CN109607961B - 一种垃圾渗滤液废水处理方法及系统、水污染控制平台 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水污染控制技术领域，公开了一种垃圾渗滤液废水处理方法及系统、水污染控制平台；包括厌氧罐、反应池、介质阻挡放电反应器、交流电源、微纳米气泡发生器、过滤单元；厌氧罐、反应池和过滤单元依次连接，介质阻挡放电反应器布置于反应池中，交流电源用于驱动介质阻挡放电反应器，微纳米气泡发生器用于在反应池中产生微纳米气泡，过滤单元由预过滤柱和深度过滤柱构成。本发明能够有效的降解垃圾渗滤液中的各种有机污染物，并且对溶解性的COD、BOD5以及氮、磷都有很好的去除效果，不受废水中有毒有害物质的影响，适合处理难生物降解的复杂废水。本发明的工艺构筑物简单，具有投资小、占地少、运行维护费用低、无二次污染等特点。
Description
技术领域
本发明属于水污染控制技术领域，尤其涉及一种垃圾渗滤液废水处理方法及系统、水污染控制平台。
背景技术
自20世纪90年代以来，随着我国城市人口的增加、城市规模的扩大和居民生活水平的提高，城市生活垃圾的产量急剧增加。据有关资料表明，我国的城市垃圾总量正以8％-10％的速度增长，有一些城市更高，如北京的增长率高达15％-20％。按现在的增长速度预测，2025年我国的城市垃圾将超过5亿吨，占世界总量的1/4。卫生填埋法由于其具有成本低、技术成熟、管理方便等优势而在垃圾处理中得到了广泛应用，处理量占到垃圾处理总量的80％以上，但在城市垃圾填埋处理和稳定过程中，由于压实、降水和微生物的分解作用，垃圾所含的污染物随水分溶出，并与降雨和径流等一起形成水质成分复杂、有机污染物和氨氮含量高、毒性大、色度高且恶臭的垃圾渗滤液。如不妥善处理，对周围地下水和地表水、土壤、大气、生物等造成严重的二次污染，甚至危及人体健康。
几十年来，国内外已开发了多种垃圾渗滤液处理技术。目前，业内常用的现有技术是这样的：主要采用生物法、物化法和减量法对垃圾渗滤液进行处理，其中生物处理法有好氧生物处理法、厌氧生物处理法、厌氧-好氧组合处理方式等；物化处理法有混凝沉淀、化学氧化、湿式氧化、蒸发、中和沉淀、活性炭吸附、膜分离、光催化氧化和电化学法等；减量处理法是包括蒸发、蒸馏、回灌等减少进入卫生填埋场各种水分的方法。但由于垃圾渗滤液成份复杂多变，有毒有害物质含量高，使得其处理难度非常大，再加上2008年我国发布实施了新修订的《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)，对垃圾渗滤液中BOD5、COD、氨氮、总氮、重金属等指标提出了更严格的排放标准，也对垃圾渗滤液的处理技术提出了更高的要求。
综上所述，国内在渗滤液处理过程中主要面临如下问题：
(1)垃圾渗滤液的可生化性不稳定，且现有工艺抗冲击负荷能力有限，导致处理效果不佳。
(2)垃圾渗滤液具有COD、BOD5、氨氮等含量高，组分不定，水质和水量波动较大的特点，很难实现达标排放。
(3)许多组合工艺过于复杂，导致投资成本和运行成本高昂，难以实际应用。
解决上述技术问题的难度在于：随垃圾填埋场场龄的增加，营养元素比例失衡，渗滤液中的C/N比例下降，可生化性降低，生物法难以对其处理；受降雨量的影响，垃圾渗滤液的水量和水质波动很大，需要有耐冲击负荷能力的处理工艺；由于垃圾组分、填埋方式的差异，氨氮的浓度范围从几十至几千mg/L不等，而且高浓度的氨氮处理难度极大。因此，寻求一种能有效降解COD、BOD5、氨氮等有机污染物，且抗冲击负荷能力强、投资成本和运行成本低的垃圾渗滤液处理工艺意义非常重大。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种垃圾渗滤液废水处理方法及系统、水污染控制平台。
本发明是这样实现的，首先利用厌氧过程提高工艺的抗冲击负荷能力，然后通过高压电源驱动介质阻挡放电反应器产生各种物理、化学效应彻底降解反应池中的各种有机污染物，最后利用深度过滤单元去除渗滤液中残留的微小有害物质，最终实现垃圾渗滤液的达标排放。所述的一种垃圾渗滤液废水处理方法包括以下步骤：
第一步，将垃圾渗滤液废水收集在厌氧罐中，向厌氧罐中投加厌氧微生物；在25℃-45℃条件下对厌氧罐中的垃圾渗滤液废水进行初步沉淀和厌氧反应，初步沉淀和厌氧反应时间为2小时-360小时；
第二步，向反应池中的介质阻挡放电反应器中通入气体和冷却剂，将厌氧罐中完成初步沉淀和厌氧反应后的清液注入反应池中；启动微纳米气泡发生器和交流电源，对反应池中的垃圾渗滤液废水进行放电处理，处理时间为0.25小时-6小时；
第三步，放电处理后的废水依次通过由预过滤柱和深度过滤柱构成的过滤单元后达标排放。
进一步，所述反应池中的废水作为接地电极；放电气体，如空气、氧气、氮气等依次经过介质阻挡放电反应器的放电系统的内管与放电系统的外管之间的放电区和微孔曝气环后进入废水与废水作用。
进一步，所述介质阻挡放电反应器中通入的冷却剂为放电气体，附属设备有气体冷却剂储罐、气体压缩机、气体冷却剂入口管和气体冷却剂出口管，气体冷却剂储罐中的放电气体被气体压缩机导入到气体冷却剂入口管后进入放电系统的内管中，然后再经过气体冷却剂出口管(上端封闭)的壁孔进入介质阻挡放电反应器的放电系统的内管与放电系统的外管之间的放电区，最后通过微孔曝气环进入废水中。
进一步，所述介质阻挡放电反应器中通入的冷却剂为液体，附属设备有液体冷却剂储槽、液体泵、液体冷却剂入口管道和液体冷却剂出口管道，液体冷却剂储槽中的冷却剂被液体泵导入到液体冷却剂入口管道后进入放电系统的内管中，然后再经过液体冷却剂出口管道流入液体冷却剂储槽中。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述垃圾渗滤液废水处理方法的垃圾渗滤液废水处理系统，所述垃圾渗滤液废水处理系统包括：厌氧罐、反应池、介质阻挡放电反应器、交流电源、微纳米气泡发生器、过滤单元；厌氧罐、反应池和过滤单元依次连接，介质阻挡放电反应器布置于反应池中，交流电源用于驱动介质阻挡放电反应器，微纳米气泡发生器用于在反应池中产生微纳米气泡。
进一步，所述介质阻挡放电反应器由放电系统和冷却剂构成；
放电系统采用同轴管-管式结构，放电系统的内管作为高压电极，由导电材料制成，也可以由绝缘材料，如陶瓷管、石英玻璃管、刚玉管等外壁贴、涂或镀导电材料制成，外径为20mm-500mm，壁厚0.05mm-100mm，长为50mm-2000mm。
进一步，所述放电系统的外管作为放电介质，由陶瓷、石英玻璃、刚玉、氮化硼等材质制成，内径为21mm-501mm，壁厚0.01mm-20mm，长为60mm-2500mm。
进一步，所述放电系统的高压电极的外壁、放电介质的内壁和外壁负载TiO2、ZnO、SnO2、ZrO2等光催化剂。
进一步，用于驱动介质阻挡放电反应器的交流电源的频率从50Hz-1MHz可调，峰值电压从0-100kV可调；微纳米气泡发生器在反应池中产生的气泡大小为1纳米-100微米；过滤单元由预过滤柱和深度过滤柱组成，预过滤柱的滤芯由聚丙烯棉、活性炭、石英砂等材料制成，深度过滤柱的滤芯为超滤膜、纳滤膜、反渗透膜等。
进一步，所述反应池中填充活性炭、蜂窝陶瓷、沸石、活性Al2O3等负载Cu、Mn、Fe、Ni等过渡金属及其氧化物的催化剂填料。
进一步，所述反应池中布置多套同轴管-管式结构介质阻挡放电反应器和紫外线灯。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述垃圾渗滤液废水处理方法的水污染控制平台。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明能够有效的降解垃圾渗滤液中的各种有机污染物，并且对溶解性的COD、BOD5以及氮、磷都有很好的去除效果，不受废水中有毒有害物质的影响，适合处理难生物降解的复杂废水，如垃圾渗滤液废水，同时对其它废水，如畜禽废水、厨余废水、生活废水等也有良好的处理效果。本发明的工艺构筑物简单，具有投资小、占地少、运行维护费用低、无二次污染等特点。表1列出了本发明与几种垃圾渗滤液处理工艺实例的经济分析。
表1本发明与几种垃圾渗滤液处理工艺实例的对比分析
附图说明
图1是本发明实施例提供的垃圾渗滤液废水处理方法流程图；
图2是本发明实施例提供的垃圾渗滤液废水处理系统结构示意图；
图3为本发明所述的气体冷却介质阻挡放电反应器的结构示意图；
图4为本发明所述的液体冷却介质阻挡放电反应器的结构示意图；
图中：(a)液体冷却剂下进上出；(b)液体冷却剂上进下出；
图2-图4中：1、厌氧罐；2、反应池；3、介质阻挡放电反应器；4、交流电源；5、微纳米气泡发生器；6、过滤单元；7、冷却剂；8、预过滤柱；9、深度过滤柱；10、放电系统的内管；11、放电系统的外管；12、进气口；13、微孔曝气环；14、气体冷却剂储罐；15、气体压缩机；16、气体冷却剂入口管；17、气体冷却剂出口管；18、壁孔；19、液体冷却剂储槽；20、液体泵；21、液体冷却剂入口管道；22、液体冷却剂出口管道。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对国内许多垃圾填埋场产生的渗滤液均未实现达标排放，采用现有的处理技术工艺复杂、投资成本高和运行成本高的问题。本发明的工艺构筑物简单，具有投资小、占地少、运行维护费用低、无二次污染等特点。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的垃圾渗滤液废水处理方法包括以下步骤：
S101：将垃圾渗滤液废水收集在厌氧罐中，向厌氧罐中投加厌氧微生物；在25℃-45℃条件下对厌氧罐中的垃圾渗滤液废水进行初步沉淀和厌氧反应，初步沉淀和厌氧反应时间为2小时-360小时；
S102：向反应池中的介质阻挡放电反应器中通入气体和冷却剂，将厌氧罐中完成初步沉淀和厌氧反应后的清液注入反应池中；启动微纳米气泡发生器和交流电源，对反应池中的垃圾渗滤液废水进行放电处理，处理时间为0.25小时-6小时；
S103：放电处理后的废水依次通过由预过滤柱和深度过滤柱构成的过滤单元后达标排放。
如图2所示，本发明实施例提供的垃圾渗滤液废水处理系统包括：厌氧罐1、反应池2、介质阻挡放电反应器3、交流电源4、微纳米气泡发生器5、过滤单元6。厌氧罐1、反应池2和过滤单元6依次连接，介质阻挡放电反应器3布置于反应池2中，交流电源4用于驱动反应池中的介质阻挡放电反应器3，微纳米气泡发生器5用于在反应池2中产生微纳米气泡。
介质阻挡放电反应器3由放电系统和冷却剂7构成，放电系统采用同轴管-管式结构，放电系统的内管10作为高压电极，由导电材料制成，也可以由绝缘材料，如陶瓷管、石英玻璃管、刚玉管等外壁贴、涂或镀导电材料制成，外径为20mm-500mm，壁厚0.05mm-100mm，长为50mm-2000mm。
放电系统的外管11作为放电介质，由陶瓷、石英玻璃、刚玉、氮化硼等材质制成，内径为21mm-501mm，壁厚0.01mm-20mm，长为60mm-2500mm。
放电系统的内管10的外壁、放电系统的外管11的内壁和外壁负载TiO2、ZnO、SnO2、ZrO2等光催化剂；反应池中的废水作为接地电极；放电气体，如空气、氧气、氮气等依次经过介质阻挡放电反应器3的放电系统的内管10与放电系统的外管11之间的放电区和微孔曝气环13后与废水进行反应。
用于驱动介质阻挡放电反应器3的交流电源4的频率从50Hz-1MHz可调，峰值电压从0-100kV可调；微纳米气泡发生器5在反应池2中产生的气泡大小为1纳米-100微米；过滤单元6由预过滤柱8和深度过滤柱9组成，预过滤柱8的滤芯由聚丙烯棉、活性炭、石英砂等材料制成，深度过滤柱9的滤芯为超滤膜、纳滤膜、反渗透膜等。
反应池2中填充活性炭、蜂窝陶瓷、沸石、活性Al2O3等负载Cu、Mn、Fe、Ni等过渡金属及其氧化物的催化剂填料；反应池2中的废水可以循环。
介质阻挡放电反应器3中通入的冷却剂7为放电气体，附属设备主要有气体冷却剂储罐14、气体压缩机15、气体冷却剂入口管16和气体冷却剂出口管17，气体冷却剂储罐14中的放电气体被气体压缩机15导入到气体冷却剂入口管16后进入放电系统的内管10中，然后再经过气体冷却剂出口管17(上端封闭)的壁孔18进入介质阻挡放电反应器3的放电系统的内管10与放电系统的外管11之间的放电区，最后通过微孔曝气环13进入废水中与废水作用。
介质阻挡放电反应器3中通入的冷却剂7为液体，附属设备主要有液体冷却剂储槽19、液体泵20、液体冷却剂入口管道21和液体冷却剂出口管道22，液体冷却剂储槽19中的冷却剂7被液体泵20导入到液体冷却剂入口管道21后进入放电系统的内管10中，然后再经过液体冷却剂出口管道22流入液体冷却剂储槽19中。
反应池2中可布置多套同轴管-管式结构介质阻挡放电反应器3和紫外线灯。配置介质阻挡放电反应器3和紫外线灯的清洗装置。
下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。
本发明实施例采用如图2所示的垃圾渗滤液废水处理系统，1套如图3所示的气体冷却介质阻挡放电反应器3布置于内径为80mm、长为600mm有机玻璃管制成的反应池2中，放电系统的内管10、气体冷却剂入口管16和气体冷却剂出口管17(上端封闭)为一体，均为石英玻璃制成，放电系统的内管10外径为48mm，壁厚3mm，长400mm，气体冷却剂入口管16和气体冷却剂出口管17外径为30mm，壁厚3mm，长150mm，放电系统的内管10和气体冷却剂出口管17的外壁涂有一层厚度为0.5mm的导电胶，气体冷却剂出口管17上分布4个壁孔18，孔径为2mm；放电系统的外管11是石英玻璃管，内径为52mm，壁厚为3mm，长为500mm，放电系统的内管10外壁与放电系统的外管11内壁之间的气隙间距为1.5mm；交流电源4的高压端与气体冷却剂出口管17外壁的导电胶连接；反应池2中的废水作为接地电极，并以10L/min流速不断循环；介质阻挡放电反应器3中通入的冷却剂7为空气；处理的垃圾渗滤液产生于陕西省杨凌示范区垃圾填埋场，原水水样的主要水质指标如表2所示，具体实施步骤如下：
首先，收集50L垃圾渗滤液废水于厌氧罐1中，加入1L富含乳酸菌的酸奶，在30℃条件下经过144小时的初步沉淀和厌氧反应后，向介质阻挡放电反应器3的气体冷却剂入口管道16中通空气，空气流量为10L/min，取2L厌氧罐1中的清液于反应池2中，启动微纳米气泡发生器5和交流电源4，交流电源4的频率为3kHz、峰值电压为20kV，对垃圾渗滤液废水放电处理60分钟；放电处理后的废水依次通过一个滤芯由聚丙烯棉制成的预过滤柱8和一个滤芯为反渗透膜的深度过滤柱9，然后取过滤单元出口的水样进行分析，出水水样的主要水质指标如表2所示。从表2可以看出，出水水样中的主要水质指标均达到新修订的《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)的排放标准。
表2经过本发明工艺及装置前后水样的主要水质指标和生活垃圾填埋场污染控制标准
注：“——”表示未检测到
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种垃圾渗滤液废水处理方法，其特征在于，所述垃圾渗滤液废水处理方法包括以下步骤：
第一步，将垃圾渗滤液废水收集在厌氧罐中，向厌氧罐中投加厌氧微生物；在25℃-45℃条件下对厌氧罐中的垃圾渗滤液废水进行初步沉淀和厌氧反应，初步沉淀和厌氧反应时间为2小时-360小时；
第二步，向反应池中的介质阻挡放电反应器中通入空气和冷却剂，将厌氧罐中完成初步沉淀和厌氧反应后的清液注入反应池中；启动微纳米气泡发生器和交流电源，对反应池中的垃圾渗滤液废水进行放电处理，处理时间为0.25小时-6小时；
第三步，放电处理后的废水依次通过由预过滤柱和深度过滤柱构成的过滤单元后达标排放；
所述反应池中的废水作为接地电极；放电气体空气经过介质阻挡放电反应器的放电系统的内管与放电系统的外管之间的放电区和微孔曝气环后进入废水与废水作用；
所述介质阻挡放电反应器中通入的冷却剂为空气，附属设备有气体冷却剂储罐、气体压缩机、气体冷却剂入口管和气体冷却剂出口管，气体冷却剂储罐中的放电气体被气体压缩机导入到气体冷却剂入口管后进入放电系统的内管中，然后再经过气体冷却剂出口管的壁孔进入介质阻挡放电反应器的放电系统的内管与放电系统的外管之间的放电区，最后通过微孔曝气环进入废水中。
2.一种实施权利要求1所述垃圾渗滤液废水处理方法的垃圾渗滤液废水处理系统，其特征在于，所述垃圾渗滤液废水处理系统包括：厌氧罐、反应池、介质阻挡放电反应器、交流电源、微纳米气泡发生器、过滤单元；
厌氧罐、反应池和过滤单元依次连接，介质阻挡放电反应器布置于反应池中，交流电源用于驱动介质阻挡放电反应器，微纳米气泡发生器用于在反应池中产生微纳米气泡。
3.如权利要求2所述的垃圾渗滤液废水处理系统，其特征在于，所述介质阻挡放电反应器由放电系统和冷却剂构成；
放电系统采用同轴管-管式结构，放电系统的内管作为高压电极，由导电材料或绝缘材料石英玻璃管制成，外径为20mm-500mm，壁厚0.05mm-100mm，长为50mm-2000mm。
4.如权利要求2所述的垃圾渗滤液废水处理系统，其特征在于，所述放电系统的外管作为放电介质，由石英玻璃制成，内径为21mm-501mm，壁厚0.01mm-20mm，长为60mm-2500mm。
5.如权利要求2所述的垃圾渗滤液废水处理系统，其特征在于，所述放电系统的高压电极的外壁负载TiO2、ZnO、SnO2、ZrO2光催化剂的一种；放电介质的内壁和外壁负载TiO2、ZnO、SnO2、ZrO2光催化剂的一种。
6.如权利要求2所述的垃圾渗滤液废水处理系统，其特征在于，反应池中填充活性炭、蜂窝陶瓷、沸石、活性Al2O3负载Cu、Mn、Fe、Ni过渡金属及其氧化物的催化剂填料，反应池中布置多套同轴管-管式结构介质阻挡放电反应器和紫外线灯。
7.一种应用权利要求1所述垃圾渗滤液废水处理方法的水污染控制平台。
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