CN109867385A - 一种提高鸟粪石沉淀法处理垃圾渗滤液中氨氮效率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高鸟粪石沉淀法处理垃圾渗滤液中氨氮效率的方法，属于环境工程领域。本发明方法通在鸟粪石沉淀与Fenton联合的方法来提高鸟粪石沉淀处理垃圾渗滤液的效果，从而使得去除效果得到非常明显的提升。在使用鸟粪石沉淀法处理垃圾渗滤液的过程前利用Fenton预先处理，有利于鸟粪石沉淀过程的进行，有效的提升鸟粪石处理氨氮的效率，减少水体中氨氮的残留。控制好Fenton反应的双氧水用量以及其与二价铁之间的比例、控制好反应pH环境，提高氨氮的去处效率，并且缩短沉淀的沉降时间，降低鸟粪石沉淀法去处氨氮的成本，具有非常好的工业应用前景。

Description

一种提高鸟粪石沉淀法处理垃圾渗滤液中氨氮效率的方法

技术领域

本发明具体涉及一种提高鸟粪石沉淀法处理垃圾渗滤液中氨氮效率的方法，属于环境工程领域。

背景技术

近年来，随着我国城市化进程的加快和人民生活水平的逐渐提高，城市生活垃圾的产量不断增加。生活垃圾的主要处理方式包括回收、堆肥、焚烧和填埋等，由于卫生填埋具有较高的经济性，在发展中国家和欠发达地区常采用该方法处理生活垃圾。然而，由于在垃圾的填埋过程中垃圾堆体的降解，大气降水、地下水涌入和地表径流等因素不可避免的会产生大量垃圾渗滤液。垃圾渗滤液中含有大量的有机物、盐分和重金属等，是一种被公认的有较大危害的难降解有机废水，其处置不当可能会污染附近的土壤及地下水。因此，垃圾渗滤液必须按照相关规范和标准经过严格处理后才能进行二次利用或排放至受纳水体。同时垃圾渗滤液是一种高浓度有机废水，且氨氮含量高。而过高的氨氮会增加生化处理负荷，导致C/N比过低，致使渗滤液中营养比例失调，产生的高浓度游离氨对微生物产生抑制作用，严重影响生化处理系统的正常运行

鸟粪石(MAP)是一种难溶于水的白色晶体，正菱形晶体结构。0℃时溶解度仅为0.023g/L。其P₂O₅含量约为58％，是一种极好的缓释肥，可以用于农业生产当中，实现资源的循环利用。常温下，在水中的溶度积为2.5×10^-13。当溶液中Mg²⁺、NH₄ ⁺和PO₄ ^3-三种离子的离子浓度积大于溶度积常数，即浓度使溶液达到过饱和状态时，结晶自发生成。鸟粪石沉淀法是在多种组合工艺综合处理垃圾渗滤液过程中去除高浓度氨氮行之有效的方法，可与矿物吸附法、物理化学法、生物法等方法组合使用。然而，目前已有研究的鸟粪石沉淀法的处理效率并没有达到最大化，有非常大的提升空间。因此，开发一种一种提高鸟粪石沉淀法处理垃圾渗滤液中氨氮效率的方法是有非常好的应用前景的。

发明内容

为了解决上述问题，本发明采用一种物化联合处理技术有效处理垃圾渗滤液，重点研究处理过程中的腐殖酸和其它污染物的变化规律，通过优化设计实现工艺优化，并初步进行反应机理研究，以期为减少垃圾渗滤液对环境造成的污染和保护城市水体提供更加详尽可靠的依据和更加便捷有效的依据和手段。本发明针对垃圾渗滤液出水氨氮超标的处理方法，通过在MAP沉淀与芬顿法(Fenton)联合的方法来提高MAP处理垃圾渗滤液的效果，从而使得去除效果得到非常明显的提升。

本发明的第一个目的是提供一种垃圾渗滤液的处理方法，所述方法是利用芬顿法Fenton和MAP沉淀联合处理垃圾渗滤液，包括先加入Fenton试剂进行反应，然后再进过MAP沉淀进行处理。

在本发明的一种实施方式中，所述Fenton试剂中二价Fe源与双氧水的摩尔比为1：6-1：14。

在本发明的一种实施方式中，所述Fenton试剂中二价Fe源包括硫酸盐、硝酸盐、盐酸盐。

在本发明的一种实施方式中，所述双氧水相对垃圾渗滤液的投加量为8-24mL/L。

在本发明的一种实施方式中，所述双氧水的投加量优选16-24mL/L。

在本发明的一种实施方式中，所述双氧水为30％过氧化氢水溶液。

在本发明的一种实施方式中，所述Fenton试剂反应时的pH为2-6。

在本发明的一种实施方式中，所述Fenton试剂反应时的pH优选3-4。

在本发明的一种实施方式中，所述Fenton试剂反应的时间为40-80min。

在本发明的一种实施方式中，所述MAP沉淀的氮源(NH₃-N)与磷源(P)、镁源(Mg)的摩尔比为1：1：1。

在本发明的一种实施方式中，所述磷盐为磷酸氢二钠、磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸中的一种或多种。

在本发明的一种实施方式中，所述镁盐为氯化镁、硫酸镁中的一种或两种。

在本发明的一种实施方式中，当在MAP沉淀反应过程的pH为9.5～10。

在本发明的一种实施方式中，所述垃圾渗滤液的总氮含量超过500mg/L，其中氨氮浓度大于总氮的70％。

在本发明的一种实施方式中，所述垃圾渗滤液的pH为7-8。

在本发明的一种实施方式中，所述方法还包括：

当总氮含量低于500mg/L或者氨氮浓度低于总氮浓度的70％时，采用生物工艺方法联合处理。

在本发明的一种实施方式中，所述生物工艺方法是指生物法时利用微生物的生命活动，通过氨化、硝化、反硝化等一系列反应使废水中的氨氮最终转变为无害的氮气排放。

在本发明的一种实施方式中，所述生物工艺方法包括生物硝化反硝化技术、同步硝化反硝化技术、短程硝化反硝化技术、厌氧氨氧化技术。

本发明的第二个目的是提供一种提高MAP对垃圾渗滤液中沉淀氨氮去除能力的方法，所述方法是利用在MAP沉淀反应前加入Fenton试剂。

本发明的第二个目的是提供一种提高MAP沉淀对垃圾渗滤液中总有机碳去除能力的方法，所述方法是利用在MAP沉淀反应前加入Fenton试剂。

本发明的第三个目的是提供一种工业废水或生活污水的处理方法，所述方法是利用上述方法进行处理。

本发明的第四个目的是将上述方法应用于环保领域中。

本发明的有益效果：

本发明方法通在MAP沉淀与芬顿法(Fenton)联合的方法来提高MAP处理垃圾渗滤液的效果，从而使得去除效果得到非常明显的提升。在使用鸟粪石沉淀法处理垃圾渗滤液的过程前利用Fenton预先处理，有利于MAP沉淀过程的进行，有效的提升鸟粪石处理氨氮的效率，减少水体中氨氮的残留。控制好Fenton反应的双氧水用量以及其与二价铁之间的比例、控制好反应pH环境，提高氨氮的去处效率，并且缩短沉淀的沉降时间，降低鸟粪石沉淀法去处氨氮的成本。

利用本发明的方法处理垃圾渗滤液中的氨氮和有机碳，去除率分别可达91.27％、83.12％。处理后形成的MAP沉淀可以进行回收再利用，具有可持续再生、环境友好的优势，具有非常好的工业应用前景。

附图说明

图1：初始pH对TOC、氨氮的去除效果的影响；

图2：双氧水投加量对TOC、氨氮的去除效果的影响；

图3：FeSO₄·7H₂O与H₂O₂投加量摩尔比对TOC、氨氮的去除效果的影响。

具体实施方式

氨氮的测量：氨氮以游离氨(NH₃)或铵盐形式存在于水中，两者的组成比取决于水的pH值。当pH值偏高时，游离氨的比例较高。反之，则铵盐的比例为高。水样采集在聚乙烯瓶或玻璃瓶内，并应尽快分析，必要时可加硫酸将水样酸化至pH<2，于2—5℃下存放。酸化样品应注意防止吸收空气中的氮而遭致污染。水样带色或浑浊以及含其它一些干扰物质，影响氨氮的测定。为此，在分析时需做适当的预处理。

碘化汞和碘化钾的碱性溶液与氨反应生成淡红棕色胶态化合物，此颜色在较宽的波长范围内具强烈吸收。通常测量用波长在410—425nm范围。本法最低检出浓度为0.025mol/L(光度法)，测定上限为2mg/L。分取适量水样(使氨氮含量不超过0.1mg)，加入50ml比色管中，稀释至标线，加1.0ml酒石酸钾钠溶液。加1.5ml纳氏试剂，混匀。放置10min后，同校准曲线步骤测量吸光度。由水样测得的吸光度减去空白试验的吸光度后，从校准曲线上查得氨氮含量(mg/L)。

式中，m—由校准曲线查得的氨氮量(mg)，V—水样体积(mL)。

总有机碳(TOC)的测量：水样使用离心机，转速8000r/min，离心5min。取离心后上清液，用0.45μm的滤膜进行过滤。过滤后的水样经过适当稀释后，使用Thermo的总有机碳分析仪进行测定。

实施例1：

取500ml垃圾渗滤液(垃圾渗滤液的具体参数见表1)，30％双氧水投加的体积浓度为20ml/L，FeSO₄·7H₂O与H₂O₂投加量摩尔比为1:8，分别在pH值为2，3，4，5，6环境下反应40min。之后用氢氧化钠将pH调节到9.5，按照NH₃-N/P/Mg＝1/1/1的比例投加氯化镁和磷酸氢二钠进行反应，用磁力搅拌器搅拌10min，静置30min。，反应结束后，取上清液过0.45μm滤膜，得到处理后水样。

表1垃圾渗滤液水质特征

分析上清液中NH₃-N和TOC的去除率，探究pH值对于MAP沉淀法去除氨氮效果的影响。具体结果见表2。

表2Fenton不同pH环境处理的水样结果

结合图1可以看出，当初始pH值为3时，TOC和氨氮的去除率最高，分别为63.21％和87.88％，pH为4时次之，去除率为48.29％和72.11％，当pH为5时，TOC和氨氮的去除率迅速降低为37.84％和65.45％。因此反应的最佳pH为3，但是由于pH为3和pH为4时，渗滤液中TOC和氨氮的去除率相差不大，因此考虑到经济性，减少酸的投加量，在本试验及实际生产中建议采用pH为4。

实施例2：

取500ml垃圾渗滤液，FeSO₄·7H₂O与H₂O₂投加量摩尔比为1:8，体积浓度分别按照8mL/L、10ml/L、12ml/L、16ml/L、18ml/L、20ml/L、24ml/投加30％的双氧水，pH值为4反应80min。之后用氢氧化钠将pH调节到9.5，按照NH₃-N/P/Mg＝1/1/1的比例投加氯化镁和磷酸氢二钠进行反应，用磁力搅拌器搅拌10min，静置30min。，反应结束后，取上清液过0.45μm滤膜，得到处理后水样。分析上清液中NH₃-N和TOC的去除率，探究双氧水用量对于MAP沉淀法去除氨氮效果的影响。

表3Fenton中双氧水用量处理的水样结果

如图2所示，随着双氧水投加量的变化，TOC和氨氮的去除率随双氧水投量增加而先增大再减小。在投加量20mL/L时，TOC和氨氮去除率达到最大值，为62.41％和82.22％；此后，随双氧水投加量增加，TOC和氨氮去除率呈逐渐下降趋势。因此试验确定双氧水的最佳投量为20ml/L。

实施例3：

取500ml垃圾渗滤液，30％双氧水投加量为20ml/L，分别按照FeSO₄·7H₂O与H₂O₂投加量摩尔比为1:14，1:12，1:10，1:8，1:6进行投加二价铁盐，pH值为4反应60min。之后用氢氧化钠将ph调节到9.5，按照NH3-N/P/Mg＝1/1/1的比例投加氯化镁和磷酸氢二钠进行反应，用磁力搅拌器搅拌10min,，静置30min。，反应结束后，取上清液过0.45μm滤膜，得到处理后水样。分析上清液中NH₃-N和TOC的去除率，探究FeSO₄·7H₂O与H₂O₂投加量摩尔比对于MAP沉淀法去除氨氮效果的影响。结果见表4。

表4Fenton中不同二价铁与双氧水用量比处理的水样结果

FeSO₄·7H₂O与H₂O₂投加量摩尔比对氨氮和TOC去除率的影响见图3。FeSO₄·7H₂O与H₂O₂投加量摩尔比对TOC的影响较大，对氨氮的影响远没有对TOC大。TOC的去除率随着摩尔比的增大呈现先增大后减小的趋势。在摩尔比为1:10的时候TOC和氨氮的去除率都达到最大为83.12％和91.27％。出现这种现象是由于二价铁离子的浓度过低时，会变成三价铁离子，导致该反应的速率极慢，·OH的产生速率和产生量都很小，最终使得有机物的降解过程受到抑制。

对照例1：

参照实施例1，省略Fenton步骤，直接在500ml垃圾渗滤液中，用氢氧化钠将pH调节到9.5，按照NH₃-N/P/Mg＝1/1/1的比例投加氯化镁和磷酸氢二钠进行反应，用磁力搅拌器搅拌10min,，静置30min，反应结束后，取上清液过0.45μm滤膜，得到处理后水样。对处理后的水样进行测定分析，结果发现单纯MAP沉淀处理垃圾渗滤液，氨氮(NH₃-N)去除率只有43.21％，对于TOC的去除率为15.84％。

对照例2：

在MAP沉淀反应后加入Fenton试剂：

在500ml垃圾渗滤液中，用氢氧化钠将pH调节到9.5，按照NH₃-N/P/Mg＝1/1/1的比例投加氯化镁和磷酸氢二钠进行反应，用磁力搅拌器搅拌10min,，静置30min，反应结束后，取清液；然后加入体积浓度为20mL/L的30％双氧水，按照FeSO₄·7H₂O与H₂O₂投加量摩尔比1：10加入二价铁盐，pH4环境下反应80min，得到处理后水样。对处理后的水样进行测定分析，结果发现：氨氮(NH₃-N)去除率为45.35％，对于TOC的去除率为22.47％。说明Fenton试剂本身对氨氮的去除效果并不明显，对TOC也只有非常弱的促进去除作用。

Claims (10)

1.一种垃圾渗滤液的处理方法，其特征在于，所述方法是利用芬顿法Fenton和鸟粪石沉淀联合处理垃圾渗滤液，包括先加入Fenton试剂进行反应，然后再进过鸟粪石沉淀进行处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Fenton试剂中二价铁源与双氧水的摩尔比为1：6-1：14。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述双氧水相对垃圾渗滤液的投加量为8-24mL/L。

4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述Fenton试剂反应时的pH为2-6。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述双氧水的投加量为16-24mL/L。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述Fenton试剂反应时的pH为3-4。

7.根据权利要求1-6任一所述的方法，所述垃圾渗滤液的总氮含量超过500mg/L，其中氨氮浓度大于总氮的70％。

8.一种提高鸟粪石沉淀对垃圾渗滤液中氨氮去除能力的方法，其特征在于，所述方法是在MAP沉淀反应前加入Fenton试剂。

9.一种提高鸟粪石沉淀对垃圾渗滤液中总有机碳去除能力的方法，其特征在于，所述方法是在MAP沉淀反应前加入Fenton试剂。

10.一种工业废水或生活污水的处理方法，其特征在于，所述方法是利用权利要求1-7任一所述方法进行处理。