CN105923850B - 一种垃圾渗滤液膜浓缩液的处理工艺 - Google Patents

一种垃圾渗滤液膜浓缩液的处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种垃圾渗滤液膜浓缩液处理工艺，包括如下步骤：(1)向垃圾渗滤液膜浓缩液中投加混凝剂并将pH调至4‑5进行絮凝沉淀，沉淀后分离得一级处理上清液；(2)调节所述一级处理上清液的pH为2‑3，匀速投加亚铁离子溶液和双氧水进行芬顿反应，反应完全后，调节pH为6‑7，使铁发生絮凝反应，沉淀后分离得二级处理上清液；(3)对所述二级处理上清液进行电解处理得三级处理上清液；(4)向三级处理上清液中加入铁系填料进行类芬顿反应，反应完全后，滤出铁系填料，即为最终出水。利用多级技术耦合来处理膜浓缩液，处理成本低、处理效果良好。

Description

一种垃圾渗滤液膜浓缩液的处理工艺
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及由多种技术耦合对垃圾渗滤液膜浓缩液进行处理的一种工艺。
背景技术
生活垃圾作为现代经济飞速发展的副产物，正日益给人类生活带来各种不便与威胁。综合我国国情与经济现状，目前主流的生活垃圾处理方式依旧是填埋处理。然而卫生填埋不仅占地面积大，而且会产生大量难降解的有机废水---渗滤液。为使渗滤液满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008)再进行达标排放，各种处理技术包括技术耦合等应运而生，不过目前优势较为明显的技术则是膜处理工艺。膜处理技术能较大程度地改善出水水质，使其符合达标排放标准，但是处理后所留下的垃圾渗滤液膜浓缩液(后简称为膜浓缩液)则危害更大、更难处理。作为浓缩过的高浓度有机废水，膜浓缩液中含有大量的有机污染物，其中不乏多种“三致”持久性污染物。同时膜浓缩液中所含有的大量重金属离子和盐份也会对微生物产生一定毒害作用，使得生物处理技术无法施用。目前还没有成熟的技术方法被用来处理膜浓缩液，若不对其进行合理、有效的处理，势必会对生态环境和人类健康产生极大的风险。
传统物理化学方法的单独作用已经无法满足膜浓缩液较高的处理要求。目前，针对膜浓缩液的处理，现有方法有：利用过硫酸盐深度催化氧化的方法；利用共价键型有机硅铝复合絮凝剂对膜浓缩液进行混凝处理；利用多级氧化技术串联技术来处理膜浓缩液。
公开号为CN204369694U的中国发明专利申请公开了一种垃圾渗滤液膜浓缩液的处理系统，该处理系统包括软化机构、微滤装置、反渗透装置和干燥装置，所述软化机构包括：一级反应槽，供氢氧化钙与垃圾渗滤液膜浓缩液进行反应；二级反应槽，供氢氧化钠和镁盐与一级反应槽流出的反应液进行反应；沉降槽，用于对二级反应槽流出的反应液进行固液分离；板框压滤装置，用于对沉降槽中的固相进行板框压滤，出液口连接一级反应槽；三级反应槽，供碳酸钠与沉降槽流出的液相进行反应，出液口连接微滤装置。该处理方法工艺较为复杂、成本较高、条件不易控制，并且无法真正去除膜浓缩液中的污染物。
公开号为CN104211245A的中国发明专利提供了一种垃圾渗滤液膜法浓缩液的处理方法，包括如下步骤：将垃圾渗滤液的膜法浓缩液先进行预处理，以去除易沉淀结垢的钙离子，悬浮物，然后经多效膜蒸馏系统进行浓缩处理，分别获得浓缩液和淡水；所述浓缩液再进行蒸发浓缩结晶，所得固体盐做无害化填埋处理。该方法进行了多次浓缩，尽管在一定程度上减少了浓缩液的产量，但最终的浓缩液则更难处理，对环境影响更大。
公开号为CN103626314A的中国发明专利提供了一种垃圾渗滤液的纳滤浓缩液处理工艺，它包括预处理、一级膜处理、二级膜处理几个步骤。主要采用两级物料膜系统对垃圾渗滤液的纳滤浓缩液进行浓缩分离，以提取难生化降解的大分子有机物腐殖酸，由于该工艺技术运用了多级膜处理，在一定程度上提高了成本，且去处的污染物有限。
现有的膜处理技术中，还没有较为成熟的技术方案能对膜浓缩液进行有效合理地处理。因此，寻求一种低成本、污染物去处效果良好的技术来处理膜浓缩液，使其达标，迫在眉睫。
发明内容
本发明提供一种垃圾渗滤液膜浓缩液处理工艺，利用多级技术耦合来处理膜浓缩液，处理成本低、处理效果良好。
一种垃圾渗滤液膜浓缩液处理工艺，包括如下步骤：
(1)向垃圾渗滤液膜浓缩液中投加混凝剂并将pH调至4-5进行絮凝沉淀，沉淀后分离得一级处理上清液；
(2)调节所述一级处理上清液的pH为2-3，匀速投加亚铁离子溶液和双氧水进行芬顿反应，反应完全后，调节pH为6-7，使铁发生絮凝反应，沉淀后分离得二级处理上清液；
(3)对所述二级处理上清液进行电解处理得三级处理上清液；
(4)向三级处理上清液中加入铁系填料进行类芬顿反应，反应完全后，滤出铁系填料，即为最终出水。
本发明的原理：混凝沉淀过程中，加入一定量的复合聚硅酸铁镁铜混凝剂能增加膜浓缩液的酸度，使得膜浓缩液中腐殖酸类物质质子化程度提高，溶解度和亲水性降低，更容易被吸附到混凝剂形成的絮体中，这可以极大提高腐殖酸去除效果，对水体COD的降解大有裨益；同时混凝沉淀后的上清液中所残留的铁离子可以和芬顿处理中所加的亚铁离子共同催化双氧水产生羟基自由基，从而降解污染物，且混凝沉淀的pH约为4-5，芬顿处理需要的pH条件为2-3，能明显降低pH调节成本；混凝和芬顿处理工艺无法完全去除膜浓缩液中的难降解污染物，故在后续增加氧化性更强的电解处理工艺，通过直接氧化与间接氧化的方式破坏难降解污染物的结构，从而达到降解污染物的目的；电解后，溶液中会残留较大浓度的次氯酸盐类物质以及氯气，此时加入铁系物，能形成类芬顿反应进一步改善出水水质，使出水最终稳定达到排放标准。
本发明所针对的是垃圾渗滤液膜浓缩液，包括填埋产生渗滤液的膜浓缩液以及焚烧产生渗滤液的膜浓缩液。
优选地，步骤(1)中所述混凝剂为铁系混凝剂、复配混凝剂、铝系混凝剂和聚合无机盐类混凝剂中的至少一种。
进一步优选地，所述铁系混凝剂为硫酸铁，复配混凝剂为复合聚硅酸铁镁铜混凝剂、铝系混凝剂为硫酸铝、聚合无机盐类混凝剂为聚合氯化铝。
最优选地，所述混凝剂为复合聚硅酸铁镁铜混凝剂，其中复合硅酸铁镁铜混凝剂中铁、镁、铜、硅的摩尔比为2-3：1：2-4：3，优选为2：1：2：3。该复合硅酸铁镁铜混凝剂利用现有复合共聚法合成。
复合聚硅酸铁镁铜混凝剂具体的制备步骤：常温常压下，量取一定量2.5％的硅酸钠溶液，滴定至pH值为4.0，室温下搅拌聚合2.0h，静置陈化直至出现淡蓝色，即得到聚硅酸。再按铁镁铜的金属盐顺序投入，同时用磁力搅拌加热仪均匀搅拌至完全溶解。再用硫酸和氢氧化钠调节pH值至2.0，充分搅拌2.0h，静置熟化，即得到复合硅酸铁镁铜混凝剂。
进一步优选地，步骤(1)中所述混凝剂的投加浓度为C混凝剂＝(0.6～2)*C有机物。
更进一步优选地，混凝剂按3～4g/L投加。
进一步优选，所述混凝剂为复合聚硅酸铁镁铜混凝剂，因为相较其他三者，该混凝剂酸化能力较强，会降低pH，使得膜浓缩液中的腐殖酸质子化程度升高，溶解度和亲水性降低，更容易被吸附到铁盐上，从而沉淀去除。
优选地，步骤(2)中投加亚铁离子溶液和双氧水后的一级处理上清液中亚铁离子浓度为10-25mmol/L，双氧水浓度为0.3-1.5mol/L。进一步优选，亚铁离子浓度为17.5-20mmol/L，双氧水浓度为1mol/L；最优选，亚铁离子浓度为20mmol/L，双氧水浓度为1mol/L。
最优选地，亚铁离子终浓度为20mmol/L，双氧水终浓度为1mol/L；
进一步优选，步骤(2)中亚铁离子溶液的投加速度为2-6mmol/L/h，双氧水的投加速度为0.1-0.5mmol/L/h。投加的速度过快，双氧水利用效率太低；投加过慢，则反应被限制，不利芬顿反应的进行。
优选地，步骤(2)中亚铁离子溶液和双氧水投加结束后持续反应1～4h，最优选反应3小时。反应时间太短，可能会导致反应不够充分；反应时间太长，则会延长整个工艺时长。
优选地，步骤(3)中电解处理所用电极为表层镀二氧化钌的钛电极、表层镀二氧化铱的的钛电极或者表层镀二氧化钌和铱的钛电极为表层镀二氧化钌、二氧化铱或者表层镀二氧化钌、铱两种的钛电极。进一步优选，选择表层镀二氧化钌、铱两种的钛电极作为电极材料，因为该电极析氧电位低、价格相对廉价、涂层与基底耐腐烛性好以及制造装备简单。
电解反应初始pH值为6-7，进一步优选为6，因为该状态下各种离子基本以溶解态存在，且对电极的腐蚀作用较小。
优选地，步骤(3)中电解处理的电场强度为3～6V/cm，电流密度为150-230A/m2。
电场强度太小，对其中的污染物氧化还原作用就较弱，不利于污染物的去除；电场强度太大，则会增加成本，亦可能会加速有色基团的返色；进一步优选，电解电场强度为5V/cm。
同上，合适的电流密度才能使电解效果最大化。进一步优选，电流密度为200A/m2。
优选地，步骤(4)中所用铁系填料为黄铁矿、Fe2O3和Fe2SiS4中的至少一种。进一步优选，铁系填料选择Fe2SiS4，该物质的热力学稳定性能更好，亚铁离子与铁离子不断循环转换，大大提高类芬顿的有机物降解效率。
铁系填料的投加量为3-5g/L。
优选地，步骤(4)中的反应时间为1～3h。
本发明中将混凝沉淀、芬顿反应、电解处理和类芬顿反应有机结合，并对其中的处理步骤特别是芬顿处理步骤和类芬顿处理步骤进行优化改进，通过大量实验研究最终确定芬顿反应各物质的最佳添加范围与反应时间，类芬顿反应选取Fe2SiS4作为铁系物，大大提高废水中COD去除率。
实验发现，类芬顿反应0.5、1、2、3h后的COD去除率为10％、20％、23％、25％，故选取的反应时间为1-3h。
一种最优选的技术方案，包括如下步骤：
(1)向垃圾渗滤液膜浓缩液中投加混凝剂并将pH调至4-5进行絮凝沉淀，沉淀后分离得一级处理上清液；混凝剂为复合聚硅酸铁镁铜混凝剂，其中铁、镁、铜、硅的摩尔比为2：1：2：3；(2)调节所述一级处理上清液的pH为2-3，分5次投加亚铁离子溶液和双氧水进行芬顿反应，反应完全后，调节pH为6，使铁发生絮凝反应，沉淀后分离得二级处理上清液；亚铁离子终浓度为20mmol/L，双氧水浓度为1mol/L；
(3)对所述二级处理上清液进行电解处理得三级处理上清液；电解电场强度为5V/cm，电流密度为200A/m2。
(4)向三级处理上清液中加入铁系填料进行类芬顿反应，反应完全后，滤出铁系填料，即为最终出水，铁系填料选择Fe2SiS4，投加量为5g/L。
本发明的有益效果：
(1)本发明所提供的处理工艺，针对的是垃圾渗滤液膜浓缩液，包括填埋产生渗滤液的膜浓缩液以及焚烧产生渗滤液的膜浓缩液。
(2)本发明所提供的处理工艺，主要是采用较为简单的多级物化技术耦合进行处理，步骤简单，成本较低。
(3)本发明所提供的处理工艺，能将较为难处理的膜浓缩液通过混凝沉淀、芬顿反应、电解反应以及类芬顿反应等过程将其中的高浓度COD处理达标，符合《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008)的排放标准。
(4)膜浓缩液中的腐殖酸在本工艺条件下，去除效果近100％。
(5)由于膜浓缩液的氯离子浓度高达18000mg/L，故在电解过程中无需额外添加盐类物质增加电导率，能够节省成本。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
垃圾渗滤液膜浓缩液就是按照上述图1的工艺流程进行处理的，主体步骤如下：
(1)向垃圾渗滤液膜浓缩液中投加混凝剂进行絮凝沉淀，沉淀得一级处理上清液；
(2)调节上述一级处理上清液pH，匀速投加一定量的亚铁离子溶液和双氧水进行芬顿反应，反应完全后，调节pH，使铁发生絮凝反应，沉淀得二级处理上清液；
(3)对上述二级处理上清液进行电解处理得三级处理上清液，
(6)往三级处理上清液中加入铁系填料进行类芬顿反应，反应完全后，取出铁系填料，即为最终出水。
实施例1
按照图1所示工艺流程，处理对象为垃圾渗滤液膜浓缩液(垃圾填埋场渗滤液膜浓缩液)，先向膜浓缩液中加入3g/L的复合聚硅酸铁镁铜混凝剂溶液进行混凝沉淀，滤去沉淀后将上一级上清液pH调为2，匀速加入终浓度为17.5mmol/L的亚铁离子溶液和终浓度为1mol/L的双氧水进行芬顿实验，反应3h后，将pH调为6进行絮凝沉淀。将上一级上清液置于电解装置当中，控制电解反应初始pH值为6，在此电解条件(电场强度为5V/cm，电流密度为200A/m2)下进行。并往上清液中加入Fe2SiS4填料，反应2h后，取出滤料，经过本工艺处理后的结果如表1所示。
表1
实施例2
按照图1所示工艺流程，处理对象为垃圾渗滤液膜浓缩液(垃圾填埋场渗滤液膜浓缩液)，先向膜浓缩液中加入3.5g/L的复合聚硅酸铁镁铜混凝剂溶液进行混凝沉淀再将上一级上清液pH调为3，匀速加入终浓度为20mmol/L的亚铁离子溶液和终浓度为1mol/L的双氧水进行芬顿实验，反应3h后，将pH调为7进行絮凝沉淀。将上一级上清液置于电解装置当中，控制电解反应初始pH值为6，在此电解条件(电场强度为5V/cm，电流密度为200A/m2)下进行。并往上清液中加入Fe2SiS4填料，反应2h后，取出滤料，经过本工艺处理后的结果如表2所示。
表2
实施例3
本实验案例针对的是混凝阶段的试验优选。试验中膜浓缩液的TOC浓度为1600mg/L，复合聚硅酸铁镁铜混凝剂中铁、镁、铜、硅的摩尔比为2：1：2：3。结果如表3所示：
表3
由表3可知，当以复配混凝剂的较佳处理效果时铁的摩尔浓度为基准范围，其他铁系混凝剂的添加量为3-10g/L时，与前者铁量相类似，然而去除效果远远比不上复配混凝剂。
以上所述仅为本发明专利的具体实施案例，但本发明专利的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明专利的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明专利范围之中。

Claims (8)

1.一种垃圾渗滤液膜浓缩液处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)向垃圾渗滤液膜浓缩液中投加混凝剂并将pH调至4-5进行絮凝沉淀，沉淀后分离得一级处理上清液；所述混凝剂为复合聚硅酸铁镁铜混凝剂，其中复合聚硅酸铁镁铜混凝剂中铁、镁、铜、硅的摩尔比为2-3：1：2-4：3；
(2)调节所述一级处理上清液的pH为2-3，匀速投加亚铁离子溶液和双氧水进行芬顿反应，反应完全后，调节pH为6-7，使铁发生絮凝反应，沉淀后分离得二级处理上清液；
(3)对所述二级处理上清液进行电解处理得三级处理上清液；
(4)向三级处理上清液中加入铁系填料进行类芬顿反应，反应完全后，滤出铁系填料，即为最终出水。
2.根据权利要求1所述垃圾渗滤液膜浓缩液处理工艺，其特征在于，步骤(1)中所述混凝剂的投加浓度为C混凝剂＝(0.6～2)*C有机物。
3.根据权利要求1所述垃圾渗滤液膜浓缩液处理工艺，其特征在于，步骤(2)中投加亚铁离子溶液和双氧水后的一级处理上清液中亚铁离子浓度为10-25mmol/L，双氧水浓度为0.3-1.5mol/L。
4.根据权利要求1所述垃圾渗滤液膜浓缩液处理工艺，其特征在于，步骤(2)中亚铁离子溶液的投加速度为2-6mmol/L/h，双氧水的投加速度为0.1-0.5mmol/L/h。
5.根据权利要求1所述垃圾渗滤液膜浓缩液处理工艺，其特征在于，步骤(3)中电解处理所用电极为表层镀二氧化钌的钛电极、表层镀二氧化铱的钛电极或者表层镀二氧化钌和铱的钛电极。
6.根据权利要求1所述垃圾渗滤液膜浓缩液处理工艺，其特征在于，步骤(3)中电解处理的电场强度为3-6V/cm，电流密度为150-230A/m2。
7.根据权利要求1所述垃圾渗滤液膜浓缩液处理工艺，其特征在于，步骤(4)中所用铁系填料为黄铁矿、Fe2O3和Fe2SiS4中的至少一种。
8.根据权利要求1所述垃圾渗滤液膜浓缩液处理工艺，其特征在于，步骤(4)中的反应时间为1～3h。
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