CN107857401B

CN107857401B - 一种垃圾渗滤液纳滤浓缩液处理组合装置

Info

Publication number: CN107857401B
Application number: CN201711169930.XA
Authority: CN
Inventors: 陈少华; 楚东原; 冯华良; 王晓君
Original assignee: University of Chinese Academy of Sciences; Institute of Urban Environment of CAS
Current assignee: University of Chinese Academy of Sciences; Institute of Urban Environment of CAS
Priority date: 2017-11-22
Filing date: 2017-11-22
Publication date: 2020-06-12
Anticipated expiration: 2037-11-22
Also published as: CN107857401A

Abstract

本发明专利提供了一套垃圾渗滤液纳滤浓缩液处理组合装置，所述组合装置由铁基絮凝沉淀装置，类电Fenton高级氧化装置和活性炭吸附装置三部分组成。所述铁基絮凝沉淀装置包括絮凝搅拌槽、pH自动控制系统和沉淀池，且通过调频器调节为絮凝和助凝过程提供所需的不同搅拌速度。所述的类电Fenton反应装置包括中间水槽、类电Fenton反应槽和氧化还原电位自动控制系统，絮凝反应上清液为类电Fenton反应提供了所需催化剂前驱物，使类电Fenton反应装置获得更好的有机物去除效果。所述活性炭吸附装置主要实现残余小分子有机物及产生的有毒副产物的吸附。本组合装置可高效实现垃圾渗滤液纳滤浓缩液中难降解有机物、重金属的去除，并同时考虑了减轻高级氧化处理出水毒性，从而为水污染控制领域中垃圾渗滤液纳滤浓缩液处理难、出水毒性大问题的解决提供了有效途径。

Description

一种垃圾渗滤液纳滤浓缩液处理组合装置

技术领域

本发明专利涉及水污染控制领域，特别是指一种处理垃圾渗滤液纳滤浓缩液的组合装置。

背景技术

为使填埋场出水符合《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-2008）的严格规定，全国大型垃圾填埋场渗滤液处理普遍采用全膜工艺（膜生物反应器-纳滤-反渗透工艺，即MBR-NF-RO工艺），该工艺虽然可以使尾水达标排放，但在完成物理过滤后，纳滤（NF）和反渗透（RO）工序同时会产生20~30%进水体积的膜过滤浓缩液。作为前序过滤工序，纳滤会有效截留较大分子有机物、二价及多价金属离子等，使纳滤浓缩液中含有高浓度的难降解有机物和重金属离子，同时其盐度高，达标处理难度大，成为全膜工艺应用中遇到的瓶颈问题。

截至目前，已有膜浓缩、回灌填埋场、蒸发-结晶以及絮凝沉淀-高级氧化等方法被用于纳滤浓缩液处理，它们虽都能取得一定的处理效果，但同时也存在一些问题。发明专利CN1923875和CN103964609分别公开了一种将膜浓缩方法用于垃圾渗滤液膜浓缩液处理的方法，该方法虽然可以进一步削减膜浓缩液体积，但工艺所需的运行压力及成本高，同时面临产水率低、新产生的膜浓缩液仍需处理的问题。作为一种传统的处理方法，回灌填埋场易产生二次污染，不能从根本上解决问题。专利CN103570157和CN104211245采用蒸发工艺处理垃圾渗滤液膜浓缩液，本工艺具有处理彻底、操作方便的优点，但同时存在运行费用高、腐蚀结垢严重的问题。借助于所产生自由基的强氧化性，高级氧化方法可实现难降解有机物的高效去除，且运行操作方便，逐渐成为研究及专利开发的热点。专利CN104478157和CN105130088公开了两种包含絮凝沉淀-高级氧化的垃圾渗滤液纳滤浓缩液处理组合工艺，但上述两步处理过程尚不能使出水达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-2008）的要求。为此，专利CN104478157在电解处理后再串联臭氧氧化处理工序来强化处理效果。但高级氧化过程中产生的活性氯同时会与浓缩液中腐殖酸反应生成有毒副产物，有可能导致更强毒性。因此，很有必要开发一套安全且高效的垃圾渗滤液纳滤浓缩液处理组合装置。

发明内容

有鉴于此，本发明专利的目的在于开发一套安全且高效的垃圾渗滤液纳滤浓缩液处理组合装置，该装置能同时高效去除垃圾渗滤液纳滤浓缩液中有机物及重金属污染，并通过降低出水中有毒副产物浓度提高出水安全性。

基于上述目的，本发明专利提供的一种垃圾渗滤液纳滤浓缩液处理组合装置，本组合装置包括铁基絮凝沉淀装置，类电Fenton高级氧化装置和活性炭吸附装置三部分，具体包括：

（1）铁基絮凝沉淀装置：根据本发明专利的一种安全高效的垃圾渗滤液纳滤浓缩液处理组合装置，其特征在于，铁基絮凝沉淀装置包括絮凝搅拌槽、pH自动控制和沉淀池三部分。其中，絮凝搅拌槽主要完成垃圾渗滤液纳滤浓缩液进水，铁基絮凝剂及助凝剂投加，并通过调频器设置不同的搅拌速度完成絮凝及助凝过程。在絮凝过程中，通过pH自动控制系统控制反应处于最适宜pH条件下。pH自动控制系统主要由pH探头、pH自动控制仪、酸桶、碱桶、酸泵、碱泵等组成。完成絮凝反应的出水进入沉淀池，充分静置后排出进入下一步反应。

（2）类电Fenton高级氧化装置：根据本发明专利的一种安全高效的垃圾渗滤液纳滤浓缩液处理组合装置，其特征在于，类电Fenton高级氧化装置包括中间水槽、类电Fenton高级氧化槽和氧化还原电位（oxidation-reduction potential，ORP）自动控制装置。中间水槽通过蓄存絮凝出水保证类电Fenton高级氧化槽的连续进水。类电Fenton高级氧化槽主要是在不断搅拌条件下，借助于类电Fenton高级氧化过程进行有机物的降解。在所述类电Fenton高级氧化过程中主要发生式（1）-（4）所示化学反应，且反应所需催化剂前驱物由铁基絮凝沉淀出水中剩余Fe³⁺提供，这使得装置前后衔接良好，避免了所需催化剂前驱物的二次投加，有助于提高效率和降低成本。ORP自动控制装置包括：ORP探头、ORP自动控制仪、稳压电源和电源开关等。当ORP值低于类电Fenton过程适宜氧化还原电位区间时，稳压电源开关保持闭合状态，通过阳极不断氧化氯离子产生活性氯提升体系氧化还原电位，当ORP值大于适宜氧化还原电位区间高值时，稳压电源开关打开，体系电位下降，直到低于适宜氧化还原电位区间低值时，稳压电源开关再次闭合。通过以上循环使得体系ORP保持在最适区间。借助于Fe²⁺催化和ORP自动控制装置对体系电位的控制，可减少因过多活性氯生成导致的有毒副产物的产生量。

阴极：Fe³⁺+e^-→Fe²⁺ （1）

阳极：2Cl⁻-2e^-→Cl₂(aq) （2）

溶液：Cl₂(aq)+H₂O→HCLO +Cl^-+H⁺ （3）

HClO+Fe²⁺→Fe³⁺+•OH+Cl⁻ （4）

（3）活性炭吸附装置：根据本发明专利的一种安全高效的垃圾渗滤液纳滤浓缩液处理组合装置，其特征在于，活性炭吸附装置包括中间水槽和活性炭吸附床。中间水槽的作用主要是通过蓄存类电Fenton高级氧化装置出水来保证活性炭吸附床的连续进水。活性炭吸附床由底部进水，上部出水，主要是吸附残余的小分子有机物，同时吸附高级氧化过程中产生的有毒副产物，实现达到垃圾渗滤液纳滤浓缩液的高效安全处理。

从上面所述可以看出，本发明专利提供的垃圾渗滤液纳滤浓缩液处理组合装置具有如下有益效果：

1. 组合装置各部分衔接良好。铁基絮凝沉淀装置主要去除纳滤浓缩液中腐殖酸等大分子有机物，类电Fenton高级氧化装置可使有机物分子量进一步降低，从而提高活性炭吸附装置的吸附效率。铁基絮凝沉淀装置出水中残余的Fe³⁺可为类电Fenton高级氧化过程提供催化剂前驱物，从而避免铁盐的二次投加。活性炭吸附装置可同时吸附类电Fenton高级氧化装置出水中含有的有毒副产物，提高最终出水的安全性。

2. 组合装置对垃圾渗滤液纳滤浓缩液处理针对性强，效果好。铁基絮凝沉淀装置可高效去除纳滤浓缩液中最难降解的腐殖酸类物质，从而减轻后续处理装置的压力。针对纳滤浓缩液中高浓度重金属及其会与有机物结合的特性，铁基絮凝沉淀装置在实现有机物去除的同时可大量除去水中重金属。作为一种高盐度废水，纳滤浓缩液中大量存在的氯离子为类电Fenton高级氧化过程提供了充足的底物，从而有利于有机物的高效降解。

3. 类电Fenton高级氧化装置对有机物去除效率高，有毒副产物含量低。不同于普通电解过程，在类电Fenton反应过程中，阴极还原产生的Fe²⁺催化阳极产生的活性氯产生氧化性极强的•OH，从而实现难降解有机物的高效去除。同时，ORP自动控制装置的设置避免了过多活性氯的产生，这有助于减少活性氯与腐殖酸等反应产生有毒副产物的量。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明专利做进一步说明。

附图1是本发明专利实施例的连接示意图。

其中：1：pH自动控制系统，包括1-1：酸桶、1-2：酸泵、1-3： pH自动控制仪、1-4：1#开关、1-5：碱桶、1-6：碱泵、1-7：pH探头；2：絮凝搅拌槽；3：1#调频器；4：沉淀池；5：1#水泵；6：1#中间水槽；7：2#水泵；8：ORP自动控制系统，包括8-1：稳压电源、8-2：ORP自动控制仪、8-3：2#开关、8-4：ORP探头；9：类电Fenton反应槽；10：2#调频器；11：3#水泵；12：2#中间水槽；13：3#水泵；14：活性炭吸附床。

具体实施方式

为使本发明专利的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明专利进一步详细说明。

本发明专利的垃圾渗滤液纳滤浓缩液处理组合装置，主要包括铁基絮凝沉淀装置、类电Fenton高级氧化装置和活性炭吸附装置三部分。如图1所示，本发明专利中渗滤液纳滤浓缩液首先进入铁基絮凝沉淀装置，具体地：向絮凝搅拌槽2中投加适量的铁基絮凝剂，分别利用1#调频器3和pH自动控制系统1使反应获得适宜的搅拌速度和pH值，以达到好的絮凝效果，接着投加适量的助凝剂并通过调节1#调频器3获得缓慢搅拌，以强化助凝效果。絮凝出水自流进入沉淀池4，以避免泵对絮体的破坏。沉淀池出水由1#水泵5批量泵入1#中间水槽6中，2#水泵7自1#中间水槽6连续抽水送入类电Fenton反应槽9中，同时开启稳压电源8-1和搅拌机，首先调节2#调频器10获得适宜搅拌速度，实现传质强化。为了提供类电Fenton反应所需的最适宜ORP电位，同时避免因ORP过高而引起过多有毒副产物的生成，本组合装置利用ORP自动控制系统8控制类电Fenton反应槽9内ORP电位，具体地，在电解过程中，因活性氯的不断产生，类电Fenton反应槽9内ORP电位会不断升高，当ORP探头8-4测得ORP值高于设定的ORP上限时，ORP自动控制仪8-2控制2#开关8-3断开，电解过程停止后ORP电位开始下降，其值低于设定的ORP下限时，ORP自动控制仪8-2控制2#开关8-3闭合，ORP再次升高，高于上限后再次断开，依次循环使类电Fenton反应槽9内ORP电位始终处于设定范围内。类电Fenton反应槽9出水先经3#水泵11泵入2#中间水槽12，以调节水量，保证活性炭吸附床14的连续进水。活性炭吸附床14的进水由4#水泵13泵入，其水流由底部进入，上部溢出。

实施例1

渗滤液纳滤浓缩液取自某老龄城市生活垃圾填埋场，渗滤液处理采用生物膜法+外置式超滤（UF）+纳滤（NF）处理工艺，其所产生纳滤浓缩液色度为4000倍，COD为3500 mg/L，BOD₅为100 mg/L，盐度为14800 mg/L，电导率为18200 μS/cm，重金属浓度如表1所示，其中Cr、As及Hg浓度超过了《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)的限值。上述纳滤浓缩液首先被泵入絮凝搅拌槽中，而后加入絮凝剂FeCl₃ ^.6H₂O，并使絮凝搅拌槽内Fe³⁺浓度为5.0 mmol/L。在絮凝反应期间，利用pH自动控制装置控制反应pH在2.95-3.05之间，接着加入助凝剂聚丙烯酰胺并使其浓度为5mmol/L，慢速搅拌后自流进入沉淀池。沉淀池出水与原水相比：COD去除63%，色度去除65%，并剩余Fe³⁺约1.4 mmol/L。沉淀池出水经中间水槽调节水量后被连续泵入类电Fenton反应槽。类电Fenton反应槽中电极片排列方式为：单极电极片4片，两两间距3 cm。所用电流密度为12 mA/cm²，搅拌速度350 r/min，水力停留时间200 min，同时由ORP自动控制系统控制体系内ORP处于895-905 mV之间。经类电Fenton反应后，出水COD及色度被进一步去除，组合装置前两部分达到的COD去除率为75%，色度为81%，但同时由于产生活性氯与腐殖酸等的反应，出水中同时产生了36 μmol/L的三卤甲烷THMs。剩余COD、色度及新产生的有毒副产物等继续由组合装置中的活性炭吸附床去除。所用活性炭吸附床高度为80 cm，水力停留时间为40 min。经过全套组合装置的处理，出水色度被完全去除，COD剩余50 mg/L以下，重金属实现了较好去除，As和Hg实现了达标排放，Cr超标比例大幅下降。此外，新产生的THMs经活性炭吸附床吸附后亦被去除62%。

表1本发明专利实施例1中装置处理前后重金属浓度变化（μg/L）

元素	Cr	Ni	As	Cu	Zn	Se	Sb	Hg
									处理前	756.3	952.4	289.2	100.6	722.3	20.3	49.5	3.2
处理后	111.6	168.2	30.2	31.3	385.3	10.5	20.6	0.44

实施例2

渗滤液纳滤浓缩液取自某城市生活垃圾填埋场，渗滤液处理采用生物膜法+外置式超滤（UF）+纳滤（NF）处理工艺，其所产生纳滤浓缩液色度为3800倍，COD为3000 mg/L，BOD₅为200 mg/L，盐度为13300 mg/L，电导率为14500 μS/cm，重金属浓度如表2所示，同样地，其中Cr、As及Hg浓度超过了《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)的限值。上述纳滤浓缩液首先被泵入絮凝搅拌槽中，而后加入絮凝剂Fe(NO₃)₃ ^.6H₂O，并使絮凝搅拌槽内Fe³⁺浓度为10.0 mmol/L。在絮凝反应期间，利用pH自动控制装置控制反应pH在4.95-5.05之间，接着加入助凝剂聚丙烯酰胺并使其浓度为8mmol/L，慢速搅拌后自流进入沉淀池。沉淀池出水与原水相比：COD去除60%，色度去除61%，并剩余Fe³⁺约5.6 mmol/L。沉淀池出水经中间水槽调节水量后被连续泵入类电Fenton反应槽。类电Fenton反应槽中电极片排列方式为：单极电极片2片，两两间距2 cm。所用电流密度为20 mA/cm²，搅拌速度400 r/min，水力停留时间180 min，同时由ORP自动控制系统控制体系内ORP处于1095-1105 mV之间。经类电Fenton反应后，出水COD及色度被进一步去除，组合装置前两部分达到的COD去除率为76%，色度为79%，但同时由于产生活性氯与腐殖酸等的反应，出水中同时产生了42 μmol/L的三卤甲烷THMs。剩余COD、色度及新产生的有毒副产物等继续由组合装置中的活性炭吸附床去除。所用活性炭吸附床高度为70 cm，水力停留时间为35 min。经过全套组合装置的处理，出水色度被完全去除，COD剩余60 mg/L以下，重金属实现了较好去除，Cr、As及Hg均实现了达标排放。此外，新产生的THMs经活性炭吸附床吸附后亦被去除70%。

表2本发明实施例2中工艺处理前后重金属浓度变化（μg/L）

元素	Cr	Ni	As	Cu	Zn	Se	Sb	Hg
									处理前	659.6	775.2	254.9	85.6	485.6	16.2	52.3	4.52
处理后	98.6	125.6	32.3	25.3	258.9	15.6	20.6	0.3

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围（包括权利要求）被限于这些例子；在本发明专利的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明专利的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明专利的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。

Claims

1.一种处理垃圾渗滤液纳滤浓缩液的组合装置，其特征在于，包括铁基絮凝沉淀装置、类电Fenton高级氧化装置和活性炭吸附装置三部分；

所述铁基絮凝沉淀装置包括絮凝搅拌槽、pH自动控制系统和沉淀池，且絮凝搅拌槽所用搅拌机连接调频器调节搅拌速度；絮凝搅拌槽的出水为自流进入沉淀池；

所述类电Fenton高级氧化装置包括中间水槽、类电Fenton反应槽和氧化还原电位自动控制系统，且类电Fenton反应槽配置连接调频器的搅拌机；中间水槽通过水泵连接类电Fenton反应槽，类电Fenton反应槽再连接氧化还原电位自动控制系统；

所述活性炭吸附装置包括中间水槽和活性炭吸附床，中间水槽通过水泵与活性炭吸附床连接，活性炭吸附床其进水由底部进入，上部溢出；

所述铁基絮凝沉淀装置中的沉淀池通过水泵与类电Fenton高级氧化装置中的中间水槽连接；所述类电Fenton高级氧化装置中的类电Fenton反应槽的底部通过水泵与活性炭吸附装置中的中间水槽连接。

2.如权利要求1所述处理垃圾渗滤液纳滤浓缩液的组合装置，其特征在于，所述pH自动控制系统包括pH探头、pH自动控制仪、酸桶、碱桶、酸泵、碱泵。