CN108467161B - 一种垃圾渗滤液尾水的深度处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种垃圾渗滤尾水深度处理方法，包括以下步骤：(1)向垃圾渗滤液尾水中投加混凝剂，在混凝单元内实现固液分离；(2)混凝单元产生的上清液进入臭氧催化氧化单元，利用臭氧在催化剂的催化作用下形成的强氧化剂分解及去除渗滤液中的难降解有机物；(3)臭氧催化氧化单元的出水进入微藻光生物反应器进行深度处理。本发明提出的垃圾渗滤液尾水的深度处理方法，为当前主流的垃圾渗滤液膜法处理工艺面临的膜后浓相液处理难题提供了新的解决思路，高效处理垃圾渗滤液尾水，无浓相液产生。
Description
技术领域
本发明属于废水处理领域，具体涉及一种垃圾渗滤液的处理方法。
背景技术
垃圾焚烧发电技术因具有占地面积小，可大幅减少垃圾的体积，实现无害化处理，机械化程度高，能对垃圾进行资源化利用等优势，将逐步取代卫生填埋成为我国城市生活垃圾处理的主流技术。但由于当前我国生活垃圾中餐厨垃圾所占比例较大，垃圾含水率较高，因此在焚烧前，需要对垃圾进行堆放使其熟化并沥出水分，以提高垃圾的燃烧热值。在此过程中会产生大量垃圾渗滤液，若渗滤液不经处理直接排放会造成土壤和水体的严重污染，危害城镇居民的身体健康。
垃圾渗滤液是一类水质成分复杂，污染物浓度高，毒性大，难处理的有机污染废水。由于渗滤液中含有大量微生物无法降解的有机物如腐殖酸和富里酸等，使用传统的生化工艺处理，并不能使其达到排放标准。目前主流的垃圾渗滤液处理工艺为“预处理+生化处理+膜处理组合工艺”。该工艺能够将垃圾渗滤液原水处理到纳管标准，但经膜处理后截留的浓相液中COD和有机物含量较高，且含有高浓度的腐殖酸类物质，可生化性差，难以有效处理。而基于非膜法工艺处理垃圾渗滤液，不会产生浓相液，可以有效解决膜法工艺面临的浓相液处理难题。非膜法工艺使用高级氧化技术，利用生成的强氧化剂破坏渗滤液中的难降解大分子有机物，使其变为小分子有机物，提高B/C比。因此在高级氧化工艺后，再使用生化法可去除水中剩余的小分子有机物，使经过处理后的垃圾渗滤液达标排放。
中国专利CN104310638A涉及一种垃圾渗滤液处理方法。该工艺主要由混凝+臭氧催化氧化单元构成。在最佳处理条件下，该方法对垃圾渗滤液中的COD去除率为70.6％，可为后续生化工艺创造条件。但是经该方法处理后的渗滤液COD仍然偏高(接近400mg/L)，可能会使后续生化工艺的处理负荷过大，在实施例中也没有给出生化工艺对其出水进行深度处理的结果。
中国专利CN207159060U公开了一种垃圾渗滤液处理系统，在混凝+臭氧反应塔之后加入生物滤池。该系统对COD有良好的去除效果，出水COD平均为90mg/L，COD去除率为87％；吨水处理成本为8元，具有较好的经济性。但是该方法仅对COD的去除率进行考察，且传统生物滤池对硝态氮和磷的去除能力有限，无法对出水中的总氮及总磷浓度进行控制。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明提出一种垃圾渗滤液尾水的深度处理方法和系统。目的是为当前主流的垃圾渗滤液膜法处理工艺面临的膜后浓相液处理难题提供了新的解决思路，利用“混凝+塔式臭氧催化氧化+微藻光生物反应器”组合工艺高效处理垃圾渗滤液尾水，不产生浓相液，整体工艺简单，易于操作。
本发明的另一个目的是替代传统的硝化/反硝化曝气生物滤池单元，利用微藻光生物反应器对经臭氧催化氧化单元处理后的出水进行深度处理，去除水中剩余的COD、氨氮、硝态氮、磷等污染物，综合提升出水各项指标。同时，产生的微藻生物质可用作动物饲料或生物柴油原料，产生经济效益，一定程度上降低渗滤液处理成本。
本发明的第三个目的是将塔式臭氧催化氧化单元的尾气通入微藻光生物反应器，可降低光生物反应器的曝气能耗；尾气中包含的CO2(来至水中的有机物完全矿化后生成的CO2)可以作为微藻自养光合作用的碳源，促进微藻生长。
本发明首先通过混凝去除尾水中残余的悬浮物、钙镁等金属离子和部分COD，之后利用塔式臭氧催化氧化单元，催化臭氧分解羟基自由基，对水中的COD及有机物进行深度去除，并提高臭氧利用率。同时塔中的填料可以去除部分混凝单元出水中的悬浮物，改善后续生化单元的进水水质。臭氧催化氧化塔的出水进入微藻光生物反应器单元。反应器中的微藻可在光照条件下发生自养光合作用，同时当水中存在有机物时，微藻又能摄取有机物，发生异养生化反应，在自身增殖的过程中，去除水中的有机物、氨氮、硝态氮、磷等污染物，全方面提升出水水质。此外，在处理废水的同时，得到的微藻生物质可作为动物饲料或生产生物柴油的原料，产生一定的经济效益，降低渗滤液处理费用。
实现本发明目的的技术方案为：
一种垃圾渗滤尾水深度处理方法，包括以下步骤：
(1)向垃圾渗滤液尾水中投加混凝剂，在混凝单元内实现固液分离；所述混凝剂为聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺、聚合氯化铝铁、聚合氯化铝、聚合氯化铁、聚硅酸絮凝剂、壳聚糖絮凝剂中的一种或多种；
(2)混凝单元产生的上清液进入臭氧催化氧化单元，利用臭氧在催化剂的催化作用下生成的强氧化剂分解及去除渗滤液中的难降解有机物；
(3)臭氧催化氧化单元的出水进入微藻光生物反应器。
优选地，步骤(1)所述混凝剂为聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺，投加量为0.1～2g/L。
其中，步骤(2)中，所述臭氧通过臭氧发生机制备，臭氧投加量为0.1～5g/L。
更优选地，所述混凝剂和臭氧的加入量随着所述垃圾渗滤液尾水的污染物含量增加而增加，当所述垃圾渗滤液尾水中COD为100～400mg/L，则混凝剂的加入量为0.1～0.3g/L、臭氧投加量为0.1～0.6g/L；当所述垃圾渗滤液尾水中COD为400～800mg/L，则混凝剂的加入量为0.3～0.8g/L、臭氧投加量为0.6～1.0g/L；当所述垃圾渗滤液尾水中COD为800～1400mg/L，则混凝剂的加入量为1～2g/L、臭氧投加量为1.0～2.0g/L。
其中，所述微藻光生物反应器使用透明材料制成，反应器内设置有平板膜或中空纤维膜组件，平板膜或中空纤维膜组件浸没入微藻溶液，出水透过分离膜进入膜的内侧被收集。
其中，所述微藻光生物反应器内的微藻为耐盐菌株，选自葡萄藻、微绿球藻、小球藻中的一种。
微藻光生物反应器中需要提供一定的曝气，一方面对膜表面进行冲刷，防止微藻粘附在膜表面，堵塞出水通道；另一方面让水流扰动，使微藻在水中不会发生沉降，能够更好的摄取水中的污染物。若发现微藻形成生物膜附着在光生物反应器的表面，应定期对反应器表面进行清理。
进一步地，所述微藻光生物反应器的温度控制在32～38℃之间，曝气量为5～15L/h，光强控制在2000～3000Lux之间。
其中，当微藻光生物反应器中的微藻细胞浓度达到3g/L以上时，将微藻细胞液排出80～95％，排出的细胞液通过重力沉降，分离微藻细胞；经分层后，上层清液返回所述微藻光生物反应器中，下层微藻细胞生物质被收集后，离心干燥。
一种垃圾渗滤液尾水的深度处理系统，所述混凝单元包括顺序连接的混凝池和沉淀池，所述混凝池设置有渗滤液尾水进水口以及加药口，所述沉淀池设置有出水口，在沉淀池底部设置有污泥排出口；
所述出水口连接所述复合催化氧化塔底部，通过计量泵将水输送至复合催化氧化塔，所述复合催化氧化塔底部设置有臭氧进口；所述复合催化氧化塔上部通过出水管道连接所述微藻光生物反应器进水口；所述复合催化氧化塔顶部通过排气管道连接所述微藻光生物反应器的进气口。
进一步地，所述复合催化氧化塔为填料塔，塔中的填料为负载有催化活性金属的活性炭颗粒，
所述复合催化氧化塔的臭氧进口连接有臭氧发生机，所述臭氧发生机连接有空气管道和气泵；
所述微藻光生物反应器使用透明材料制成，在所述微藻光生物反应器内设置平板膜或中空纤维膜组件；所述微藻光生物反应器上部设置有出水口和尾气排出口，底部设置有气泵鼓气口连接空气泵；所述微藻光生物反应器底部设置有微藻细胞液排出口。
本发明的有益效果在于：
本发明对比现有的垃圾渗滤液处理工艺，具有以下优点：
(1)解决现有渗滤液处理工艺存在的膜后浓相液问题，无膜后浓相液产生。
(2)显著提高臭氧利用率，改善臭氧催化氧化单元的处理效果。可深度去除水中的难降解COD及有机物，提升出水水质。
(3)微藻光生物反应器可去除水中的COD、有机物、氨氮、硝态氮、磷等污染物，全面提升出水水质；其产生的微藻生物质有一定经济效益，可降低垃圾渗滤液处理成本。
(4)充分利用臭氧催化氧化单元排出的尾气，减少微藻光生物反应器由于曝气产生的能耗。
附图说明
图1是本发明垃圾渗滤液尾水深度处理方法的工艺流程图。
图2是本发明垃圾渗滤液尾水深度处理系统的结构简图。
图中部件和编号的对应关系为：
混凝池1，聚合硫酸铁加药桶101，聚丙烯酰胺加药桶102，渗滤液尾水进水口103，复合催化氧化塔2，臭氧发生机201，微藻光生物反应器3，出水口302，尾气出口301，空气泵303，微藻细胞液排出口304，进气口305，沉淀池4。
具体实施方式
以下以具体实施例来进一步说明本发明技术方案。本领域技术人员应当知晓，实施例仅用于说明本发明，不用于限制本发明的范围。
附图1呈现的是垃圾渗滤液尾水处理系统的工艺流程图。图中，垃圾渗滤液尾水进入混凝单元，首先通过混凝去除尾水中残余的悬浮颗粒物、钙镁等金属离子和部分COD。混凝单元产生的污泥进行集中处理，其出水进入塔式臭氧催化氧化单元。混凝单元出水在塔式臭氧催化氧化单元中与经催化臭氧分解形成的羟基自由基发生反应，对水中的难降解有机物进行深度去除。之后，臭氧催化氧化塔的出水进入微藻光生物反应器单元，通过微藻的光合作用及异养反应，利用水中的有机物、氨氮、硝态氮、磷等合成并增殖微藻细胞生物质。在这一过程中，水中的污染物被进一步去除，提升出水水质。生成的微藻生物质可用作动物饲料或生物柴油的原料，降低渗滤液尾水处理成本。
本发明的一种垃圾渗滤液尾水的处理方法，具体包括如下步骤：
(1)往垃圾渗滤液尾水中投加一定量的混凝剂，在混凝单元内实现固液分离。所述混凝剂为聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺，投加量为0.1～2g/L。
(2)混凝单元的上清液进入塔式臭氧催化氧化单元，利用臭氧在催化剂的作用下形成的羟基自由基OH·去除渗滤液中的难降解有机物。塔式臭氧催化氧化单元可以延长臭氧分子在水中的停留时间，使得臭氧能够与催化剂进行充分接触，分解并释放出更多的羟基自由基，提高臭氧的利用效率，改善水中的COD去除效果。臭氧催化氧化塔内填充了填料(催化剂)，填料为负载了Mn、Co、Ni等一种或多种金属元素的颗粒活性炭。该填料除了具有催化作用外，还可以吸附和过滤混凝单元出水中可能存在的悬浮物，能改善后续生化单元的进水水质。臭氧投加量为0.1～5g/L，水在臭氧催化氧化塔内的停留时间为0.5～4h。
(3)混凝单元的底部产生的污泥(沉淀)，经收集脱水后进行集中处理。
(4)塔式臭氧催化氧化单元的出水进入微藻光生物反应器单元进行深度处理，其尾气同时进入微藻光生物反应器提供部分曝气和微藻光合作用所需的CO2。微藻光生物反应器使用透明有机玻璃材料制成，结构与膜生物反应器(MBR)相似，平板膜或中空纤维膜组件浸没入微藻溶液。微藻细胞无法通过膜的微孔，被隔离在膜的外侧；水中的各类污染物通过微藻自身的快速增殖(转化为微藻细胞生物质)被去除后，提升出水水质，出水透过分离膜进入膜的内侧被收集。当光生物反应器中的微藻细胞浓度达到一定程度后，将大部分微藻细胞溶液排出，通过自由沉降获得微藻生物质，上层清液则返回光生物反应器中。对微藻生物质进行干燥处理后，即可用作动物饲料或生物柴油的原料。
(5)微藻光生物反应器单元的出水根据其水质情况决定是否回流至塔式臭氧催化氧化单元或直接排放。
以下结合具体操作参数，通过实施例来进一步说明本发明技术方案。本领域技术人员应当知晓，实施例仅用于说明本发明，不用于限制本发明的范围。
实施例中，如无特别说明，所用技术手段为本领域常规的技术手段。
实施例1：
参见图2，本深度处理方法使用的系统，包括串联的混凝单元、塔式臭氧催化氧化单元和微藻光生物反应器，
所述混凝单元包括顺序连接的混凝池1和沉淀池4，混凝池1设置有渗滤液尾水进水口103以及加药口，加药口连接有聚合硫酸铁加药桶101和聚丙烯酰胺加药桶102，所述沉淀槽设置有出水口，在沉淀池4底部设置有污泥排出口；
所述出水口连接至所述复合催化氧化塔2底部，通过计量泵将水输送至复合催化氧化塔，所述复合催化氧化塔设置有臭氧进口；所述复合催化氧化塔顶部通过出水管道连接所述微藻光生物反应器3。所述复合催化氧化塔顶部的排气口连接所述微藻光生物反应器3下部的进气口305。
所述臭氧进口连接有臭氧发生机201，所述臭氧发生机201连接有空气管道(图中以长点划线代表空气或氧气管道，短点划线代表臭氧管道)和气泵；
所述微藻光生物反应器3使用透明材料制成，在所述微藻光生物反应器内设置平板膜；所述微藻光生物反应器上部设置有出水口302和尾气出口301，底部设置有气泵鼓气口连接空气泵303；微藻光生物反应器3的底部设置微藻细胞液排出口304。
臭氧催化氧化塔内填料为负载了Mn和Co的颗粒活性炭。臭氧催化氧化塔的臭氧来源为臭氧发生器，臭氧发生器使用空气作为臭氧发生器的气源，并配备空气压缩机和空分装置，去除空气中的水分以及将空气中的氧气浓度提高到90％以上。
使用江苏某垃圾焚烧厂的渗滤液超滤出水作为混凝单元的进水，超滤出水的水质情况大致如下：pH为6.5左右；COD浓度为500～600mg/L；氨氮浓度为20～40mg/L；总氮浓度约为100～200mg/L；总磷约为2mg/L；颜色为茶黄色，基本无臭味。
向超滤出水中先后投加聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺，投加量分别为0.5g/L和1.5mg/L。在混凝单元内先投加聚合硫酸铁后充分搅拌10min，之后加入聚丙烯酰胺继续搅拌20min，混合水经过约30min静置沉淀，分层为上层清液和下层沉淀。上清液在进入塔式臭氧催化氧化单元前，将pH调节至7左右。下层沉淀经分离后，收集脱水进行集中处理。
上清液的pH经调节至7后，进入臭氧催化氧化塔。调节臭氧投加量为0.8g/L，水在臭氧催化氧化塔内的停留时间为2h。
塔式臭氧催化氧化单元的出水和尾气同时进入微藻光生物反应器。微藻光生物反应器需要提供一定光照，在室外晴天的条件下无需提供额外光源，当室外为阴天或雨天时，应利用人工光源适当补充光照，维持微藻细胞的生长所需的光照强度。光生物反应器的反应温度控制在32～38度之间，当室外温度较低时，需要对其进行一定的保温。使用的微藻菌株为耐盐的小球藻菌株，确保微藻的生长不会受到水中较高盐度的影响。微藻光生物反应器单元的额外曝气量控制在10L/h，光强控制在2000～3000Lux，温度为32～35度。
当微藻光生物反应器中的微藻细胞浓度达到3g/L以上时，将微藻细胞液排出90％，反应器中留下10％。排出的细胞液通过重力自沉降，进行分离。经分层后，上层清液返回微藻光生物反应器中，下层微藻细胞生物质被收集后，进行离心干燥。
经处理后水的水质情况为：pH为6.8左右；COD浓度为40mg/L；氨氮浓度为1.6mg/L；总氮浓度约为15mg/L；总磷浓度约为0.42mg/L，COD去除率大于92％，氨氮去除率大于92％，总氮去除率大于85％，总磷去除率约为79％，出水中的COD、氨氮、总氮和总磷浓度均满足《生活垃圾填埋场控制标准》(GB 16889-2008)表3中的排放限值标准。
实施例2：
本深度处理方法使用的系统，包括串联的混凝单元、塔式臭氧催化氧化单元和微藻光生物反应器，臭氧催化氧化塔的臭氧来源为臭氧发生机。系统设置同实施例1。
使用合肥某垃圾焚烧厂的渗滤液尾水作为混凝单元的进水，尾水的水质情况大致如下：pH为6.2～6.7左右；COD浓度为250mg/L左右；氨氮浓度为10～20mg/L；总氮浓度约为120mg/L；总磷浓度约为2.3mg/L；颜色为浅茶色，无异味。
采用上述方法对该渗滤液尾水进行处理，试验运行过程中，聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺，投加量分别为0.2g/L和1mg/L，上层清液pH调节为7.2左右；调节臭氧投加量为0.4g/L，水在臭氧催化氧化塔内的停留时间为1h；微藻光生物反应器单元的额外曝气量控制为10L/h，光强控制在2000～3000Lux，温度为32～35度。
经处理后水的水质情况为：pH为7.1左右；COD浓度为33mg/L；氨氮浓度为2.6mg/L；总氮浓度约为14mg/L；总磷浓度约为0.51mg/L；COD去除率大于86％，氨氮去除率大于74％，总氮去除率大于88％，总磷去除率约为78％。出水中的COD、氨氮、总氮和总磷浓度均满足《生活垃圾填埋场控制标准》(GB 16889-2008)表3中的排放限值标准。
实施例3：
使用江苏某垃圾焚烧厂的渗滤液生化出水作为混凝单元的进水，生化出水的水质情况大致如下：pH为6.6～6.9；COD浓度为1200mg/L左右；氨氮浓度为45～60mg/L；总氮浓度约为300mg/L；总磷浓度约为2.8mg/L。
采用上述方法对该渗滤液生化出水进行处理，试验运行过程中，聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺，投加量分别为1.2g/L和2mg/L，上层清液pH调节为7.2左右；调节臭氧投加量为1.5g/L，水在臭氧催化氧化塔内的停留时间为2.5h；微藻光生物反应器单元的曝气量控制12L/h，光强控制在2000～3000Lux，温度为32～35度。
其他操作同实施例1。
经处理后水的水质情况为：pH为7.1左右；COD浓度为54mg/L；氨氮浓度为3.8mg/L；总氮浓度约为18.3mg/L；总磷浓度约为0.44mg/L；COD去除率大于95％，氨氮去除率大于91％，总氮去除率大于93％，总磷去除率平均为70％。出水中的COD、氨氮、总氮和总磷浓度均满足《生活垃圾填埋场控制标准》(GB 16889-2008)表3中的排放限值标准。
以上的实施例仅是对本发明的具体实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，本领域技术人员在现有技术的基础上还可做多种修改和变化，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种垃圾渗滤尾水深度处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)向垃圾渗滤液尾水中投加混凝剂，在混凝单元内实现固液分离；所述混凝剂为聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺在混凝单元内先投加聚合硫酸铁后充分搅拌，之后加入聚丙烯酰胺继续搅拌，混合水经过静置沉淀，分层为上层清液和下层沉淀，上层清液的pH值为7或7.2；
(2)混凝单元产生的上清液进入臭氧催化氧化单元，利用臭氧在催化剂的催化作用下生成的强氧化剂分解及去除渗滤液中的难降解有机物；臭氧催化氧化塔内填料为负载了Mn、Co、Ni一种或多种金属元素的颗粒活性炭，臭氧催化氧化塔的臭氧来源为臭氧发生器，臭氧发生器使用空气作为臭氧发生器的气源，并配备空气压缩机和空分装置，去除空气中的水分以及将空气中的氧气浓度提高到90％以上；
(3)臭氧催化氧化单元的出水进入微藻光生物反应器进行深度处理；
所述混凝剂和臭氧的加入量随着所述垃圾渗滤液尾水的污染物含量增加而增加，当所述垃圾渗滤液尾水中COD为100～400mg/L，则混凝剂的加入量为0.1～0.3g/L、臭氧投加量为0.1～0.6g/L；当所述垃圾渗滤液尾水中COD为400～800mg/L，则混凝剂的加入量为0.3～0.8g/L、臭氧投加量为0.6～1.0g/L；当所述垃圾渗滤液尾水中COD为800～1400mg/L，则混凝剂的加入量为1～2g/L、臭氧投加量为1.0～2.0g/L；
所述微藻光生物反应器使用透明材料制成，反应器内设置有平板膜或中空纤维膜组件，平板膜或中空纤维膜组件浸没入微藻溶液，出水透过分离膜进入膜的内侧被收集；所述微藻光生物反应器的温度控制在32～38℃之间，光强控制在2000～3000Lux之间；
当微藻光生物反应器中的微藻细胞浓度达到3g/L以上时，将微藻细胞液排出80～95％，排出的细胞液通过重力沉降，分离微藻细胞；经分层后，上层清液返回所述微藻光生物反应器中，下层微藻细胞生物质被收集后，离心干燥。
2.根据权利要求1所述的深度处理方法，其特征在于，步骤(1)所述混凝剂为聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺，投加量为0.1～2g/L。
3.根据权利要求1所述的深度处理方法，其特征在于，步骤(2)中，所述臭氧通过臭氧发生机制备，臭氧投加量为0.1～5g/L。
4.根据权利要求1～3任一项所述的深度处理方法，其特征在于，所述微藻光生物反应器内的微藻为耐盐菌株，选自葡萄藻、微绿球藻、小球藻中的一种。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |