CN106219884B

CN106219884B - 高氨氮垃圾渗滤液的处理方法

Info

Publication number: CN106219884B
Application number: CN201610755221.9A
Authority: CN
Inventors: 乐晨; 朱伟青; 李月中; 韩颖; 陈赟; 张怀玉; 朱卫兵; 浦燕新
Original assignee: Welly Environmental Technology Group Co ltd
Current assignee: Welly Environmental Technology Group Co ltd
Priority date: 2016-08-27
Filing date: 2016-08-27
Publication date: 2020-06-16
Anticipated expiration: 2036-08-27
Also published as: CN106219884A

Abstract

本发明涉及一种高氨氮垃圾渗滤液的处理方法，通过砂滤除杂处理截留垃圾渗滤液中的颗粒物和悬浮物,通过电解除垢处理降低渗滤液的总硬度和碱度，避免后续工艺段出现结垢问题,通过多介质过滤处理降低软化渗滤液的悬浮物和浊度,通过电渗析处理将无机盐分与有机物分离,将氨氮转移至浓水侧而进行回收,将电渗析所产低氨氮淡水和脱气膜排水进入膜生化反应处理，利用纳滤工艺保证达标排放膜生物反应处理。本发明用脱氨预处理工艺和膜深度处理工艺结合，组合工艺处理效果好，运行稳定，不但解决了高浓度氨氮渗滤液碳氮比失调难以生化处理的问题，还有效回收其中的氨氮，高氨氮可资源化利用，投资和运行成本较低。

Description

高氨氮垃圾渗滤液的处理方法

技术领域

本发明涉及一种高氨氮垃圾渗滤液的处理方法，属于污水处理技术领域。

背景技术

城市生活垃圾卫生填埋过程会产生大量垃圾渗滤液，而垃圾渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水，具有高污染负荷和综合污染的典型特征，其水量大、色度深、水质复杂、有机物浓度高、氨氮浓度高等。

目前，业内普遍采用“预处理+生化处理+膜深度处理”工艺处理垃圾渗滤液。其中，生化处理一般采用硝化-反硝化+MBR，以保证脱氨效果。

而膜生物反应处理过程中，反硝化时的活性污优势菌为异养菌，反硝化过程需要消耗有机质，因此，需要保证原水中有足够的有机碳源。然而，垃圾填埋区通常为整体封闭的厌氧环境，随着填埋时间的增加，渗滤液中有机质厌氧发酵转化为甲烷，导致部分渗滤液处理工程出现了碳氮比失调问题。如江苏某垃圾填埋场处理项目，一年后其渗滤液COD浓度为5000mg/L，氨氮浓度高达2500mg/L，但碳氮比仅为2：1，反硝化处理时需要大量外投加碳源，才能满足对垃圾渗滤液进行反硝化，故会增加处理成本。另外，垃圾组分对于渗滤液也有主要影响。如广东某垃圾填埋场，填埋垃圾中有机物和蛋白类物质较多，其渗滤液COD浓度为10000mg/L左右，氨氮浓度为5000mg/L，反硝化最低碳氮比要求为3:1，需要外加碳源才能将原水COD调节至15000mg/L左右，方可满足脱氨需求，由于进水有机负荷已超过生化系统设计限值，且高氨氮硝化需要大量曝气，使得渗滤液处理站不得不降水量运行，降低处理效率。并且，高氨氮对于微生物具有毒害作用，硝化过程需要在有机物浓度较低的有氧环境下发生，而反硝化过程则要求无氧且存在有机物的环境条件，因此高氨氮对硝化菌的活性起到抑制作用，难以发生硝化反应。

现有的预处理方法通常采用吹脱法、汽提法、离子交换法或沉淀法等。吹脱法需要大量投加碱调节渗滤液的pH值，出水还需要加酸调回中性，对尾气吸收要求较高。而沉淀法需要过量投加磷酸盐，出水含磷故难以处置，会增加垃圾渗滤液处理成本。汽提法需要大量蒸汽，能耗较高，同样也增加了垃圾渗滤液处理成本。而离子交换法处理是通过离子交换树脂对渗滤中的有机物、重金属等进行吸附处理，但多次再生后离子交换树脂稳定性下降，效果难以保证，多局限于实验室内研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺合理，系统运行稳定，高氨氮能资源化利用，投资和运行成本较低，且出水水质好的高氨氮垃圾渗滤液的处理方法。

本发明为达到上述目的的技术方案是：一种高氨氮垃圾渗滤液的处理方法，其特征在于:按以下步骤进行：

⑴、砂滤除杂处理：将垃圾渗滤液送入砂滤器内，截留垃圾渗滤液中的大分子颗粒物以及胶体和悬浮物；

⑵、电解除垢处理：将砂滤后的出水送入电解除垢装置的电解槽内，通电后经电解极板对渗滤液进行电解处理，使碳酸盐沉淀并吸附在阴极电解极板表面，电解时间控制在10～30min，切换电源倒极，倒极时间控制在1～5min，倒极时碳酸盐沉淀物脱落并被排出，砂滤出水的总硬度去除率≥90％，其中，所述的电解极板为铁极板；

⑶、多介质过滤处理：将电解除垢后的出水送入多介质过滤器内，经多介质过滤器的介质滤层内至少三种以上不同滤料过滤后，除杂满足电渗析进水要求；

⑷、电渗析处理：将过滤后的出水送入电渗析器内进行处理，对渗滤液中的氨氮与有机物进行分离，分离后电渗析的浓水送入脱气膜处理、渗滤液的淡水送入MBR膜生物反应器，渗滤液的淡水碳氮比在4～6:1；

⑸、脱气膜处理：对电渗析的浓水加碱后通入内具有中空纤维膜的脱气膜管，在常温和常压下使浓水从中空纤维膜内流过，中空纤维膜外部通入循环的稀硫酸，将浓水中的氨氮离子转化为氨气后再透过中空纤维膜外被稀硫酸吸收，形成液态硫酸铵回收，脱气膜管的出水送MBR膜生物反应器；

⑹、膜生物反应处理：对电渗析处理后的淡水、脱气膜处理后的出水在MBR膜生物反应器内进行生化反应，废水先在反硝化池内进行连续推流曝气进行反硝化，再将废水自流进入硝化池内，经鼓风曝气进行硝化反应，反硝化池内的污泥浓度及硝化池内的污泥浓度在15～30g/L，硝化反应后的废水经输送泵提升输至超滤膜组件进行泥水分离，处理后的超滤浓液回流至反硝化池，清液送至纳滤处理；

⑺、纳滤处理：将超滤后的清液送入纳滤膜组件内进行过滤处理，经纳滤后的清液出水达标排放、纳滤浓液回流至MBR膜生物反应器的反硝化池。

本发明对高氨氮垃圾渗滤液处理时，在生化处理前，首先通过砂滤除杂，截留垃圾渗滤液中的大分子颗粒物以及胶体和悬浮物，而能降低垃圾渗滤液的浊度，而能确保后序的电解除垢工艺的稳定运行。本发明通过电解除垢处理，电解除垢能利用垃圾渗滤液原水中的离子进行反应除垢，无需外加药剂，操作简单，能降低渗滤液的总硬度和碱度，解决后续渗滤液在电渗析处理时使电渗析系统结垢问题，经软化处理后的渗滤液进入MBR膜生物反应器内不会造成硬度离子累积，使生化系统运行稳定。本发明通过多介质过滤处理，将软化后渗滤液中的固体悬浮物、浊度、油及铁离子进行吸附处理，能满足电渗析进水要求，使电渗析系统能能稳定运行。本发明将渗滤液经电渗析处理，使渗滤液中的氨氮能与有机物进行很好的分离，并将分离后高氨氮的浓水经脱气膜处理进行硫酸铵回收，能实现资源化利用，将渗滤液低氨氮的淡水以及脱气膜的出水则送入MBR膜生物反应器进行膜生化反应处理，通过MBR膜生物反应器的反硝化和硝化对渗滤液内的有机物污染物进行降解，而纳滤后的浓液作这碳源回流到MBR膜生物反应器的反硝化池内，实现活性污泥回流，保持了生化系统中活性污泥的稳定性，经纳滤处理截留废水中的有机物和高价盐，使出水保证达标排放。本发明经电渗析处理后的淡水的碳氮比在4～6:1，适合生化处理，膜生物反应处理时能充分利用进水中的碳源来进行反硝化反应，而无需外投加碳源，解决了高浓度氨氮渗滤液碳氮比失调难以生化处理的问题，同时也降低了处理成本。本发明用脱氨预处理工艺和膜深度处理工艺结合，组合工艺处理效果好，运行稳定，不但解决了高浓度氨氮渗滤液碳氮比失调难以生化处理的问题，还有效回收其中的氨氮，高氨氮可资源化利用，投资和运行成本较低。

本发明采用电渗析法将渗滤液中氨氮进行分离，分离可靠、效果好，电渗析分离后的浓水产量少、氨氮浓度高，提取能资源化利用，电渗析处理后的淡水为低氨氮出水，故仅需对部分氨氮进行分离，在降低电渗析的运行成本的同时，不仅能满足脱氨要求，而且使有机负荷不超过生化系统设计限值，生化处理系统能稳定运行。本发明采用脱气膜工艺回收氨氮，回收过程在常温、常压下进行，无需高温或者吹脱，操作简单，运行稳定。本发明采用膜生物反应工艺来处理脱氨后的渗滤液，使各生化反应池内的污泥浓度达到15～30g/L，提高处理系统的有机容积负荷，减少了占地面积。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。

图1是本发明高氨氮垃圾渗滤液的处理方法的流程图。

具体实施方式

见图1所示，本发明的高氨氮垃圾渗滤液的处理方法，按以下步骤进行。

⑴、砂滤除杂处理：将渗滤液送入砂滤器内，截留渗滤液中的大分子颗粒物以及胶体和悬浮物。由于垃圾渗滤液含有大量固体颗粒物及胶体和悬浮物等杂质，通过砂滤除杂处理后，能渗滤液降低浊度，能确保后序的电解除垢处理中能稳定运行。本发明砂滤器内滤料采用石英砂，该石英砂的粒径在0.5～1.5mm，经砂滤除杂处理后渗滤液中的SS去除率在95～98％。

⑵、电解除垢处理：将砂滤后的出水送入电解除垢装置的电解槽，通电后经电解极板对渗滤液进行电解处理，使碳酸盐沉淀吸附在阴极板表面，电解时间控制在10～30min，切换电源倒极，倒极时间控制在1～5min，倒极时使碳酸盐沉淀脱落并排出，以除去渗滤液中的硬度离子，该工艺对砂滤出水的总硬度去除率≥90％。本发明的电解极板为铁极板，倒极后通过溶出铁离子，使碳酸盐沉淀随之脱落。通过对渗滤液进行软化处理，能避免电渗析系统结垢，同时处理后的出水进入MBR膜生物反应器内不会造成硬度离子累积，能使生化系统运行稳定。本发明的电解除垢装置的电解极板的尺寸长200～500mm、宽60～100mm，厚度为1～5mm，极板间距为10～30mm，如电解极板长宽为300mm×800mm，厚度为2mm，极板间距为20mm，以直流稳压脉冲电源作为供电电源，电解装置运行电压为36V，电流为20～30A，当运行一段时间后，可通过清洗装置进行清洗。本发明采用电解除垢工艺去除硬度离子，在对渗滤液电解过程中，对渗滤液中的水发生电解，阴极反应如下：

H2O+2e-→H2+2OH-；

由于氢气释放，阴极极板附近有大量的氢氧根离子，导致局部pH上升，水中的硬度离子、碱度离子发生如下反应：

Ca2++HCO3-+OH-→CaCO3+H2O；

Mg2++HCO3-+OH-→MgCO3+H2O；

渗滤液经上述反应形成的碳酸盐沉淀吸附在阴极板表面，经30min后，使沉淀物达到一定厚度时，将电解电源切换，进行倒极4min，使原阴极电解极板成为阳极板，由于铁极板表面开始溶出铁离子，使碳酸盐沉淀随之脱落，从电解槽底部排出，对砂滤出水的总硬度去除率在95％，而有效的降低渗滤液总硬度。本发明的电解除垢处理能利用渗滤液原水中的离子进行反应除垢，无需外加药剂，操作简单，除垢效果好。

⑶、多介质过滤处理：将电解除垢后的出水送入多介质过滤器内，经多介质过滤器的介质滤层内至少三种以上不同滤料后，去除渗滤液中的杂质，本发明的介质滤层内可采用纤维球、石英砂、活性炭、无烟煤或锰砂等滤料，通过多介质过滤对渗滤液中的固体悬浮物、浊度、油及铁离子进行吸附处理，满足电渗析进水要求，使电渗析能稳定运。

⑷、电渗析处理：将过滤后的出水送入电渗析器内进行处理，通过荷电膜的选择透过性和电场力作用对水中的离子型物质进行分离而达到脱盐及浓缩，对渗滤液中的氨氮与有机物进行分离，在电渗析处理过程中，氨氮随着其他盐分一并转移，分离后电渗析的浓水送入脱气膜处理、渗滤液的淡水送入MBR膜生物反应器，由于分离后渗滤液淡水的碳氮比在4～6:1，电渗析淡水的氨氮浓度仅为电渗析进水的10％以下，而其化学需氧量COD浓度几乎没有变化，因电渗析的淡水中仍含有大部分的有机物和低浓度的氨氮，且碳氮比适中，适合生化处理，在膜生物反应处理时充分利用进水中的碳源来进行反硝化反应。本发明经电渗析处理的浓水水量较小，总溶解固体TDS在150g/L以上，由于浓水的氨氮浓度也很高，适合提取硫酸铵而实现资源化利用，同时仅对渗滤液中的部分氨氮进行分离，能降低了电渗析的运行成本。

⑸、脱气膜处理：对电渗析的浓水加碱后通入内有中空纤维膜的脱气膜管，可加碱将浓水的pH值调节至9.5～12，由于脱气膜管内的中空纤维膜仅通气而不通水，故能利用脱气膜处理将其中的氨氮分离回收。本发明在常温和常压下使浓水从中空纤维膜内流过，中空纤维膜外部通入循环的稀硫酸，将浓水中的氨氮离子转化为氨气后再透过中空纤维膜外被稀硫酸吸收，形成液态硫酸铵回收。本发明脱气膜处理时氨气不断释放，氨氮离子也不断转为氨氮，实现资源化利用。本发明脱气膜处理的反应如下：

NH4++OH-→NH3+H2O；

2NH3+H2SO4→(NH4)2SO4；

经脱气膜处理后的出水为低氨氮的盐水，脱气膜管的出水送膜生物反应器。

⑹、膜生物反应处理：对电渗析处理后的淡水、脱气膜处理后的出水在MBR膜生物反应器内进行生化反应，废水在反硝化池内进行连续推流曝气进行反硝化反应，再将废水自流进入硝化池内，经鼓风曝气进行硝化反应，反硝化池内的污泥浓度及硝化池内的污泥浓度在15～30g/L。本发明的MBR膜生物反应器采用反硝化前置，硝化后置的形式，水力停留时间在3～24h,同时可以减少硝化池中用于降解有机污染物所需的氧量，由于电渗析的淡水碳氮比适合，能充分利用进水中的碳源来进行反硝化反应，还可将纳滤后的浓缩液为补充碳源，而无需外加碳源，可在生物反应池内维持高浓度的活性污泥，而能提高处理系统的有机容积负荷，减少占地面积。本发明单级生物脱氮可采用外置式MBR系统由反硝化、硝化系统和外置式超滤两个单元组成，可根据进水水量和水质条件，配置和控制适宜的反应条件以实现高效的反硝化和硝化反应并同时降解有机污染物。经硝化反应后的淡水经输送泵提升输至超滤膜组件进行泥水分离，本发明的超滤膜组件采用管式超滤膜组件或者平板超滤膜组件，处理后的超滤浓液回流至反硝化池内，清液送至纳滤处理。

⑺、纳滤处理：将超滤后的清液送入纳滤膜组件内进行过滤处理，处理后的清液出水达标排放、纳滤浓液回流至纳滤浓液回流至膜生物反应器的反硝化池。通过纳滤处理对超滤后清液中没有生化降解的有机物进行处理，能实现深度处理。经纳滤处理后的清液能达到滤清液水质可满足GB16889-2008生活垃圾填埋场污染物控制标准中的表二标准，见表1所示，除pH外，各指标单位为mg/L。

表1

水质指标	pH	COD	BOD	氨氮	总氮	SS
							GB16889-2008(表二)	6-9	100	30	25	40	30

本发明纳滤纳滤膜组件采用的卷式膜，产水率为85～90％，产水通量为20～25L/m².h，具有稳定的处理效果。

实施例1

采用本发明的处理对对某垃圾填埋场的渗滤液进行处理，该填埋场填埋时间较长，其渗滤液已开始“老龄化”，碳氮比降低至2:1，对需处理渗滤液水质进行检测，具体的水质状况见表2所示。

表2

水质指标	pH	COD	BOD	氨氮	总氮	SS	总硬度	TDS
									数值mg/L	6-9	5000	1500	2500	2800	1000	5000	10000

将渗滤液送入砂滤器内，砂滤器石英砂的粒径在0.5～1.5mm，经砂滤除杂处理后对水质进行检测，按GB16889-2008检测,经处理后的渗滤液原水中的固体悬浮物SS去除率95％，化学需氧量COD去除率在5％，生化需氧量BOD去除率在5％，氨氮去除率在2％，总氮去除率在3％，总溶解固体TDS在10000mg/L，浊度降至1NTU以下。

将砂滤后的出水送入电解除垢装置的电解槽，电解极板为铁极板，铁极板规格为电解极板的尺寸长400mm、宽700mm，厚度为3mm，极板间距为20mm，电解装置运行电压为36V，电流为30A，通电20min后倒极3min，对电解后的出水进行检测，相对于渗滤液原水，电解出水中COD去除率在15％，BOD去除率在15％，总硬度去除率在96％,氨氮去除率在2％，总氮去除率在3％。

电解出水SS浓度有所升高，因此将电解除垢后的出水送入多介质过滤器内进行过滤处理，经多介质过滤器内的纤维球、石英砂、活性炭、无烟煤或锰砂对渗滤液中的固体悬浮物、浊度、油及铁离子进行吸附处理，对过滤后的出水进行检测，多介质过滤出水的SS浓度低于30mg/L，浊度降至1NTU以下。

将过滤后的出水送入电渗析器内进行电渗析处理，对渗滤液中的氨氮与有机物进行分离，在电渗析处理过程中，氨氮随着其他盐分一并转移，对分离后的淡水进行检测,基体碳氮比在4～6:1，相对于渗滤液原水，电渗析淡水的氨氮、总氮和总溶解固体TDS去除率都在90％以上。

对电渗析的浓水加碱后进行脱气膜处理，加碱将浓水的pH值调节至9.5～12，对液态硫酸铵回收,对出水进行检测,其氨氮浓度低于300mg/L。

将电渗析处理后的淡水和脱气膜处理的出水混合后送入MBR膜生物反应器内进行前置反硝化前置和后置硝化反应，反硝化池内的污泥浓度及硝化池内的污泥浓度在15～25g/L，水力停留时间在10h,硝化反应后的淡水经输送泵提升输至平板超滤膜组件进行泥水分离，对超滤后清液进行检测,相对于渗滤液原水，超滤后清液COD去除率在85％，BOD去除率在98.5％，氨氮去除率在99.5％，总氮去除率在99％，SS去除率98％，浊度降至1NTU以下。

将超滤后的清液送入卷式膜纳滤膜组件内，进行深度处理，纳滤浓液回流至膜生化反应器。对纳滤后清液进行检测，相对于渗滤液原水，其COD去除率在98.5％，BOD去除率在98.5％，总硬度去除率在96％,氨氮去除率99.5％，总氮去除率在99％，SS去除率98％，纳滤清液可满足GB16889-2008生活垃圾填埋场污染物控制标准中的表二标准，出水达标排放。

实施例2：

某垃圾填埋场进场垃圾多为有机质和氮类化合物，其渗滤液有机物浓度较高，碳氮比降低至2:1，水质如表3所示。

表3

水质指标	pH	COD	BOD	氨氮	总氮	SS	总硬度	TDS
									数值mg/L	6-9	10000	4000	5000	5500	1000	3000	12000

将渗滤液送入砂滤器内，砂滤器石英砂的粒径在0.5～1.5mm，经砂滤除杂处理后对水质进行检测，按GB16889-2008检测,经处理后渗滤液原水中的SS去除率97％，COD去除率在6％，BOD去除率在6％，氨氮去除率在3％，总氮去除率在4％，TDS在10000mg/L，浊度降至1NTU以下。

将砂滤后的渗滤液送入电解除垢装置的电解槽，电解极板为铁极板，铁极板规格为电解极板的尺寸长500mm、宽800mm，厚度为4mm，极板间距为25mm，电解装置运行电压为36V，电流为30A，通电25min后倒极5min，对电解后的渗滤液进行检测，相对于渗滤液原水，电解出水COD去除率在18％，BOD去除率在18％，总硬度去除率在96％，氨氮去除率在3％，总氮去除率在4％。

电解出水SS浓度有所升高，因此将电解除垢后的出水送入多介质过滤器内进行过滤处理，经多介质过滤器内的纤维球、石英砂、活性炭、无烟煤或锰砂对渗滤液中的固体悬浮物、浊度、油及铁离子进行吸附处理，对过滤后的渗滤液进行检测，其SS浓度低于300mg/L，浊度降至1NTU以下。

将过滤后的渗滤液送入电渗析器内进行电渗析处理，对渗滤液中的氨氮与有机物进行分离，在电渗析处理过程中，氨氮随着其他盐分一并转移，对分离后的淡水进行检测,基体碳氮比在4～6:1，相对于渗滤液原水，其氨氮、总氮和TDS去除率去除率均超过90％。

对电渗析处理的浓水加碱进行脱气膜处理，加碱将浓水的pH值调节至9.5～12，对液态硫酸铵回收,对出水进行检测,其氨氮浓度低于300mg/L。

将电渗析处理后的淡水和脱气膜处理的出水混合后送入MBR膜生物反应器内进行前置反硝化前置和后置硝化反应，反硝化池内的污泥浓度及硝化池内的污泥浓度在在20～30g/L，水力停留时间在20h,硝化反应后的淡水经输送泵提升输至管式超滤膜组件进行泥水分离，对超滤后清液进行检测,相对于渗滤液原水，超滤后清液COD去除率在86％，BOD去除率在99.3％，氨氮去除率在99.5％，总氮去除率在99.5％，SS去除率98％，浊度降至1NTU以下。

将超滤后的清液送入卷式膜纳滤膜组件内，进行深度处理，纳滤浓液回流至膜生化反应器。对纳滤后清液进行检测，相对于渗滤液原水，其COD去除率在99.2％，BOD去除率在99.3％，总硬度去除率在96％,氨氮去除率99.6％，总氮去除率在99.6％，SS去除率98％，纳滤清液可满足GB16889-2008生活垃圾填埋场污染物控制标准中的表二标准，出水达标排放。

Claims

1.一种高氨氮垃圾渗滤液的处理方法，其特征在于:按以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的高氨氮垃圾渗滤液的处理方法，其特征在于：所述砂滤器内滤料为石英砂，且石英砂的粒径在0.5～1.5mm，经砂滤除杂处理后出水中的固体悬浮物去除率在95～98％。

3.根据权利要求1所述的高氨氮垃圾渗滤液的处理方法，其特征在于：所述的电解极板的尺寸长20～500mm、宽60～100mm，厚度为1～5mm，极板间距为10～30mm。

4.根据权利要求1所述的高氨氮垃圾渗滤液的处理方法，其特征在于：所述的超滤膜组件为管式超滤膜组件或者平板超滤膜组件。

5.根据权利要求1所述的高氨氮垃圾渗滤液的处理方法，其特征在于：所述的纳滤纳滤膜组件为卷式膜组件。