沉淀法和金属碳酸盐沉淀法不适用于浓缩液的处理。而在利用多重沉淀反应过 程去除废水中的二价盐和部分重金属离子的过程中,沉淀产物的溶解度很低、产量小且容 易脱水,因此从理论上而言这种方法具有可行性。
[0015] 2、运行费用低且无需严格的控制条件。采用弱碱性的配位体化合物和酸式盐作为 沉淀剂,所产生的含有钙和镁的正盐和复盐沉淀以及含有铁和铜等重金属离子的络合沉淀 物质颗粒大且产泥量少,可以通过沉淀的方式将其从废水中分离出来。通过小试所筛选出 的沉淀剂价格均不超过4500元/吨。此外,反应过程中仅需将混合体系的pH控制在8. 0 左右,因此大大减少了 pH调节剂的投加量。
[0016] 3、反应过程控制简单。采用多重沉淀反应过程来去除浓缩液中的二价金属离子和 重金属离子的方法因其沉淀物产物为金属的正盐,复盐以及络合物,这些沉淀物的颗粒大 且沉降性能好。因此在整个处理工艺中无需设置过滤单元。针对一般填埋场浓缩液的数量 不大的情况,在具体的工艺设计中沉淀单元可以采用连续进水的方式也可以考虑间歇进水 的方式。也可以考虑将整个工艺流程中的各个单元设计成一体化处理装置以便于工厂化生 产。
附图说明
[0017] 图1利用石灰苏打法的工艺流程图。
[0018] 图2是沉淀反应控制过程。
[0019] 图3是多重沉淀法处理浓缩液工艺流程简图。
[0020] 图4是钙、镁离子和重金属物质的去除率。
具体实施方式
[0021 ] 本发明中的垃圾渗滤液中去除钙镁离子的装置包括钢结构建造的圆柱体形的反 应器和自动进水装置。由于垃圾渗滤液的量较少,因此本发明采用间歇进水、间歇排水的处 理方式。自动进水装置包括水泵和水管,水泵通过水管将垃圾渗滤液输送至反应器中,水管 上设置有控制水流大小的阀门;反应器的内部设置有通过电机驱动的搅拌器,可以实现连 续自动搅拌,搅拌速度可以调节,反应器的中下部设置有出水口。所述的出水口通过管路与 反应器中的过滤器连接,用来排出沉淀后的上清液。反应器的底部设置有污泥排放口,与污 泥排放口连接的管道上设置有阀门。
[0022] 以下给出一个使用上述装置进行垃圾填埋场中利用多重沉淀法去除浓缩液中钙、 镁离子的一个具体实施例: 表2所列数据为取自于成都市长安集团洛带垃圾填埋场反渗透和纳滤单元所产生的 混合浓缩液测定结果。针对浓缩液中的钙离子和镁离子去除,我们分别采用了两种不同的 方法。考虑到浓水的产量不高,采用连续流的处理方式沉淀池的几何尺寸偏小,难以取得很 好的沉淀效果。因此在研究过程中采用了间歇进水间歇排水的处理方式。加药和控制过程 见图2。
[0023] 当浓缩液的收集量达到反应器的进行化学反应所需的容量时,通过水泵将垃圾渗 滤液加入反应器中,然后加入磷酸铵以及氢氧化钠,投加的数量在500-2000ppm,搅拌5分 钟后静态反应30分钟,然后加入氯化铝,缓慢搅拌10分钟,静止沉淀1. 5小时。将过滤器 过滤后的上清液通过出水阀门排出,沉淀后的污泥通过排泥口排出。
[0024] 氢氧化钠的投入量以使反应器中垃圾渗滤液的PH值保持在8附近为准。
[0025] 上述反应过程采用间歇进水、间歇排水的方式进行,以使得反应器能够充分反应。
[0026] 本发明的化学反应原理为: 加入的磷酸铵和过滤液中的钙离子生成沉淀,其化学反应方程式为: Mg2++ ΝΗ4++Ρ043 +6H20 - Mg NH4 PO4 · 6H20 I Mg NH4 PO4 ·6Η20作为络合物沉淀,其溶解度比氢氧化镁沉淀的溶解度更低,因此容易 脱水分离。钙离子与磷酸根离子生成的是非溶解物质。
[0027] 此外,电离的产物NH3可以和很多过度元素的金属离子形成配位体化合物诸如: [Cu(NH 3)4]' [Ag(NH3)2]+等等。这些配合物可以和磷酸根离子形成更难溶解的盐类沉淀, 使得浓缩液中的金属离子得到去除。
[0028] 石灰沉淀法和多重沉淀法试验结果的比较。从中可以看出,采用多重沉淀法所产 生的沉淀污泥量低,絮状沉淀物的颗粒大。这对污泥的最终固化填埋是非常有利的。从化 学分析的结果看,多重沉淀法不但对钙、镁离子具有较好的去除效果。此外,对一些重金属 离子也具有一定的去除效果。
[0029] 表1.盐类溶解度表 (S :溶解,I :非溶解,SS :微溶解,?:未确定,X :不存在)
Figure CN105217751AD00061
表2.浓缩液主要成分
Figure CN105217751AD00062
Figure CN105217751AD00071

Claims (1)

1. 一种多重沉淀法去除城市垃圾填埋场浓缩液钙、镁离子,其特征在于:向浓缩液中 加入的药剂为磷酸铵和氢氧化钠,磷酸铵中的离解出来的氨作为沉淀的配位体物质;投加 的数量在500-2000ppm,搅拌5分钟后静态反应30分钟,然后加入氯化铝,缓慢搅拌10分 钟,静止沉淀1.5小时; 将过滤器过滤后的上清液通过出水阀门排出,沉淀后的污泥通过排泥口排出; 氢氧化钠的投入量以使反应器中垃圾渗滤液的PH值保持在8附近为准; 上述反应过程采用间歇进水、间歇排水的方式进行,以使得反应器能够充分反应。
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