CN111333260B - 一种垃圾渗滤液高效脱氮方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种垃圾渗滤液高效脱氮方法及系统。所述系统包括依次连接的调节池、电絮凝系统、短程硝化‑厌氧氨氧化系统和光催化‑过硫酸盐氧化系统；所述短程硝化‑厌氧氨氧化系统内填充有电气石和玻璃轻石复合填料；所述光催化‑过硫酸盐氧化系统设有过硫酸盐投加装置和膨润土负载纳米二氧化钛。本发明利用电絮凝耦合短程硝化‑厌氧氨氧化技术及光催化‑过硫酸盐技术处理垃圾渗滤液，实现了垃圾渗滤液中氨氮、有机物及重金属的高效去除。
Description
技术领域
本发明涉及垃圾渗滤液处理领域，具体涉及一种垃圾渗滤液高效脱氮方法及系统。
背景技术
垃圾渗滤液常规的处理技术主要分为物理化学法和生物法，其中物理化学法包括混凝法、吹脱法、化学沉淀法等，生物法则包括厌氧生物处理、好氧生物处理以及厌氧-好氧联合处理，近年来包括臭氧、电化学、过硫酸盐氧化技术等高级氧化技术在垃圾渗滤液处理的应用越来越广泛。
现有技术采用短程硝化和厌氧氨氧化与电氧化的结合工艺处理垃圾渗滤液，通过UASB池预处理及在A/O池内短程硝化后，在ANR池内实现厌氧氨氧化，并在后续采用电氧化技术进行深度处理，实现垃圾渗滤液中的氨氮和总氮的去除。上述的技术方案中，主要存在以下几个缺点：(1)该技术方案中在生化处理前段并未有效地去除重金属，垃圾渗滤液成分复杂，无机盐和重金属含量较高，过量的重金属会对微生物的有毒害作用，导致后续生化处理的效率下降；(2)通过采用A/O池和厌氧氨氧化池分别进行短程硝化和厌氧氨氧化的过程，建设和运营维护的成本较高，占地面积大；(3)采用电氧化技术，单一电氧化技术的降解污染物的效率较低，处理时间长。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种垃圾渗滤液高效脱氮方法及系统，本发明利用电絮凝耦合短程硝化-厌氧氨氧化技术及光催化-过硫酸盐技术处理垃圾渗滤液，实现了垃圾渗滤液中氨氮、有机物及重金属的高效去除，污染物的降解效率高。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种垃圾渗滤液高效脱氮系统，包括依次连接的调节池、电絮凝系统、短程硝化-厌氧氨氧化系统和光催化-过硫酸盐氧化系统；所述短程硝化-厌氧氨氧化系统内填充有电气石和玻璃轻石复合填料；所述光催化-过硫酸盐氧化系统设有过硫酸盐投加装置和膨润土负载纳米二氧化钛。
采用电絮凝系统对垃圾渗滤液中的有机污染物及重金属进行了预处理，降低重金属对短程硝化-厌氧氨氧化系统的功能微生物的不良影响；短程硝化-厌氧氨氧化系统通过采用电气石和玻璃轻石复合填料，有效提升功能微生物的挂膜效率及填料本身对污染物的吸附性能；采用光催化-过硫酸盐氧化系统对废水进行协同深度处理，有效提高废水中氨氮及有机污染物降解效率。
优选地，所述电絮凝系统包括外电源、阳电极和阴电极，所述阳电极为铁板，阴电极为铝板。
优选地，所述电絮凝系统采用双极式结构，阳电极和阴电极之间还设有多组牺牲阳电极，可提升电絮凝效率，且便于电极的更换和维护。
优选地，所述短程硝化-厌氧氨氧化系统为序批式SBR反应器，所述SBR反应器内填充有电气石和玻璃轻石复合填料，所述SBR反应器内还设有搅拌装置和曝气装置。
优选地，所述电气石和玻璃轻石复合填料的制备方法为：将电气石粉末、玻璃粉末、发泡剂、助熔剂和稳泡剂混合后，经研磨、过筛和干燥，以10℃/min的速率升温加热至400℃，保温30min；再以10℃/min的速率升温至900-1100℃，保温20min；接着以20℃/min的速率降温至900℃后，取出，冷却至室温，得到所述电气石和玻璃轻石复合填料。玻璃轻石材料在800℃以上能有效软化形成良好的熔融状态，同时发泡剂900℃开始分解，因此温度在900℃以上发泡效果较好，但温度高于1100℃时，发泡的不规则性会明显加强，导致气孔尺寸过小或过大，不利于生物附着，因此本发明的烧制温度控制为900-1100℃。
优选地，所述电气石和玻璃轻石复合填料包括以下质量份组分：电气石粉末2-5份、玻璃粉末85份、发泡剂10-15份、助熔剂1份和稳泡剂2份，发泡剂的投加量为10-15质量份时，填料形成的气孔大小较合适，同时比表面积较优，电气石的投加量增加可提升合成填料的性能，但电气石原料成本较高，因此电气石粉末的投加量优选为2-5质量份。
优选地，所述发泡剂为碳酸盐矿物，其分解的气体二氧化碳是无毒、不易燃烧的，且其分解温度和玻璃的熔融温度接近，同时原料价格低、化学性质较稳定；所述助熔剂为四硼酸钠，所述稳泡剂为磷酸二氢钠。
优选地，所述光催化过硫酸盐氧化系统还设有搅拌装置和紫外光源。
本发明还提供了一种利用上述系统进行垃圾渗滤液高效脱氮方法，包括以下步骤：
(1)垃圾渗滤液流入电絮凝系统，对垃圾渗滤液中的有机污染物及重金属进行预处理；
(2)经电絮凝系统处理后的垃圾渗滤液进入短程硝化-厌氧氨氧化系统进行生化处理，去除垃圾渗滤液中的氨氮及部分有机污染物；
(3)经生化处理后的垃圾渗滤液进入光催化-过硫酸盐氧化系统进行深度处理，进一步去除废水中残余的小分子有机污染物。
所述电絮凝系统采用脉冲变相电源，脉冲频率较低时钝化膜对于电流效率有抑制作用，而高频电流穿透力强，可弱化电极钝化的影响，因此脉冲频率优选为3000-5000Hz。
在相同电流条件下，铁阳极分解产生的絮凝剂的量要多于铝阴极，同时铝阴极更容易钝化，导致能耗升高，因此，所述脉冲变相电源的阳极和阴极的变相周期比T阳极：T阴极为5:1。
电流密度的增加能提升絮凝剂的产量，但电流密度的提高使能耗上升同时加速电极的钝化，因此，电流密度优选为4-8A/dm2。
优选地，所述步骤(2)中，短程硝化-厌氧氨氧化系统为序批式SBR反应器，所述SBR反应器的稳定运行阶段搅拌反应周期为18h；所述SBR反应器稳定运行阶段搅拌反应采用间歇曝气，曝气搅拌和缺氧搅拌的时间比为10min：30min，控制溶解氧浓度稳定在0.40-0.50mg/L，提升功能微生物的挂膜效率。
优选地，所述步骤(3)中，光催化-过硫酸盐系统的进水的pH调节为3-6。
优选地，光催化-过硫酸盐系统采用的紫外光源的平均光照强度为8-12mW/cm2。
优选地，所述过光催化/过硫酸盐系统采用过硫酸钾作为氧化剂，投加量为1-5mmol/L。
优选地，所述过光催化-过硫酸盐系统中膨润土负载纳米二氧化钛的投加量为1-1.6g/L。
本发明通过优选光催化-过硫酸盐系统中进水的pH、紫外光源的平均光照强度、氧化剂的投加量、催化剂的投加量等参数，有助于提高氨氮及有机污染物降解效率。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明采用电絮凝系统对垃圾渗滤液中的有机污染物及重金属进行了预处理，降低重金属对短程硝化-厌氧氨氧化系统的功能微生物的不良影响；短程硝化-厌氧氨氧化系统通过采用电气石和玻璃轻石复合填料，有效提升功能微生物的挂膜效率及填料本身对污染物的吸附性能；采用光催化-过硫酸盐氧化系统对废水进行协同深度处理，有效提高废水中氨氮及有机污染物降解效率。
本发明的系统运行稳定，处理效率高，有效解决了现有垃圾渗滤液处理系统及工艺中生化处理效率低，降解污染物效率较低，处理时间长等问题。
附图说明
图1为本发明的垃圾渗滤液高效脱氮系统的结构示意图；
图中，1-电絮凝系统、101-外电源、102-阳电极、103-阴电极、104-牺牲阳电极、2-短程硝化-厌氧氨氧化系统、201-电气石和玻璃轻石复合填料、202-搅拌装置、203-曝气装置、3-光催化-过硫酸盐氧化系统、301-过硫酸盐投加装置、302-搅拌装置、303-膨润土负载纳米二氧化钛、304-紫外光源。
图2为本发明的垃圾渗滤液高效脱氮方法的处理流程图。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
一种垃圾渗滤液高效脱氮系统，如图1所示，包括依次连接的电絮凝系统1、短程硝化-厌氧氨氧化系统2和光催化-过硫酸盐氧化系统3；所述短程硝化-厌氧氨氧化系统2内填充有电气石和玻璃轻石复合填料201；所述光催化-过硫酸盐氧化系统3设有过硫酸盐投加装置301和膨润土负载纳米二氧化钛303。
本发明采用电絮凝系统1对垃圾渗滤液中的有机污染物及重金属进行了预处理，降低重金属对短程硝化-厌氧氨氧化系统2的功能微生物的不良影响，提升垃圾渗滤液的可生化性；通过电气石和玻璃轻石复合填料201强化短程硝化-厌氧氨氧化的脱氮效果，有效提升功能微生物的挂膜效率及填料本身对污染物的吸附性能；采用光催化-过硫酸盐氧化系统3采用过硫酸盐作为氧化剂，采用膨润土负载纳米二氧化钛作为催化剂，对废水进行协同深度处理，有效提高废水中氨氮及有机污染物降解效率。
本发明的电絮凝系统1、短程硝化-厌氧氨氧化系统2和光催化-过硫酸盐氧化系统3之间可通过管道进行连接。
在本发明中，所述电絮凝系统1包括外电源101、阳电极102和阴电极103，所述阳电极102为铁板，阴电极103为铝板。
在本发明中，所述电絮凝系统1采用双极式结构，阳电极102和阴电极103之间还设有多组牺牲阳电极104，可提升电絮凝效率，且便于阳电极的更换和维护。
在本发明中，所述短程硝化-厌氧氨氧化系统2为序批式SBR反应器，所述SBR反应器内填充有电气石和玻璃轻石复合填料101，所述SBR反应器内还设有搅拌装置202和曝气装置203，所述曝气装置203为曝气盘，设于SBR反应器的底部。
在本发明中，所述电气石和玻璃轻石复合填料的制备方法为：将电气石粉末、玻璃粉末、发泡剂、助熔剂和稳泡剂混合后，经研磨、过筛和干燥，以10℃/min的速率升温加热至400℃，保温30min；再以10℃/min的速率升温至900-1100℃，保温20min；接着以20℃/min的速率降温至900℃后，取出，冷却至室温，得到所述电气石和玻璃轻石复合填料。玻璃轻石材料在800℃以上能有效软化形成良好的熔融状态，同时发泡剂900℃开始分解，因此温度在900℃以上发泡效果较好，但温度高于1100℃时，发泡的不规则性会明显加强，导致气孔尺寸过小或过大，不利于生物附着，因此本发明的烧制温度控制为900-1100℃。本发明制备得到的电气石和玻璃轻石复合填料对垃圾渗滤液的污染物具有良好的吸附性能。
在本发明中，所述电气石和玻璃轻石复合填料包括以下质量份组分：电气石粉末2-5份、玻璃粉末85份、发泡剂10-15份、助熔剂1份和稳泡剂2份。
发明人试验不同的发泡剂投加量对填料的比表面积的影响，结果如表1所示。结果表明，发泡剂的投加量为10-15质量份时，填料形成的气孔大小较合适，同时比表面积较优。
表1
电气石的投加量增加可提升合成填料的性能，但电气石原料成本较高，因此电气石粉末的投加量选为2-5份。
在本发明中，所述发泡剂为碳酸盐矿物，其分解的气体二氧化碳是无毒、不易燃烧的，且其分解温度和玻璃的熔融温度接近，同时原料价格低、化学性质较稳定；所述助熔剂为四硼酸钠，所述稳泡剂为磷酸二氢钠。
在本发明中，所述光催化过硫酸盐氧化系统3还设有搅拌装置302和紫外光源304。
所述光催化过硫酸盐氧化系统3还设有出水管，经过该系统处理后的废水可由出水管排往污水管网进行进一步的处理。
在本发明中，所述垃圾渗滤液高效脱氮系统还包括调节池，调节池与电絮凝系统的进水口连接，在调节池内对垃圾渗滤液进行水质水量的调节，调节后的废水再流入电絮凝系统。
本发明还提供了一种利用上述系统进行垃圾渗滤液高效脱氮方法，如图2所示，包括以下步骤：
(1)垃圾渗滤液流入电絮凝系统，对垃圾渗滤液中的有机污染物及重金属进行预处理；
(2)经电絮凝系统处理后的垃圾渗滤液进入短程硝化-厌氧氨氧化系统进行生化处理，去除垃圾渗滤液中的氨氮及部分有机污染物；
(3)经生化处理后的垃圾渗滤液进入光催化-过硫酸盐氧化系统进行深度处理，进一步去除废水中残余的小分子有机污染物。
在本发明中，脉冲频率较低时钝化膜对于电流效率有抑制作用，而高频电流穿透力强，可弱化电极钝化的影响，因此脉冲频率优选为3000-5000Hz；电流密度的增加能提升絮凝剂的产量，但电流密度的提高使能耗上升同时加速电极的钝化，因此，电流密度优选为4-8A/dm2。
试验脉冲变相电源的阳极和阴极的变相周期比对于垃圾渗滤液的处理效果和能耗影响，结果如表2所示，在相同电流条件下，铁阳极分解产生的絮凝剂的量要多于铝阴极，同时铝阴极更容易钝化，导致能耗升高，因此本发明中脉冲变相电源的阳极和阴极的变相周期比T阳极：T阴极优选为5:1。
表2
在本发明中，所述步骤(2)中，短程硝化-厌氧氨氧化系统为序批式SBR反应器，所述SBR反应器的稳定运行阶段搅拌反应周期为18h；所述SBR反应器稳定运行阶段搅拌反应采用间歇曝气，曝气搅拌和缺氧搅拌的时间比为10min：30min，控制溶解氧浓度稳定在0.40-0.50mg/L，提升功能微生物的挂膜效率。
在本发明中，所述步骤(3)中，光催化-过硫酸盐系统的进水的pH调节为3-6。
在本发明中，光催化-过硫酸盐系统采用的紫外光源的平均光照强度为8-12mW/cm2。
在本发明中，所述过光催化/过硫酸盐系统采用过硫酸钾作为氧化剂，投加量为1-5mmol/L。
在本发明中，所述过光催化-过硫酸盐系统中催化剂的投加量为1-1.6g/L。
本发明通过优选光催化-过硫酸盐系统中进水的pH、紫外光源的平均光照强度、氧化剂的投加量、催化剂的投加量等参数，有助于提高氨氮及有机污染物降解效率。
分别采用本发明和现有的处理工艺对垃圾渗滤液进行处理，结果如表3所示。可见，本发明的处理工艺能够有效提高垃圾渗滤液中COD、TN、氨氮及重金属的去除率。
表3
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种垃圾渗滤液高效脱氮系统，其特征在于，包括依次连接的电絮凝系统、短程硝化-厌氧氨氧化系统和光催化-过硫酸盐氧化系统；所述短程硝化-厌氧氨氧化系统内填充有电气石和玻璃轻石复合填料；所述电气石和玻璃轻石复合填料包括以下质量份组分：电气石粉末2-5份、玻璃粉末85份、发泡剂10-15份、助熔剂1份和稳泡剂2份；所述发泡剂为碳酸盐矿物，所述助熔剂为四硼酸钠，所述稳泡剂为磷酸二氢钠；所述光催化-过硫酸盐氧化系统设有过硫酸盐投加装置和膨润土负载纳米二氧化钛；
所述电气石和玻璃轻石复合填料的制备方法为：将电气石粉末、玻璃粉末、发泡剂、助熔剂和稳泡剂混合后，经研磨、过筛和干燥，以10℃/min的速率升温加热至400℃，保温30min；再以10℃/min的速率升温至900-1100℃，保温20min；接着以20℃/min的速率降温至900℃后，取出，冷却至室温，得到所述电气石和玻璃轻石复合填料。
2.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液高效脱氮系统，其特征在于，所述电絮凝系统包括外电源、阳电极和阴电极，所述阳电极为铁板，阴电极为铝板。
3.根据权利要求2所述的垃圾渗滤液高效脱氮系统，其特征在于，所述电絮凝系统采用双极式结构，阳电极和阴电极之间还设有多组牺牲阳电极。
4.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液高效脱氮系统，其特征在于，所述短程硝化-厌氧氨氧化系统为序批式SBR反应器，所述SBR反应器内填充有电气石和玻璃轻石复合填料，所述SBR反应器内还设有搅拌装置和曝气装置。
5.根据权利要求1-4任一项所述的垃圾渗滤液高效脱氮系统，其特征在于，所述光催化- 过硫酸盐氧化系统还设有搅拌装置和紫外光源。
6.一种垃圾渗滤液高效脱氮方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）垃圾渗滤液流入电絮凝系统，对垃圾渗滤液中的有机污染物及重金属进行预处理；
（2）经电絮凝系统处理后的垃圾渗滤液进入短程硝化-厌氧氨氧化系统进行生化处理，去除垃圾渗滤液中的氨氮及部分有机污染物；
（3）经生化处理后的垃圾渗滤液进入光催化-过硫酸盐氧化系统进行深度处理，去除废水中残余的小分子有机污染物。
7.根据权利要求6所述的垃圾渗滤液高效脱氮方法，其特征在于，所述步骤（1）中，电絮凝系统采用脉冲变相电源，其脉冲频率为3000-5000Hz，所述脉冲变相电源的阳极和阴极的变相周期比为5:1，电流密度为4-8A/dm2。
8.根据权利要求6所述的垃圾渗滤液高效脱氮方法，其特征在于，所述步骤（2）中，短程硝化-厌氧氨氧化系统为序批式SBR反应器，所述SBR反应器的稳定运行阶段搅拌反应周期为18h；所述SBR反应器稳定运行阶段搅拌反应采用间歇曝气，曝气搅拌和缺氧搅拌的时间比为10min:30min，控制溶解氧浓度稳定在0.40-0.50mg/L。
9.根据权利要求6-8任一项所述的垃圾渗滤液高效脱氮方法，其特征在于，所述步骤（3）中，光催化-过硫酸盐系统的进水的pH调节为3-6；光催化-过硫酸盐系统采用的紫外光源的平均光照强度为8-12mW/cm2；所述光催化- 过硫酸盐系统采用过硫酸钾作为氧化剂，投加量为1-5mmol/L；所述光催化-过硫酸盐系统中膨润土负载纳米二氧化钛的投加量为1-1.6g/L。
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