CN107814458A - 一种城市生活垃圾渗透液的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种城市生活垃圾渗滤液的处理方法，该方法针对垃圾渗滤液有机物浓度高且难降解等特点，由预处理、厌氧反应器、膜生物反应器、电催化膜反应器等技术集成开发而成。垃圾渗滤液首先通过混凝沉淀等预处理去除其中的胶体或油类、悬浮物和大部分重金属，然后进入厌氧反应器，在厌氧微生物作用下去除有机污染物并将有机氨转化为无机氨，再经外置膜生物反应器即缺氧反消化、好氧消化、超滤膜分离等实现高浓度氨氮、COD、BOD、SS等有效去除；再经电催化膜反应器电化学氧化和还原反应将有机物分解为有机小分子或CO2和水、氨氮分解为氮气、重金属还原等进一步去除，使出水水质达到国家或行业相关标准排放或回用。
Description
技术领域
本发明涉及一种城市生活垃圾渗滤液的处理方法，属于环境工程水处理技术领域。
技术背景
随着城市化进程的迅猛发展，城市生活垃圾已成为困扰我国城市进一步发展的严重问题。据统计，2014年我国城市生活垃圾年产量已超过1.6亿吨，且每年以10％的速度递增，预计到2030年生活垃圾年产量将超过4亿吨。目前，世界上普遍采用的城市垃圾处理方式有卫生填埋、生化处理、焚烧、回收利用等。我国城市垃圾中有90％以上采用填埋法处理，而卫生填埋的直接后果就是产生大量的渗滤液。垃圾渗滤液又称渗沥水或浸出液，是垃圾在转运、堆放和填埋过程中由于发酵和雨水的淋浴、冲刷以及地表水、地下水的浸泡，通过萃取、水解及发酵而滤出来的污水。垃圾渗滤液的产生来自三个方面：一是垃圾中原有的水分和转运冲洗产生的水分；二是大气降雨和径流；三是在垃圾填埋后由于微生物厌氧分解作用而产生的水，而引起渗滤液污染负荷的原因主要是微生物的厌氧分解作用和降雨的淋溶作用。
垃圾渗滤液属于高浓度有机污水，其特点是水质、水量变化大(pH4-9)、有机物浓度高且难降解(CODCr2000-80000mg/L、BOD 3000-45000mg/L)、氨氮含量高(200-6000mg/L)，金属离子种类多达10余种，微生物营养元素比例严重失调等。尤其是有机物种类多达93种包括单环芳烃、多环芳烃、烷烃、烯烃、羧酸及脂、卤代物、杂环化合物、醇类、酚类、胺及酰胺、醛类、酮类等，其中22种被列入我国和美国环境保护署(EPA)环境优先控制污染物的黑名单，如果处理不当会对环境造成二次污染，不仅会污染土壤和地表水源，甚至会污染地下水，对生态环境和人体健康带来巨大危害。因此，对垃圾渗滤液进行有效地收集和处理已成为城市发展、环境改善亟待解决的难题。
当前，垃圾渗滤液处理技术主要分为综合处理与单独处理。综合处理是将渗滤液直接排入城市污水厂与城市污水一起处理的方法。此方法是最简单、经济。但由于渗滤液所特有的水质及其变化特点，普通的污水处理厂根本不能将垃圾渗滤液中的一些惰性组分分离或分解，会影响甚至破坏污水处理厂的正常运行。单独处理法主要包括生物处理、物理处理、土地处理、高级氧化等处理单元，一般采用几种处理单元结合在一起的方式进行。目前，采用较多的垃圾渗滤液深度处理组合方式为：“生物法(厌氧/好氧)-MBR(膜生物反应器)-RO(反渗透)”或“生物法(厌氧/好氧)-MBR-NF(纳滤)-RO”工艺。目前，“预处理-厌氧-MBR生化处理系统-纳滤-反渗透或浓缩液蒸发”工艺是垃圾渗滤液处理应用最为广泛的技术路线。
中国专利CN101671090A公开了一种垃圾渗滤液处理组合工艺。该发明主要步骤或工艺为：格栅、调节池、电絮凝、缺氧/好氧生化处理、MBR、纳滤、反渗透。这种工艺的不足之处在于：1)处理工艺流程复杂，投资高；2)处理中采用纳滤和反渗透工艺，投资成本高，且必须使用高压泵，导致运行过程中能耗较高。特别是膜污染严重，致使系统运行成本增加、风险增大。3)系统回收率低，(NF/RO)浓缩液量大其难以有效去除。膜污染会造成膜孔堵塞，严重影响分离效率、膜材料的使用寿命以及工程安全稳定性运行。RO浓缩液有机物高浓度、难生物降解，处理难度大、危害大，是一种环境危险废物。由于膜分离过程(UF、NF、RO等)只是实现了污染物与水的分离、污染物浓缩转移，并没有将有害、难降解有机物分解从环境中清除掉。因此，该工艺中目前面临最大的问题是膜污染以及浓缩液无法有效处理。
发明内容
针对现有技术不足，本发明目的是提供一种城市生活垃圾渗滤液的处理方法，解决目前垃圾渗滤液处理过程中有机污染物难以有效去除以及处理不彻底的难题，使垃圾渗滤液处理后出水水质达到《污水排入城镇下水道水质标准》(CJ343-2010)、《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008)中的相关排放标准，实现垃圾渗透液处理的无害化或零排放。
为实现上述目的，本发明一种城市生活垃圾渗滤液的处理方法采取以下技术方案，具体包括以下工艺过程或步骤：(1)混凝沉淀等预处理：垃圾渗滤液首先通过混凝沉淀、油水分离等去除渗滤液中胶体、油、悬浮物和大部分重金属；(2)厌氧生物反应器处理：在厌氧微生物作用下去除大部分有机污染物并将有机氨转化为无机氨；(3)膜生物反应器(MBR)处理：具体包括好氧生物反应器、外置超滤(UF)膜分离等步骤实现高浓度氨氮、COD、BOD、SS等有效去除；(4)电催化膜反应器(ECMR)处理：MBR出水再经ECMR的电化学氧化和还原反应将有机物分解为有机小分子或CO2和水、氨氮分解为氮气、重金属还原等进一步去除，从而使垃圾渗透液处理的出水水质达到国家或行业相关标准排放或回用。
所述的一种城市生活垃圾渗滤液的处理方法，其特征在于所述的厌氧生物反应器处理步骤中，污泥浓度为3～5g/L，水力停留时间为5～8天。
所述的一种城市生活垃圾渗滤液的处理方法，其特征在于所述的膜生物反应器(MBR)处理步骤中，反应器包括缺氧反硝化和好氧硝化两个部分(A/O)，超滤膜分离为外置系统，其浓缩液回流至好氧生物反应器的缺氧或好氧段，在好氧反应器与外置超滤膜之间设有中间沉淀池，其污泥回流至前置的厌氧反应器。
所述的一种城市生活垃圾渗滤液的处理方法，其特征在于所述的好氧生物反应器中，好氧部分采用鼓风曝气，溶解氧浓度为2.0～5.0mg/L，污泥浓度为5～15g/L，水力停留时间为2～4天，污泥龄为10～30天。
所述的一种城市生活垃圾渗滤液的处理方法，其特征在于所述的UF膜分离系统中，所有分离膜的孔径为0.1μm以下。
所述的一种城市生活垃圾渗滤液的处理方法，其特征在于所述的ECMR处理步骤中，ECRM由阴极、阳极和直流稳压电源所构成的电解装置，极间距为5～30mm。
所述的一种城市生活垃圾渗滤液的处理方法，其特征在于所述的ECMR电解装置中，阴极为辅助电极，其形状为管式或板式，呈网状、弧形、圆柱或孔状结构，其材料为炭、石墨、不锈钢、金属钛、金属合金中的至少一种。
所述的一种城市生活垃圾渗滤液的处理方法，其特征在于所述的ECMR电解装置中，阳极为微孔膜电极，孔径为0.1～10μm，其形状为管式或板式，其材料或基体材料为炭、石墨、金属钛、金属镍、金属铜、金属合金中的至少一种。
所述的一种城市生活垃圾渗滤液的处理方法，其特征在于所述的ECMR电解装置中，直流稳压电源的电压为1.0～5.0V，电流密度为0.1～10.0mA/cm2。
所述的一种城市生活垃圾渗滤液的处理方法，其特征在于所述的ECMR电解装置中，通过泵提供膜电极(阳极)的动驱力，料液反应停留时间为2～50min料液，料液中污染物在膜电极表面以及从膜的一侧透过另一侧的过程中被电化学分解或还原而去除，水质得到了净化
与现有工艺相比，本发明的优势在于通过生化水处理技术与电化学膜反应器有效结合、优势互补与互动，有效解决目前垃圾渗滤液处理过程中有机污染物难以有效去除以及处理不彻底的难题，为城市生活垃圾渗滤液的深度处理开辟了一条的新途径。总的来说，本发明具有以下无可替代的优势：(1)不产生浓缩液。本发明技术首先利用生化水处理技术(厌氧-MBR)的天然优势去除垃圾渗透液中绝大多数的污染物。同时，利用ECMR将垃圾渗透液中难降解有机物转化为易生化降解的小分子或消除其生物毒性，可以达到直接排放标准，不产生浓缩液，有效解决目前工艺中有机污染物难以有效去除以及处理不彻底的难题，最终实现垃圾渗滤液无害化处理及零排放。(2)不产生二次污染。ECMR电催化氧化过程中产生的·OH、超氧根离子(O2 -)等活性中间产物将垃圾渗透液中有机物分解为有机小分子或CO2和水、氨氮分解为氮气、重金属还原等进一步去除。电子是电化学反应的主要反应物，而电子转移只发生在电极材料与污染物分子之间进行，操作过程中不需要添加化学药剂，避免了由外加化学药剂而引起的二次污染。(3)多功能性。ECMR电催化氧化技术兼具杀菌、絮凝、气浮等多功能，在一定条件下，阴极、阳极可以分别或者同时发挥作用。ECMR多功能性包括脱色、去除污染物(COD、BOD、氨氮、重金属等)、提高可生化性等功能于一体，可以广泛用于各种工业废水处理，具有广泛的应用前景。(4)控制性。ECMR运行条件为常温、常压，不需要高温高压等特殊条件。此外，ECMR主要运行参数是电压、电流密度和催化时间等，整个电催化过程的可控制程度及自动控制水平都较高，易于实现自动控制。(5)具有集成性与高度的灵活性。该发明技术提供一种垃圾渗透液深度处理的整体解决方案。同时，在操作过程中，ECMR电催化氧化技术既可以做单独使用，也可以与其它水处理工艺相结合。特别是系统设备占地面积小，特别使用于人口拥挤城市的污水处理。
附图说明
图1为本发明城市生活垃圾渗滤液的处理方法工艺流程图。
图2为本发明城市生活垃圾渗滤液的处理方法实施方式工艺流程图。
具体实施方式
以下通过实施例及附图进一步描述本发明：
实施例1
如图1所示，一种城市生活垃圾渗滤液的处理方法，某城市生活垃圾中专站的渗滤液依次经由预处理、厌氧反应器、膜生物反应器、电催化膜反应器等系统处理，最后出水水质达到国家相关排放标准。具体描述如下：
1.将某城市生活垃圾填埋场的渗滤液收集，采用混凝沉淀、油水分离等预处理去除渗滤液中油、胶体悬浮物和大部分重金属等，料液随后进入厌氧生物反应器系统。
2.厌氧生物反应器系统具体操作条件如下：污泥浓度为5g/L，水力停留时间为5天。其主要作用是在厌氧微生物作用下去除大部分有机污染物并将有机氨转化为NH3、NH4 +(NH3-N)等无机氨，料液进入好氧生物反应器系统。
3.膜生物反应器系统包括缺氧反硝化和好氧硝化两个部分(A/O)。在缺氧条件下，在反硝化菌作用下进行反硝化反应脱氮，其污泥浓度为5g/L，水力停留时间为2天，污泥龄为15天。将经反硝化处理后的污水与回流污泥引入好氧硝化池(碳氧化池)进行好氧曝气。系统溶解氧浓度为5.0mg/L，污泥浓度为15g/L，水力停留时间为2天，污泥龄为15天。
4.将经碳氧化后的污水引入中间沉淀池进行泥水分离，使沉淀后的上清液进入外置UF系统，沉淀下来的污泥作为碳氧化阶段的活性污泥部分或全部回流至碳氧化池，沉淀下来的污泥回流入碳氧化池的回流比为50～100％，剩余污泥排出。
5.中间沉淀池上清液引入外置UF系统处理以去除大分子胶体、悬浮物等，浓缩液回流至氧好氧生物反应器系统缺氧或好氧池，透过液进入ECMR系统进一步处理。UF所有分离膜的平均孔径为0.01μm，操作压力0.15MPa。
6.将UF系统透过液引入ECMR系统进一步处理。ECRM系统阴极为不锈钢网，阳极为多孔金属钛(平均孔径为10μm)，极间距为10mm。ECMR操作电压为5.0V，电流密度为10.0mA/cm2。料液反应停留时间为25min。UF系统透过液经过ECMR系统出水进入清水池。
以上过程中产生的污泥均进入污泥池存储，一定时间后进行脱水处理。下面是采用本发明对某城市生活垃圾填埋场渗透液进行处理后，进行出水水质检测实例。
注：上表排放标准执行《生活垃圾田埋场污染控制标准》(GB16889-2008)中“表2现有和新建生活垃圾填埋场水污染物排放浓度限值”，中的相关指标要求。
检测结果表明：经本发明处理的垃圾渗滤液，出水指标低于《生活垃圾田埋场污染控制标准》(GB16889-2008)中的相关要求，说明本发明对垃圾渗透液的处理具有良好的适应性。因此，具有重要的实践价值。
实施例2
如图2所示，一种城市生活垃圾渗滤液的处理方法，某城市生活垃圾转运站的渗滤液依次经由预处理、厌氧反应器、膜生物反应器、电催化膜反应器等系统处理，最后出水水质达到国家相关排放标准。具体描述如下：
1.将某城市生活垃圾填埋场的渗滤液收集，采用混凝沉淀预处理去除渗滤液中胶体悬浮物和大部分重金属等，料液随后进入厌氧生物反应器系统。
2.厌氧生物反应器系统具体操作条件如下：污泥浓度为10g/L，水力停留时间为8天。其主要作用是在厌氧微生物作用下去除大部分有机污染物并将有机氨转化为NH3、NH4 +(NH3-N)等无机氨，料液进入好氧生物反应器系统。
3.膜生物反应器系统包括缺氧反硝化和好氧硝化两个部分(A/O)。在缺氧条件下，在反硝化菌作用下进行反硝化反应脱氮，其污泥浓度为20g/L，水力停留时间为4天，污泥龄为20天。将经反消化处理后的污水与回流污泥引入好氧消化池(碳氧化池)进行好氧曝气。系统溶解氧浓度为2.0mg/L，污泥浓度为21g/L，水力停留时间为3天，污泥龄为20天。
4.将经碳氧化后的污水引入中间沉淀池进行泥水分离，使沉淀后的上清液进入UF系统，沉淀下来的污泥作为碳氧化阶段的活性污泥部分或全部回流至碳氧化池，沉淀下来的污泥回流入碳氧化池的回流比为50～100％，剩余污泥排出。
5.中间沉淀池上清液引入外置UF系统处理以去除大分子胶体、悬浮物等，浓缩液回流至氧好氧生物反应器系统缺氧或好氧池，透过液进入ECMR系统进一步处理。UF所有分离膜的平均孔径为0.02μm，操作压力0.2MPa。
6.将经过UF系统处理透过液引入ECMR系统进一步处理。ECRM系统阴极为不锈钢网，阳极为多孔金属钛(平均孔径为1μm)，极间距为30mm。ECMR操作电压为2V，电流密度为3.0mA/cm2。料液反应停留时间为15min。UF系统透过液经过ECMR系统出水进入清水池。
以上过程中产生的污泥均进入污泥池存储，一定时间后进行脱水处理。下面是采用本发明对某城市生活垃圾转运站渗透液进行处理后，进行出水水质检测实例。
注：上表排放标准执行《污水排入城镇下水道水质标准》(CJ343-2010)中的相关指标。
检测结果表明：经本发明处理的垃圾渗滤液，出水指标低于《污水排入城镇下水道水质标准》(CJ343-2010)中的相关要求，说明本发明对垃圾渗透液的处理具有良好的适应性。因此，具有重要的实践价值。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种城市生活垃圾渗滤液的处理方法，其特征在于：针对垃圾渗滤液有机物浓度高且难降解等特点，依次由预处理、厌氧反应器、膜生物反应器、电催化膜反应器等技术集成开发而成，包括如下工艺过程或步骤：(1)混凝沉淀或和油水分离等预处理：垃圾渗滤液首先通过混凝沉淀去除渗滤液中胶体、油、悬浮物和大部分重金属；(2)厌氧生物反应器处理：在厌氧微生物作用下去除大部分有机污染物并将有机氨转化为无机氨；(3)膜生物反应器(MBR)处理：具体包括好氧生物反应器、外置超滤(UF)膜分离等步骤实现高浓度氨氮、COD、BOD、SS等有效去除；(4)电催化膜反应器(ECMR)处理：MBR出水再经ECMR的电化学氧化和还原反应将有机物分解为有机小分子或CO2和水、氨氮分解为氮气、重金属还原等进一步去除，从而使垃圾渗透液处理的出水水质达到国家或行业相关标准排放或回用。
2.根据权利要求1所述的一种城市生活垃圾渗滤液的处理方法，其特征在于所述的厌氧生物反应器处理步骤中，污泥浓度为5～40g/L，水力停留时间为5～8天。
3.根据权利要求1所述的一种城市生活垃圾渗滤液的处理方法，其特征在于所述的膜生物反应器(MBR)处理步骤中，好氧生物反应器包括缺氧反硝化和好氧硝化两个部分(A/O)，超滤膜分离为外置系统，其浓缩液回流至好氧生物反应器的缺氧或好氧段，在好氧反应器与外置超滤膜之间设有中间沉淀池，其污泥回流至前置的厌氧反应器。
4.根据权利要求3所述的一种城市生活垃圾渗滤液的处理方法，其特征在于所述的好氧生物反应器中，好氧部分采用鼓风曝气，溶解氧浓度为2.0～5.0mg/L，污泥浓度为5～15g/L，水力停留时间为2～4天，污泥龄为10～30天。
5.根据权利要求3所述的一种城市生活垃圾渗滤液的处理方法，其特征在于所述的UF膜分离系统中，所有分离膜的孔径为0.1μm以下。
6.根据权利要求1所述的一种城市生活垃圾渗滤液的处理方法，其特征在于所述的ECMR处理步骤中，ECRM由阴极、阳极和直流稳压电源所构成的电解装置，极间距为5～30mm。
7.根据权利要求6所述的一种城市生活垃圾渗滤液的处理方法，其特征在于所述的ECMR电解装置中，阴极为辅助电极，其形状为管式或板式，呈网状、弧形、圆柱或孔状结构，其材料为炭、石墨、不锈钢、金属钛、金属合金中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的一种城市生活垃圾渗滤液的处理方法，其特征在于所述的ECMR电解装置中，阳极为微孔膜电极，孔径为0.1～10μm，其形状为管式或板式，其材料或基体材料为炭、石墨、金属钛、金属镍、金属铜、金属合金中的至少一种。
9.根据权利要求6所述的一种城市生活垃圾渗滤液的处理方法，其特征在于所述的ECMR电解装置中，直流稳压电源的电压为1.0～5.0V，电流密度为0.1～10.0mA/cm2。
10.根据权利要求6所述的一种城市生活垃圾渗滤液的处理方法，其特征在于所述的ECMR电解装置中，通过泵提供膜电极(阳极)的驱动力，料液反应停留时间为2～50min，料液中污染物在膜电极表面以及从膜的一侧透过另一侧的过程中被电化学分解或还原而去除，水质得到了净化。
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Application publication date: 20180320 |
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