CN107698037B - 三维电化学偶联三维电生物深度处理垃圾渗滤液反渗透浓水的方法 - Google Patents
三维电化学偶联三维电生物深度处理垃圾渗滤液反渗透浓水的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种三维电化学偶联三维电生物深度处理垃圾渗滤液反渗透浓水的方法，该方法包括预处理、三维电化学偶联三维电生物及后续脱盐步骤；预处理包括水质水量调节和混凝沉淀，去除废水中的悬浮物、胶体杂质及钙镁等离子。预处理出水引入三维电化学偶联三维电生物装置，三维电化学针对难降解有机物进行开环断键，矿化降解作用，提高污水B/C。三维电生物在电场能和微生物的协同作用下，同时实现硝化、反硝化作用及矿化作用，利于后续的脱盐。本发明提出的垃圾渗滤液浓缩液处理方法，具有处理效果好、运行稳定、占地面积省、耐冲击能力强、自动化程度高，操作简便等优点。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，涉及垃圾填埋场渗滤液处理方法，更具体的是涉及一种针对渗滤液浓缩液的三维电化学偶联三维电生物技术深度处理垃圾渗滤液浓缩液的方法。
背景技术
垃圾渗滤液的治理问题已成为环境治理领域的重大课题。垃圾渗滤液有毒有害物质含量高，成分复杂，难于生物降解，对环境的危害极大。目前垃圾渗滤液的处理主要方法之一是采用“预处理+MBR膜生物系统+反渗透深度处理”的组合工艺，虽然该组合工艺能够有效解决垃圾渗滤液达标排放的问题，但在运行过程中，不可避免会产生大量的反渗透浓水，垃圾渗滤液反渗透浓水盐度高、毒性大、难于生化降解，已经成为我国污水治理的难点和重点。
国内外对垃圾渗滤液反渗透浓水的常规处理方法主要有回灌、蒸发等。回灌使得溶解盐类大量积累，长久会导致渗滤液处理系统效率降解或失效；蒸发成本昂贵，对设备腐蚀性高，难以大规模实施。而且许多填埋场已经不允许浓缩液回灌，需要将浓缩液单独处理。因此国内目前急需研发一种处理处置垃圾渗滤液反渗透浓水的适宜方法。
发明内容
本发明针对对成分复杂，有机物含量高，盐度高，水质水量波动大，有毒有害物质含量高的垃圾渗滤液反渗透浓水提供一种工艺流程紧凑、占地面积小、处理效率高，成本低的处理方法。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种三维电化学偶联三维电生物深度处理垃圾渗滤液反渗透浓水的方法，该方法包括以下具体步骤：
步骤1：预处理
垃圾渗滤液反渗透浓水进入调节池，进行水质水量的调节后进入混凝沉淀反应池，进行化学混凝反应和沉淀，去除废水中的悬浮物、胶体杂质、钙镁离子；
步骤2：三维电化学偶联三维电生物处理
经预处理后的出水进入三维电化学偶联三维电生物反应单元，废水在三维电化学偶联三维电生物反应单元中进行三维电化学降解和三维电生物降解作用；
步骤3：后续脱盐处理
经步骤2处理后的出水引入电渗析反应器或双极膜电渗析反应器，脱去盐分；脱盐深度处理后的出水引入出水池，排放。
步骤1所述水质水量的调节是调节污水pH为5～10；所述混凝反应采用传统的化学混凝或二维电化学混凝方式。
所述三维电化学偶联三维电生物单元为一种装置，该装置包括本体、外置电源及空压机，所述本体为至少一个三维电化学反应器和至少一个三维电生物反应器任意组合相串联组成，所述本体前端设置进水口，末端设置出水口，所述串联的反应器彼此通过自身的溢流口实现水相的联通，其中：
三维电化学反应器包括被中间隔板分隔的至少两个反应室和反应室下端的布气排渣室；三维电生物反应器包括被中间隔板分隔的至少两个反应室和反应室下端的布气排渣室，三维电化学反应器和三维电生物反应器的反应室内设置至少两块垂直平行排列的电极板，所述电极板正极和负极交替设置，并联连接至外置电源；三维电化学反应器的电极板之间填充粒子电极，粒子电极上负载催化剂；三维电生物反应器的电极板之间填充微生物载体填料；粒子电极和微生物载体填料堆置于反应室底部的孔板上；布气排渣室为倒锥体或矩形体结构，内设有曝气板、管或盘，通过气体管道连接外置空压机，布气排渣室下端设有排空口，用于进行泥渣的清理及污水的排空。
所述电极板采用纯钛板电极、钛基金属或过渡金属氧化物涂层电极、不锈钢极板电极、石墨电极或合金电极中的一种。
所述粒子电极以颗粒为基体，其上负载有催化剂。
所述粒子电极的基体为颗粒活性炭、三氧化二铝颗粒或沸石颗粒，单独使用或者两种或数种混合使用；催化剂为二氧化钛、金属或过渡金属氧化物一种或数种混合。
所述微生物载体填料以颗粒活性炭、三氧化二铝颗粒、沸石颗粒、陶粒、硬质塑料颗粒为基体，单独使用或者两种或数种混合使用，基体上挂膜微生物。
本发明针对垃圾渗滤液浓缩液的水质特点，将化学或电化学混凝前处理，三维电化学偶联三维电生物技术有机结合，高效处理垃圾渗滤液浓缩液。化学前处理主要采用高效混凝沉淀技术去除废水中的悬浮物、胶体杂质及钙、镁、磷、金属离子等，同时去除一定的COD，有利于后续的三维电化学反应，减少这些干扰因子对催化剂的毒害作用。三维电化学处理主要是将催化污染物降解的催化剂负载在颗粒电极上，在电场能量推动下，异相催化降解水相中的污染物，以直接和间接氧化还原，对浓缩液中结构复杂的有机分子实施无选择性的氧化分解或还原改性，开环断键，提高B/C，同时大幅度去除COD，降解有机胺及氨氮。三维电生物处理是在电化学分解和微生物降解的共同作用下，完成COD的进一步降解和总氮及氨氮的去除。三维电生物反应器中，降解细菌富集在载体填料上，微生物载体如颗粒活性炭丰富的微环境同时为COD降解菌、氨氧化细菌和反硝化细菌提供了充分的空间和适宜的微生态环境。根据水质特点和处理要求，设置三维电化学和三维电生物的段数。三维电化学和三维电生物的出水利于后续的脱盐处理。本发明针对垃圾渗滤液浓缩液的水质特点，将三维电化学技术、三维电生物技术有机结合，可以解决难降解垃圾渗滤液的治理问题，同时具有工艺流程短而紧凑、操作方便灵活，处理效率高、占地面积小、能耗低等优点。
本发明以垃圾渗滤液反渗透浓水为实例，垃圾渗滤液为高浓度（COD≥1000mg/L）、高盐度(盐度≥1%)、难降解(B/C≤0.3)有机废水的代表，本发明适用的污水包括垃圾渗滤液处理过程中的调节池水、MBR出水、反渗透浓缩液及所有难降解有机废水(B/C≤0.3)。
本发明的有益效果
利用本发明处理垃圾渗滤液时处理时间短，效率高；处理设备少，结构紧凑，占地小；模块化反应器，管理简单方便。本发明可实现垃圾渗滤液达标排放，保护生态环境，为垃圾渗滤液资源化解决了关键性技术难题。
附图说明
图1为本发明流程图；
图2为本发明三维电化学偶联三维电生物装置结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
参阅图1，本发明的三维电化学偶联三维电生物深度处理垃圾渗滤液反渗透浓水的方法，包括预处理单元、三维电化学偶联三维电生物单元及出水进行后续脱盐处理。预处理单元包括水质水量调节和混凝沉淀，混凝沉淀为化学混凝或二维电化学混凝，混凝反应池为化学混凝反应池或二维电化学混凝反应池。预处理出水引入三维电化学偶联三维电生物装置中，出水进入后续的脱盐处理步骤，如电渗析反应器或双极膜电渗析反应器，脱去盐分。脱盐深度处理后的出水引入出水池，排放。
参阅图2，本发明中所述三维电化学偶联三维电生物单元为一种装置，该装置包括串联组成本体1的三维电化学反应器2和三维电生物反应器3，分隔反应器的中间隔板4，三维电化学反应器2被中间隔板分隔的反应室5，三维电生物反应器3被中间隔板分隔的反应室6，反应室下端的布气排渣室7，设置在反应室的两块垂直平行排列的电极板8，外置电源9，填充于三维电化学反应器2电极板之间的粒子电极10，填充于三维电生物反应器3电极板之间的微生物载体填料11，粒子电极和微生物载体填料堆置于反应室底部孔板12，布气排渣室7内设置的曝气板13，气体管道14及外置空压机15，布气排渣室7下端设有排空口16，反应装置的进水口17，出水口18。邻段反应器之间实现水相联通的溢流口19。
实施例1
参阅图1，本实施例包括预处理单元、三维电化学偶联三维电生物单元及出水进行后续脱盐处理。预处理包括水质水量调节、混凝反应和沉淀步骤，混凝沉淀采用化学混凝；三维电化学偶联三维电生物单元为交替进行的三维电化学处理和三维电生物处理步骤，具体为：三维电化学-三维电生物-三维电化学-三维电生物。
参阅图2，本实施例中三维电化学偶联三维电生物装置两组三维电化学反应器和两组三维电生物反应器相串联组成，组合方式为：三维电化学-三维电生物-三维电化学-三维电生物。所述三维电化学偶联三维电生物装置包括本体1，串联组成本体1的三维电化学反应器2和三维电生物反应器3，分隔反应器的中间隔板4，三维电化学反应器被中间隔板分隔的反应室5，三维电生物反应器被中间隔板分隔的反应室6，反应室下端的布气排渣室7，设置在反应室的两块垂直平行排列的电极板8，阳极电极板采用钛基钌铱电极，阴极为不锈钢。外置电源9，填充于三维电化学反应器2电极板之间的粒子电极10，填充于三维电生物反应器3电极板之间的微生物载体填料11，粒子电极和微生物载体填料堆置于反应室底部孔板12，粒子电极采用颗粒活性炭基体负载纳米级二氧化钛。微生物载体填料上挂膜降解微生物，采用常规的挂膜方法，以污水处理厂活性污泥接种，以所处理的特定废水进行驯化，2周至4周驯化成功。布气排渣室7内设置的曝气板13，气体管道14及外置空压机15，布气排渣室7下端设有排空口16，反应装置的进水口17，出水口18。邻段反应器之间实现水相联通的溢流口19。
本实施例是这样工作的：
处理工艺包括预处理单元和三维电化学偶联三维电生物单元，出水进行后续脱盐处理。预处理包括水质水量调节和混凝沉淀，混凝沉淀为化学混凝或二维电化学混凝，混凝反应池为化学混凝反应池或二维电化学混凝反应池。预处理出水引入三维电化学偶联三维电生物装置中，出水进入后续的脱盐处理步骤，如电渗析反应器或双极膜电渗析反应器，脱去盐分。脱盐深度处理后的出水引入出水池，排放。
垃圾渗滤液反渗透浓水先进入调节池，进行水质和水量的调节，调节池出水进入化学混凝反应池，混凝剂选用聚铁，助凝剂选用聚丙烯酰胺。混凝池出水进入沉淀池沉降后进入三维电化学偶联三维电生物装置。本实施例中三维电化学偶联三维电生物装置为三维电化学-三维电生物-三维电化学-三维电生物串联系统，预处理单元的废水由进水口17进入第一个三维电化学反应器，由第一反应室经过下部多孔筛板12和布气排渣室7进入第二反应室，在此进行异相催化广谱降解难降解有机污染物，氧化分解或还原改性，开环断键，提高B/C，废水由第一三维电化学反应器流经其上端和第一三维电生物反应器之间的溢流口进入第一三维电生物反应器，经过第一三维电生物反应器第一反应室，并由其下部的多孔筛板和布气排渣室进入第二反应室，在第一三维电生物反应器内进行污染物的生物降解，将可生物降解的有机物逐步降解成更小的分子或彻底氧化分解成二氧化碳和水。第一三维电生物反应器的出水由其和第二三维电化学反应器之间的溢流口进入第二三维电化学反应器，在此异相催化降解难降解有机物，开环断键，提高B/C。废水再由第二三维电化学反应器进入第二三维电生物反应器，在此进一步将可生化降解的废水进行微生物的降解和转化，最终出水从出水口18进入后续的脱盐处理反应装置。
在两个三维电化学反应器中主要进行难降解有机物的开环断键，提高废水B/C，利于三维电生物反应器内进行的微生物降解。通过三维电化学和电生物的交替运行，实现难降解污染物的逐步降解和转化，最终分解为二氧化碳和水。废水在三维电化学反应器内，部分污染物质吸附在主电极表面和粒子电极表面，在电场能量推动下，这些污染物在阴阳电极表面和众多粒子电极表面进行直接氧化作用和还原作用。同时，经过曝气溶解的氧气、阳极及粒子电极阳极端产生的氧气，在阴极和粒子电极阴极端还原生成氧化性极强的双氧水和羟基自由基，同时又在体系内电磁场及氧化还原电子对催化作用下，产生大量氧化性极强的自由基，HO2 -·，O·,H·,O2-·, O3-·等。这些自由基与废水中有机物反应，生成不稳定的有机物自由基R·等，从而引发大量的自由基链式反应。从而有效分解转化难降解有机物，提高废水的B/C。在三维电生物反应器中，微生物负载在颗粒活性炭填料表面，多孔结构的颗粒活性炭为生物提供了优良的生境，微生物数量多且活性高，在电场能量推动下，促进微生物胞外酶的电子传递效率，从而提高了污染物的生物降解效率。
以浙江省某市垃圾渗滤液反渗透浓水为例，其步骤如下：
原水pH=7，深褐色，COD1200～1600mg/L，NH3-N230～410 mg/L，TN356～552 mg/L，NaCl1.5～3.9%。首先将原水引入调节池，进行水质水量的调节；将调节池出水引入化学混凝沉淀反应池，混凝剂采用聚铁，投加量为500～5000ppm，以石灰乳调节pH=5～10，并进行固液沉降分离。
混凝沉淀池出水进入三维电化学偶联三维电生物装置，反应器阳极电极板采用钛基钌铱电极，阴极为不锈钢。粒子电极采用颗粒活性炭基体负载纳米级二氧化钛。微生物载体填料为颗粒活性炭挂膜微生物，采用常规的挂膜方法，以污水处理厂活性污泥接种，以所处理的特定废水进行驯化，2周至4周驯化成功。微生物驯化成功后启动污水处理系统，化学混凝沉淀反应池出水由进水口17进入第一个三维电化学反应器，由第一反应室经过下部多孔筛板12和布气排渣室7进入第二反应室，在此进行异相催化广谱降解难降解有机污染物，氧化分解或还原改性，开环断键，提高B/C，废水由第一三维电化学反应器流经其上端和第一三维电生物反应器之间的溢流口进入第一三维电生物反应器，经过第一三维电生物反应器第一反应室，并由其下部的多孔筛板和布气排渣室进入第二反应室，在第一三维电生物反应器内进行污染物的生物降解，将可生物降解的有机物逐步降解成更小的分子或彻底氧化分解成二氧化碳和水。第一三维电生物反应器的出水由其和第二三维电化学反应器之间的溢流口进入第二三维电化学反应器，在此异相催化降解难降解有机物，开环断键，提高B/C。废水再由第二三维电化学反应器进入第二三维电生物反应器，在此进一步将可生化降解的废水进行微生物的降解和转化，最终出水从出水口18进入后续的脱盐处理反应装置。
三维电化学偶联三维电生物装置的水力停留时间各6～8h，电压强度0.5～1.5V/cm，采取连续进出水的运行方式，稳定运行10d后，混凝沉淀池出水指标为：CODcr 851～963mg/L，NH3-N 135～332 mg/L，TN 156～387mg/L。三维电化学偶联三维电生物装置出水指标为：CODcr 85～63 mg/L，NH3-N 15～24 mg/L，TN 27～42mg/L，NaCl0.4～1.5%。出水进入后续脱盐装置。
实施例2
参阅图1，本实施例包括预处理单元、三维电化学偶联三维电生物单元及出水进行后续脱盐处理。预处理包括水质水量调节、混凝反应和沉淀步骤，混凝沉淀采用化学混凝。三维电化学偶联三维电生物单元为交替进行的三维电化学处理和三维电生物处理步骤，具体为：三维电化学-三维电生物-三维电化学-三维电生物。
参阅图2，本实施例中三维电化学偶联三维电生物装置两组三维电化学反应器和两组三维电生物反应器相串联组成，组合方式为：三维电化学-三维电生物-三维电化学-三维电生物。所述三维电化学偶联三维电生物装置包括本体1，串联组成本体1的三维电化学反应器2和三维电生物反应器3，分隔反应器的中间隔板4，三维电化学反应器被中间隔板分隔的反应室5，三维电生物反应器被中间隔板分隔的反应室6，反应室下端的布气排渣室7，设置在反应室的两块垂直平行排列的电极板8，阳极电极板采用钛基铱钽电极电极，阴极为石墨电极。外置电源9，填充于三维电化学反应器2电极板之间的粒子电极10，填充于三维电生物反应器3电极板之间的微生物载体填料11，粒子电极和微生物载体填料堆置于反应室底部孔板12，粒子电极采用颗粒活性炭基体负载Fe2O3, MnO2和CuO。微生物载体填料上挂膜降解微生物，采用常规的挂膜方法，以污水处理厂活性污泥接种，以所处理的特定废水进行驯化，2周至4周驯化成功。布气排渣室7内设置的曝气板13，气体管道14及外置空压机15，布气排渣室7下端设有排空口16，反应装置的进水口17，出水口18。邻段反应器之间实现水相联通的溢流口19。本实施例工作过程同实施例1。
以上海老港垃圾渗滤液反渗透浓水为例，其步骤如下：
原水pH=6，深褐色，COD1093～1586mg/L，NH3-N210～380 mg/L，TN316～592 mg/L，NaCl 1.8～4.3%。首先将原水引入调节池，进行水质水量的调节；将调节池出水引入化学混凝沉淀反应池，混凝剂采用聚铁，投加量为500～5000ppm，以石灰乳调节pH=5～10，并进行固液沉降分离。
混凝沉淀池出水进入三维电化学偶联三维电生物装置，反应器阳极电极板采用钛基铱钽电极，阴极为石墨电极。粒子电极采用颗粒活性炭基体负载Fe2O3, MnO2和CuO，微生物载体填料为颗粒活性炭挂膜微生物，采用常规的挂膜方法，以污水处理厂活性污泥接种，以所处理的特定废水进行驯化，2周至4周驯化成功。微生物驯化成功后启动污水处理系统，化学混凝沉淀反应池出水由进水口17进入第一个三维电化学反应器，由第一反应室经过下部多孔筛板12和布气排渣室7进入第二反应室，在此进行异相催化广谱降解难降解有机污染物，氧化分解或还原改性，开环断键，提高B/C，废水由第一三维电化学反应器流经其上端和第一三维电生物反应器之间的溢流口进入第一三维电生物反应器，经过第一三维电生物反应器第一反应室，并由其下部的多孔筛板和布气排渣室进入第二反应室，在第一三维电生物反应器内进行污染物的生物降解，将可生物降解的有机物逐步降解成更小的分子或彻底氧化分解成二氧化碳和水。第一三维电生物反应器的出水由其和第二三维电化学反应器之间的溢流口进入第二三维电化学反应器，在此异相催化降解难降解有机物，开环断键，提高B/C。废水再由第二三维电化学反应器进入第二三维电生物反应器，在此进一步将可生化降解的废水进行微生物的降解和转化，最终出水从出水口18进入后续的脱盐处理反应装置。
三维电化学偶联三维电生物装置的水力停留时间各6～8h，电压强度0.5～1.5V/cm，采取连续进出水的运行方式，稳定运行10d后，混凝沉淀池出水指标为：CODcr598～863mg/L，NH3-N 125～305 mg/L，TN 208～347mg/L。三维电化学偶联三维电生物装置出水指标为：CODcr 81～60 mg/L，NH3-N 16～26 mg/L，TN 29～44mg/L，NaCl0.7～1.9 %。出水进入后续脱盐装置。
Claims (6)
1.一种三维电化学偶联三维电生物深度处理垃圾渗滤液反渗透浓水的方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：
步骤1：预处理：
垃圾渗滤液反渗透浓水进入调节池，进行水质水量的调节后进入混凝沉淀反应池，进行化学混凝反应和沉淀，去除废水中的悬浮物、胶体杂质、钙镁离子；
步骤2：三维电化学偶联三维电生物单元：
经预处理后的出水进入三维电化学偶联三维电生物单元，废水在三维电化学偶联三维电生物单元中进行三维电化学降解和三维电生物降解；
步骤3：后续脱盐处理：
经步骤2处理后的出水引入电渗析反应器，脱去盐分；脱盐深度处理后的出水引入出水池，排放；其中：
所述三维电化学偶联三维电生物单元为一装置，该装置包括本体（1）、外置电源（9）及外置空压机（15），所述本体（1）由至少一个三维电化学反应器（2）和至少一个三维电生物反应器（3）任意组合相串联组成，所述本体（1）前端设置进水口（17），末端设置出水口（18），所述串联的反应器彼此通过自身的溢流口（19）实现水相的联通；
所述三维电化学反应器（2）包括被中间隔板（4）分隔的两个反应室（5）和反应室下端的布气排渣室（7）；三维电生物反应器（3）包括被中间隔板（4）分隔的两个反应室（6）和反应室下端的布气排渣室（7），三维电化学反应器（2）和三维电生物反应器（3）的反应室内设置至少两块垂直平行排列的电极板（8），所述电极板（8）正极和负极交替设置，并联连接至外置电源（9）；三维电化学反应器（2）的电极板之间填充粒子电极（10），粒子电极上负载催化剂；三维电生物反应器（3）的电极板之间填充微生物载体填料（11）；粒子电极（10）和微生物载体填料（11）堆置于反应室底部的孔板（12）上；布气排渣室（7）为倒锥体或矩形体结构，内设有曝气板（13）、曝气管或曝气盘，通过气体管道（14）连接外置空压机（15），布气排渣室（7）下端设有排空口（16），用于进行泥渣的清理及污水的排空。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1所述水质水量的调节是调节污水pH为5～10；所述混凝反应采用化学混凝或二维电化学混凝方式。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电极板（8）采用纯钛板电极、钛基金属或过渡金属氧化物涂层电极、石墨电极或合金电极中的一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粒子电极（10）以颗粒为基体，其上负载有催化剂。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述粒子电极（10）的基体为颗粒活性炭、三氧化二铝颗粒或沸石颗粒，单独使用或数种混合使用；催化剂为过渡金属氧化物或金属的一种或数种混合。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微生物载体填料（11）的基体为颗粒活性炭、三氧化二铝颗粒、沸石颗粒、陶粒或硬质塑料颗粒，单独使用或数种混合使用，基体上挂膜微生物。
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