CN106698780A - 一种垃圾渗滤液组合处理工艺 - Google Patents

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Abstract

垃圾渗滤液是一种具有水质变化大(水质不稳定)、水质复杂(含有多种重金属离子和氨氮)、有机浓度高、可生化性差等特点的难降解污水。本发明提供一种处理垃圾渗滤液的高效可行的方法，即将预处理后的渗滤液经过机械蒸汽再压缩+催化湿式过氧化氢氧化技术(MVR+CWPO)组合工艺进行处理，充分利用MVR系统高温出水进行CWPO深度降解反应，以实现较高的COD去除率。其中CWPO采用的非均相催化剂价格较低廉、易于分离回收，在低温常压下运行300h后出水COD可维持于50mg/L以下。这有利于研究垃圾渗滤液的无害化、资源化处理，具有重要的科学及应用意义，满足垃圾渗滤液的达标排放。

Description

一种垃圾渗滤液组合处理工艺
技术领域
本发明污水处理和环境功能材料领域，具体涉及将使用非均相催化剂的催化湿式过氧化氢氧化技术集成于MVR系统，对垃圾渗滤液进行降解。
背景技术
随着城市建设的发展，随之产生的垃圾也成倍增多。我国的固体垃圾多采用填埋或焚烧的方法进行处理。垃圾在填埋过程中由于压实、发酵等物理、生物、化学作用，同时在降水和其它外部来水的渗流作用下产生的含有机或无机成分的液体称为垃圾渗滤液。垃圾渗滤液通常具有水质变化大(水质不稳定)、水质复杂(含有多种重金属离子和氨氮)、有机浓度高、可生化性差等特点，对周边土层及地下水极易造成严重污染。因此，对垃圾渗滤液进行有效的收集及处理已引起广泛关注并亟待解决，而垃圾渗滤液的处理技术也随之成为国际上的研究热点。
目前对垃圾填埋场渗滤液的处理，需从COD、总氮、重金属及外运处理等多方面满足国家《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB 16889-2008)严格的排放标准。满足新标准的先进工艺包括UASB+MBR+RO(上流式厌氧流化床+膜生物反应+反渗透)、MVC/MVR+DI(多效蒸发+阳离子交换)等。其中，UASB+MBR+RO工艺存在着工艺复杂、连续运转稳定性差、后期配件更换费用较高等问题。MVR(机械蒸汽再压缩技术)可有效回收利用二次蒸汽，启动后无需或补充少量生蒸汽即可维持蒸汽温度，结构简单，操作简便，运行稳定且费用较低。将MVR技术用于处理垃圾渗滤液，在解决渗滤液氨氮和难降解污染物浓度高难题的同时，可满足节能高效的要求。然而，其处理后出水无法达到水环境排放标准，因此仍需与其它工艺组合进行深度处理。MVR+DI工艺中离子交换树脂能力有限，处理量低，树脂还原的成本较高，且还原过程中易造成二次污染；膜工艺中膜组件易受损且价格高昂，而生化工艺无法满足部分废水处理要求，同时受天气的影响较大。
高级氧化法(AOPs)是目前研究比较成熟的一种处理方法，已有较为广泛的实际应用。其中，催化湿式过氧化氢氧化法(CWPO)使用廉价无毒的H2O2氧化剂，取代了催化湿式空气氧化法(CWAO)中使用的高压氧或压缩空气，可以较好地克服湿式氧化工艺因高压所引起的设备腐蚀、操作安全等问题。液体氧化剂H2O2代替了气体氧化剂,消除了气-液传质阻力对反应速率的影响,从而使反应速度加快，能有效分解有机污染物，降低COD值。当不能彻底氧化分解为CO2和H2O时，也通常可将其转化为毒性小且易生物降解的化合物。此外，CWPO不仅可以使反应在低温常压下进行，而且其分解产生的羟基自由基(HO·)具有很强的氧化能力，无需电流、紫外光等辅助手段，具有操作简便的优点。CWPO技术既可用于废水预处理，又可用于废水的深度处理。鉴于CWPO具有反应条件温和、处理效率高、适用范围广、反应速度快以及二次污染低等优点，可结合MVR技术作为垃圾渗滤液的深度处理技术。
发明内容
本发明的目的是克服现有的垃圾渗滤液处理方法中的弊端与不足，提供一种处理垃圾渗滤液的高效可行的方法，即采用机械蒸汽再压缩+催化湿式过氧化氢氧化技术(MVR+CWPO)工艺，其中CWPO采用的非均相催化剂价格较低廉、易于分离回收，在低温常压下即可高效降解废水中有机物，从而促进垃圾渗滤液深度降解并达标排放。
本发明提供了上述工艺的具体方案：
1.建立一种垃圾渗滤液组合处理工艺，工艺中经过MVR系统处理后的废水温度在60-95℃之间，出水COD值为80-200mg/L，并以空速0.2～5.0h-1进入催化湿式过氧化氢氧化系统。催化湿式过氧化氢氧化系统包括催化反应塔和过氧化氢分解塔，催化反应塔处理后废水直接进入双氧水分解塔。催化湿式过氧化氢氧化系统处理后废水COD值低于50mg/L。
2.催化湿式过氧化氢氧化系统中，H2O2加入量为理论矿化量的0.5～5.0倍，即约为H2O2(mg/L):COD(mg/L)＝1.0～10.0，催化反应塔装填A/X型非均相催化剂，其中A为活性组分，X为催化剂载体。活性组分A为Fe、Cu、Mn、Ni、Ce中的一种或几种，X为氧化铝或活性炭，活性组分负载量为1～5wt.％，其中以1％～3％为宜。双氧水分解塔内装填锰砂，锰砂粒径为2～30mm，其MnO2含量大于25％。
具体的本发明所述的组合处理工艺包括预处理系统-蒸发洗气系统-催化湿式过氧化氢氧化系统以及反冲洗系统。
所述工艺中将催化湿式过氧化氢氧化系统集成于蒸发洗气系统中；
所述蒸发洗气系统包括蒸发单元和洗气单元；所述预处理系统出水经过热交换器与所述蒸发单元的MVR蒸发器相连通；MVR蒸发器的水蒸气口与所述洗气单元中的酸洗气塔和/或碱洗气塔相连通；
所述催化湿式过氧化氢氧化系统包括贮水罐、过氧化氢贮罐、催化反应塔和过氧化氢分解塔；洗气单元与贮水罐相连通；催化反应塔进水口分别与所述贮水罐和过氧化氢贮罐相连通，同时出水口与所述过氧化氢分解塔相连通；过氧化氢分解塔与所述蒸发系统中换热器相连通。
所述反冲洗系统包括空气压缩机与离心泵，进口分别连通空气和清水，并将二者出口相连接后，分别连通催化反应塔出水口与过氧化氢分解塔出水口。
垃圾渗滤液原液经过预处理系统处理后，经过换热器后进入MVR蒸发器，产生的水蒸气进入酸洗塔或碱洗塔或酸洗塔和碱洗塔配合处理，处理后的蒸汽冷凝为液体，进入催化湿式过氧化氢氧化系统中的贮水罐，经酸碱调节pH值后由离心泵输送，并同过氧化氢贮罐中的过氧化氢混合后进入催化反应塔底部；催化反应后出水由催化反应塔顶部进入过氧化氢分解塔顶部，从分解塔底部出水，最后重新进入蒸发单元内，与新进的低温的渗滤液进行热交换，并排出到出水池；
在反冲洗过程中，所述反冲洗系统中生成的气、水混合物分别输送至催化反应塔顶部与过氧化氢分解塔底部，并分别从催化反应塔底部与过氧化氢分解塔顶部排出，从而冲洗塔内部催化剂破碎粉体及沉淀物。
蒸发洗气系统处理后出水温度在60-95℃之间，出水COD值为80-200mg/L，催化湿式过氧化氢氧化系统处理后废水COD值低于50mg/L。
催化湿式过氧化氢氧化系统的催化反应塔中H2O2加入量为理论矿化量的0.5～5.0倍，最佳量为1～3倍，反应塔空速0.2～5.0h-1，最佳量为0.5～2h-1，塔中装填A/X型非均相催化剂，其中A为活性组分，X为催化剂载体。
A/X型非均相催化剂活性组分A为Fe、Cu、Mn、Ni、Ce中的一种或两种以上，X为氧化铝或活性炭，活性组分负载量为0.5～5wt.％，其中优选为1～3wt.％。
双氧水分解塔内装填锰砂，锰砂粒径为2～30mm，其MnO2含量大于25％，双氧水分解塔空速0.2～5.0h-1，优选为0.5～2h-1。
本发明的有益效果为：
本发明采用经济高效的CWPO技术与MVR技术相结合的工艺，其中，CWPO技术催化氧化废水时采用非均相催化剂，不仅适于较宽pH范围的废水处理，同时解决了均相催化中催化剂流失量大的问题，避免了铁泥等问题的产生；使用活性较高且成本低廉的过渡金属或稀土金属作为活性组分，使用最常用的工业原料氧化铝和活性炭作为载体，具有较高的热稳定性和良好的机械强度和可调变的表面酸碱性等优点。本发明综合考虑了催化剂活性、稳定性和经济性，具有较好的工业化应用前景。
附图说明
图1为垃圾渗滤液处理工艺流程图；
图2为垃圾渗滤液处理后出水COD测定。
具体实施方式
本发明所述的CWPO技术与MVR技术的组合处理工艺，包括预处理系统-蒸发洗气系统-催化湿式过氧化氢氧化系统以及反冲洗系统。所述工艺中将催化湿式过氧化氢氧化系统集成于蒸发洗气系统中。所述蒸发洗气系统包括蒸发单元和洗气单元；所述预处理系统出水经过热交换器与所述蒸发单元的MVR蒸发器相连通；所述MVR蒸发器的水蒸气口与所述洗气单元中的酸洗气塔和/或碱洗气塔相连通；所述催化湿式过氧化氢氧化系统包括贮水罐、过氧化氢贮罐、催化反应塔和过氧化氢分解塔；洗气单元与贮水罐相连通；催化反应塔进水口分别与所述贮水罐和过氧化氢贮罐相连通，同时出水口与所述过氧化氢分解塔相连通；过氧化氢分解塔与所述蒸发系统中换热器相连通。
所述反冲洗系统包括空气压缩机与离心泵，进口分别连通空气和清水，并将二者出口相连接后，分别连通催化反应塔出水口与过氧化氢分解塔出水口。
本发明所述的上述组合处理工艺，具体包括如下步骤：
①垃圾渗滤液原液经过混凝、絮凝、沉淀等预处理后，经过换热器后进入MVR蒸发器，产生的水蒸气进入酸洗塔配合处理，处理后的蒸汽冷凝为液体。
②经过蒸发洗气后的冷凝液(约90℃)进入催化湿式过氧化氢氧化系统中的贮水罐，调节pH后由离心泵输送，并同过氧化氢贮罐中的过氧化氢混合后进入催化反应塔底部；催化反应后出水由催化反应塔顶部进入过氧化氢分解塔顶部，从分解塔底部出水，最后重新进入蒸发单元内，与新进的低温的渗滤液进行热交换，并排出到出水池。
③在反冲洗过程中，所述反冲洗系统中生成的气、水混合物分别输送至催化反应塔顶部与过氧化氢分解塔底部，并分别从催化反应塔底部与过氧化氢分解塔顶部排出，从而冲洗塔内部催化剂破碎粉体及沉淀物。
实施例1：
以渗滤液60吨/日为例，垃圾渗滤液原液COD＝40000～50000mg/L，NH3-N＝1500～2000mg/L；经预处理和蒸发洗气后的冷凝液(约90℃)COD＝150～180mg/L，NH3-N＝6～12mg/L，在贮水罐中调节pH值为6，并输送至催化反应塔底部；催化反应塔中催化剂为3wt.％Fe-0.5wt.％Mn/Al2O3，LHSV为0.5h-1，H2O2(mg/L):COD(mg/L)＝2.5；运行300h，出水COD＝20～40mg/L(如图2)，可直接达标排放。
实施例2：
以渗滤液600吨/日为例，垃圾渗滤液原液COD＝35000～40000mg/L，NH3-N＝1000～1500mg/L；经预处理和蒸发洗气后的冷凝液(约85℃)COD＝80～120mg/L，NH3-N＝8～15mg/L，在贮水罐中调节pH值为7，并输送至催化反应塔底部；催化反应塔中催化剂为3wt.％Fe-1wt.％Ce/Al2O3，LHSV为1h-1，H2O2(mg/L):COD(mg/L)＝3；运行200h，出水COD＝40～45mg/L，可直接达标排放。
结论：
本发明针对目前现有的垃圾渗滤液处理方法中的弊端与不足，将非均相催化湿式过氧化氢氧化技术集成于蒸发洗气系统中，对垃圾渗滤液进行深度降解。反应条件温和，能有效去除废水COD和色度，不会造成二次污染。实验证明，将氧化铝/活性炭作载体、以Fe、Cu、Mn、Ni、Ce中的一种或几种作为活性组分制备的催化剂，应用于催化湿式过氧化氢氧化技术中，可将MVR系统处理后的垃圾渗滤液深度降解，可将出水COD降至40mg/L以下，且运行300h后效果仍可基本保持不变，表明该催化剂可在弱酸性至中性废水中维持较高活性及稳定性。本发明提供一种处理垃圾渗滤液的高效可行的组合工艺，其中CWPO技术中采用价格较低廉、易于分离回收的非均相催化剂，在低温常压下即可用于降解废水中有机物，从而促进垃圾渗滤液降解并达标排放，具有良好的工业应用前景。

Claims (8)

1.一种垃圾渗滤液组合处理工艺，其特征在于：组合处理工艺包括预处理系统-蒸发洗气系统-催化湿式过氧化氢氧化系统以及反冲洗系统。
2.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液组合处理工艺，其特征在于：所述工艺中将催化湿式过氧化氢氧化系统集成于蒸发洗气系统中；
所述蒸发洗气系统包括蒸发单元和洗气单元；所述预处理系统出水经过热交换器与所述蒸发单元的MVR蒸发器相连通；MVR蒸发器的水蒸气口与所述洗气单元中的酸洗气塔和/或碱洗气塔相连通；
所述催化湿式过氧化氢氧化系统包括贮水罐、过氧化氢贮罐、催化反应塔和过氧化氢分解塔；洗气单元与贮水罐相连通；催化反应塔进水口分别与所述贮水罐和过氧化氢贮罐相连通，同时出水口与所述过氧化氢分解塔相连通；过氧化氢分解塔与所述蒸发系统中换热器相连通。
3.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液组合处理工艺，其特征在于：所述反冲洗系统包括空气压缩机与离心泵，进口分别连通空气和清水，并将二者出口相连接后，分别连通催化反应塔出水口与过氧化氢分解塔出水口。
4.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液组合处理工艺，其特征在于：垃圾渗滤液原液经过预处理系统处理后，经过换热器后进入MVR蒸发器，产生的水蒸气进入酸洗塔或碱洗塔或酸洗塔和碱洗塔配合处理，处理后的蒸汽冷凝为液体，进入催化湿式过氧化氢氧化系统中的贮水罐，经酸碱调节pH值后由离心泵输送，并同过氧化氢贮罐中的过氧化氢混合后进入催化反应塔底部；催化反应后出水由催化反应塔顶部进入过氧化氢分解塔顶部，从分解塔底部出水，最后重新进入蒸发单元内，与新进的低温的渗滤液进行热交换，并排出到出水池；
在反冲洗过程中，所述反冲洗系统中生成的气、水混合物分别输送至催化反应塔顶部与过氧化氢分解塔底部，并分别从催化反应塔底部与过氧化氢分解塔顶部排出，从而冲洗塔内部催化剂破碎粉体及沉淀物。
5.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液组合处理工艺，其特征在于：蒸发洗气系统处理后出水温度在60-95℃之间，出水COD值为80-200mg/L，催化湿式过氧化氢氧化系统处理后废水COD值低于50mg/L。
6.根据权利要求2所述的垃圾渗滤液组合处理工艺，其特征在于：催化湿式过氧化氢氧化系统的催化反应塔中H2O2加入量为理论矿化量的0.5～5.0倍，最佳量为1～3倍，反应塔空速0.2～5.0h-1，最佳量为0.5～2h-1，塔中装填A/X型非均相催化剂，其中A为活性组分，X为催化剂载体。
7.根据权利要求6所述的垃圾渗滤液组合处理工艺，其特征在于：A/X型非均相催化剂活性组分A为Fe、Cu、Mn、Ni、Ce中的一种或两种以上，X为氧化铝或活性炭，活性组分负载量为0.5～5wt.％，其中优选为1～3wt.％。
8.根据权利要求6所述的垃圾渗滤液组合处理工艺，其特征在于：双氧水分解塔内装填锰砂，锰砂粒径为2～30mm，其MnO2含量大于25％，空速0.2～5.0h-1，优选为0.5～2h-1。
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