CN114853274A

CN114853274A - 一种垃圾渗滤液膜浓缩液高效集成处理工艺

Info

Publication number: CN114853274A
Application number: CN202210456114.1A
Authority: CN
Inventors: 江双双; 余雷; 陆华健; 田伟汉
Original assignee: Nanjing Shenkelong Technology Co ltd
Current assignee: Nanjing Shenkelong Technology Co ltd
Priority date: 2022-04-28
Filing date: 2022-04-28
Publication date: 2022-08-05

Abstract

本发明公开了一种垃圾渗滤液膜浓缩液高效集成处理工艺，通过联合①生物酶氧化、②短程硝化反硝化、③多相金属化学催化及④自由基氧化工艺，针对本发明中的工艺，应用酶预氧化反应器，短程脱氮装置，磁声催化反应器，催化氧化反应器，竖流式沉淀池，微波超声反应装置进行实施；处理后出水达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889‑2008)表2和表3要求的排放标准；本发明是真正意义上的全量化处理工艺，实现对污染物的彻底降解和去除。

Description

一种垃圾渗滤液膜浓缩液高效集成处理工艺

技术领域

本发明涉及垃圾渗滤液处理技术领域，具体涉及一种垃圾渗滤液膜浓缩液高效集成处理工艺。

背景技术

垃圾渗滤液是一种高浓度、难降解的有机废水，对环境污染极为严重；当前，垃圾渗滤液处理广泛采用“MBR+NF/RO”膜技术工艺；而经过膜分离深度处理后的残液即是垃圾渗滤液膜浓缩液，一般不具有可生化性，主要成份为腐殖质类物质，呈棕黑色，其COD很高，并且含有大量的无机离子，其中：Cl^-在10000-20000mg/L，TDS在20000-60000mg/L，COD在4000-6000mg/L，NH₃-N在100-300mg/L，TN在600-1000mg/L；这部分高浓度、难降解的浓缩液限制了“MBR+NF/RO”膜技术工艺在垃圾渗滤液处理中的应用与发展。

目前，垃圾渗滤液膜浓缩液的主要处理方法有回灌法、蒸发法、膜蒸馏法、燃烧法以及高级氧化法等；（1）回灌法，采用回灌法处理膜浓缩液后，随着时间推移，回灌过程中水流容易形成短路，增加地下水造成污染的可能性；填埋层含水率增加，易引起不均匀沉降；难降解有机物积累、含盐量增加、电导率升高，导致膜产水率下降甚至系统不能运行；（2）蒸发法，蒸发法处理膜浓缩液是指在一定的温度和压强下，把膜浓缩液中相对易挥发的组分分离出去的过程，使得膜浓缩液体积减少90%。目前应用较多的有机械压缩蒸发法、浸没蒸发法；这两种工艺在实际运行过程中都存在设备腐蚀问题，设备装置的主材须是价格昂贵的耐腐蚀材料，因而设备造价昂贵且后期维护费用高；（3）膜蒸馏法，膜蒸馏法是膜技术与蒸发过程相结合的膜分离过程，其优点在于蒸馏过程几乎是在常温下进行，膜两侧只需要维持适当温差即可，设备简单，操作灵活方便，蒸馏效果好。其缺点在于膜成本较高，蒸馏通量小，由于浓度极化、温度极化等因素的影响，运行状态不稳定；（4）焚烧法，焚烧法作为一种有效的减量化、无害化方式在处理高浓度有机废液方面有较为广泛的应用。焚烧法具有占地少、处理效率高、污染物破除彻底和能量再利用等优点，但焚烧法的初期投资大、焚烧技术控制复杂、操作水平要求高，而且焚烧过程中伴随着有害物质如二噁英类物质的排放、结焦结渣以及炉体腐蚀等亟待解决的问题，这些都限制了焚烧法在膜浓缩液处理方面的推广应用；（5）高级氧化法，高级氧化技术是以产生具有强氧化能力的羟基自由基(·OH)为特点，在高温高压、电、声、光、催化剂等反应条件下，使难降解有机污染物氧化成小分子物质，最终氧化成二氧化碳和水。根据自由基的产生方式和反应条件的不同，可将其分为光化学氧化、声化学氧化、臭氧氧化、电化学氧化、芬顿氧化等。目前来说，相对于以上几种膜浓缩液处理技术，高级氧化技术是处理膜浓缩液的较优方法，其特点主要是：①高效，高级氧化技术降解有机物的速度非常快；②产物无害，高级氧化法把有机污染物最终氧化成二氧化碳和水，从而达到了彻底去除COD的目的；③相对来讲，经济成本低，可操作性强，它是一种物理化学过程，易控制；然而诸多研究表明，虽然采用高级氧化法处理膜浓缩液对有机物有很好的去除效果，但要保证处理膜浓缩液出水能够稳定达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)表2中COD≤100mg/L的要求仍然难度大，同时对NH₃-N和TN去除效果不明显。

基于目前处理垃圾渗滤液膜浓缩液的技术存在的弊端，本发明旨在克服上述技术存在的缺陷，提供一种垃圾渗滤液膜浓缩液高效集成处理工艺。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述缺陷，提供一种垃圾渗滤液膜浓缩液高效集成处理工艺。

本发明的技术方案是：

一种垃圾渗滤液膜浓缩液高效集成处理工艺，依次经过①生物酶氧化、②短程硝化反硝化、③多相金属化学催化及④自由基氧化工艺；针对本发明中的工艺，我们应用酶预氧化反应器，短程脱氮装置，磁声催化反应器，催化氧化反应器，竖流式沉淀池，微波超声反应装置进行处理。

经“MBR+NF/RO”膜工艺处理后NF/RO浓缩液废水，由泵提升进入酶预氧化反应器，酶预氧化反应器内设置有填料和曝气装置，填料上负载有由白腐菌、链霉菌及木霉菌中的一种或多种复合霉菌形成的生物膜；通过酶预氧化反应器内负载的复合霉菌产生的复合酶，打开污染物质中复杂的化学链，将腐殖酸类大分子污染物转化为易于被氧化的小分子有机质，作为反硝化脱氮所需的碳源，然后废水进入短程脱氮装置，将硝酸盐氮转化为氮气，从而达到去除总氮的目的；短程脱氮装置创造稳定的缺氧环境，使得反硝化菌能在高盐水质环境下形成优势菌种，缩短反应时间，提高脱氮效率，同时利用酶预氧化出水中的有机物作为碳源，降低碳源投加量，减少污泥产量。

短程脱氮装置处理过的废水经泵提升进入磁声催化反应器，使难降解的有机物先催化反应生成易氧化降解的小分子污染物，磁声催化反应器由磁化装置、超声装置和SKL-复合催化材料组成，SKL-复合催化材料装填密度5kg/m³，废水在磁声催化反应器中进行多电位差多相金属化学催化反应，降低下一步催化氧化反应的处理负荷，再进入催化氧化反应器，在催化氧化反应器进水主管中添加硫酸亚铁和双氧水，产生羟基自由基(·OH)，与废水中有机污染物发生快速的链式反应，进一步降解污染物，反应完成后，废水中的硫酸亚铁通过回调pH形成氢氧化铁沉淀，废水中加入阴离子聚丙烯酰胺（PAM），自流进入竖流式沉淀池进行固液分离，竖流式沉淀池停留时间为4-6h；

本申请中优选的，硫酸亚铁指工业固体七水合硫酸亚铁，投加量为1000-3000mg/L，双氧水为工业双氧水，浓度为27.5％，双氧水投加量为1000-3000mg/L。

固液分离后废水进入微波超声反应装置，进一步通过微波能和超声将难降解有机物分子内部裂解，产生自由基反应，同时将废水中存在的Cl^-等裂解产生具有强氧化性的ClO^-等，将废水中剩余的氨氮彻底降解，得到最终出水。

本申请中优选的，微波超声反应装置基于中国实用新型专利CN210163272U《一种垃圾渗滤液膜浓缩液处理装置》公开的装置，包括外壳体、微波预催化反应区、超声反应区以及微波强化反应区，达到对垃圾渗沥液膜浓缩液中COD、NH₃-N、色度等污染物的彻底降解。

本申请中优选的，磁声催化反应器和催化氧化反应器装置参数依据中国发明专利CN106630390B《一种酶预催化-磁声催化氧化深度水处理方法》公开的装置。

本发明与现有技术相比具有如下特点和优势：

1.本发明提供的一种垃圾渗滤液膜浓缩液高效集成处理工艺，是真正意义上的全量化处理工艺，实现对污染物的彻底降解和去除。而现有处理工艺如高压膜、蒸发等工艺都是通过物理分离浓缩的方式处理污染物，仅是渗滤液量上的减少，没有从实质上把污染物降解，两种工艺有着本质上的区别。

2.通过酶预氧化将浓缩液中腐殖酸类大分子污染物转化为易于被氧化的小分子有机质，从而可被短程反硝化脱氮工艺中的异养型反硝化菌利用，减少后续反硝化脱氮工艺所需的碳源，节省碳源成本。

3.利用磁化、超声联合催化的作用，废水先通过磁场后，使原来较大缔合水分子集团变成较小缔合水分子集团，水的表面张力变小，使水在超声波的作用下更易于发生空化作用，提高了超声波的催化速度。

4.利用SKL-复合催化材料的多相金属作为反应活性中心，催化活性点多，催化活性高，氧化反应速率和氧化能力高；同时协同硫酸亚铁与双氧水形成的芬顿反应体系，彻底催化氧化降解污染物。

5.本发明的优势在于联合生物酶氧化-短程硝化反硝化-多相金属化学催化-自由基氧化的机理于一组反应器中，针对垃圾渗滤液膜浓缩液中大量腐殖酸、多环芳烃、卤代烃、杂环类、苯酚、酚的同系物等多环类化合物具有高效的降解效率，对COD、氨氮、总氮、色度等指标均具有较高的去除率高并且能使出水稳定达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)表2和表3要求的排放标准。

6.该发明工艺深度处理后的垃圾渗滤液膜浓缩液废水可排入下游城镇污水处理厂，生态性良好，社会环境效益好。

附图说明

图1为本发明工艺流程示意图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图图1，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明通过联合①生物酶氧化、②短程硝化反硝化、③多相金属化学催化及④自由基氧化工艺，提供一种高效集成的垃圾渗滤液膜浓缩液全量化处理的方法，处理后出水达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)表2和表3要求的排放标准；针对本发明中的工艺，我们应用酶预氧化反应器，短程脱氮装置，磁声催化反应器，催化氧化反应器，竖流式沉淀池，微波超声反应装置进行处理。

实施例1：

废水来源：北京某垃圾填埋场，日处理水量2200m³/d，目前有两套处理工艺：一套为1200吨/日设施“调节池+厌氧反应器+MBR+NF+RO”；另一套为1000吨/日撬装设备“混合池+生物转盘+生物曝气池+沉淀池+砂滤器+两级DTRO”；每天产生NF、RO和DTRO的浓缩液共500m³/d；

我司采用生物酶氧化-短程硝化反硝化-多相金属化学催化-自由基氧化联合工艺处理该膜浓缩液废水，处理后出水指标满足了《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)表2要求的排放标准，实现了垃圾渗滤液膜浓缩液的全量化处理。

技术参数：

每天膜浓缩液处理规模500吨。酶预氧化时间2h；短程硝化反硝化反应时间17h；磁声催化反应时间3h，催化氧化反应时间3h，多相金属催化剂SKL-复合催化材料装填密度5kg/m³；竖流式沉淀池停留时间6h；自由基氧化反应时间30min。

药剂投加：

依据设计水质要求，进水COD＜8000mg/L，出水COD＜100mg/L，进水TN＜600mg/L，出水TN＜40mg/L，醋酸钠投加量1200mg/L，亚铁投加量3000mg/L，双氧水(浓度27.5％)投加量3000mg/L，助凝剂PAM投加量6mg/L；配套5套加药装置。

具体实施情况如下：

1、将该填埋场NF/RO膜和两级DTRO膜浓缩液废水经泵提升进入酶预氧化反应器，酶预氧化反应器内装填有填料和曝气装置，填料负载有由白腐菌、链霉菌、木霉菌复合霉菌形成的生物膜，曝气装置用于为复合霉菌供氧和促进酶与废水混合均匀，反应时间为2h；

2、酶预氧化反应器出水自流进入短程硝化反硝化反应装置，废水中反应后的有机物可做部分碳源使用，同时额外补充1200mg/L的醋酸钠碳源，进行脱氮反应，反应时间17h；

3、短程硝化反硝化出水经泵提升进入磁声催化反应器，该反应器由磁化装置、超声装置和多相金属催化剂组成，废水在磁声催化反应器中进行多电位差多相金属化学催化反应，反应时3h，多相金属催化剂SKL-复合催化材料装填密度5kg/m³，在进水管道上添加硫酸亚铁和双氧水，通过管道混合器水力搅拌均匀进入催化氧化反应器进行反应，在反应器中降解大部分污染物，达到高效去除COD的目的；然后在废水中加入阴离子PAM，进入竖流式沉淀池沉淀6h，进行固液分离；

4、竖流式沉淀池出水自流进入微波超声反应装置，反应时间30min，彻底无选择性地把剩余有害物质氧化成CO₂、H₂O或矿物盐；保证出水指标满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)表2要求的排放标准。

深度处理效果见表1；

表1：处理前后COD、NH₃-N、TN、TP指标，单位:mg/L

实施例2：

废水来源：江苏某垃圾填埋场垃圾渗沥液处理规模1000吨/日，处理工艺主要采用“调节池+一级缺氧生化池（A）+一级好氧生化池（O）+二级缺氧生化池（A）+二级好氧生化池（O）+MBR+NF+RO”，NF和RO产生的膜浓缩液收集于水池中，浓缩液水量250吨/日；

我司采用生物酶氧化-短程硝化反硝化-多相金属化学催化-自由基氧化联合工艺处理该膜浓缩液废水，处理后出水指标满足了《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)表2要求的排放标准，由此该膜浓缩液实施了本发明内容的工程规模化应用，实现了垃圾渗滤液膜浓缩液的全量化处理。

技术参数：

每天膜浓缩液处理规模250吨。生物酶预氧化时间2h；短程硝化反硝化反应时间17h；磁声催化反应时间3h，催化氧化反应时间3h，多相金属催化剂SKL-复合催化材料装填密度5kg/m³；竖流式沉淀池停留时间6h；自由基氧化反应时间30min 。

药剂投加：

依据设计水质要求，进水COD＜5000mg/L，出水COD＜100mg/L，进水TN＜500mg/L，出水TN＜40mg/L，复合霉菌投加量0.5kg/m³，醋酸钠投加量1000mg/L，亚铁投加量2000mg/L，双氧水(浓度27.5％)投加量2000mg/L ，助凝剂PAM投加量5mg/L；配套5套加药装置。

具体实施情况如下：

2、酶预氧化反应器出水自流进入短程硝化反硝化反应装置，废水中反应后的有机物可做部分碳源使用，同时额外补充1000mg/L的醋酸钠碳源，进行脱氮反应，反应时间17h；

3、短程硝化反硝化出水经泵提升进入磁声催化反应器，该反应器由磁化装置、超声装置和多相金属催化剂组成，废水在磁声催化反应器中进行多电位差多相金属化学催化反应，反应时间3h，催化材料装填密度5kg/m³，在进水管道上添加硫酸亚铁和双氧水，通过管道混合器水力搅拌均匀进入催化氧化反应器进行反应，反应时间3h，在反应器中降解大部分污染物，达到高效去除COD的目的；然后在废水中加入阴离子PAM，进入竖流式沉淀池沉淀6h，进行固液分离；

深度处理效果见表2。

表2：处理前后COD、NH₃-N、TN、TP指标；单位:mg/L

实施例3：

废水来源：广西某垃圾填埋场垃圾渗沥液处理规模600吨/日，处理工艺主要采用“调节池+一级缺氧生化池（A）+一级好氧生化池（O）+二级缺氧生化池（A）+二级好氧生化池（O）+MBR+NF+RO”；

目前该填埋场已实施封厂，渗沥液现有生化处理设施主要处理大坑储存的30万吨渗沥液和部分填埋场垃圾山新鲜渗沥液，其主要特点为氮含量高。

现有生化+膜处理设施产生的渗滤液采用生物酶氧化-短程硝化反硝化-多相金属化学催化-自由基氧化联合工艺处理该膜浓缩液废水，处理规模设计300吨/日，处理后出水指标满足了《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)表2要求的排放标准，由此该膜浓缩液实施了本发明内容的工程规模化应用，实现了垃圾渗滤液膜浓缩液的全量化处理。

技术参数：

每天膜浓缩液处理规模300吨。生物酶预氧化时间2h；短程硝化反硝化反应时间17h；磁声催化反应时间3h，催化氧化反应时间3h，多相金属催化剂SKL-复合催化材料装填密度5kg/m³；竖流式沉淀池停留时间6h；自由基氧化反应时间30min。

药剂投加：

依据设计水质要求，进水COD＜5000mg/L，出水COD＜100mg/L，进水TN＜2000mg/L，出水TN＜40mg/L，复合霉菌投加量1.5kg/m³，醋酸钠投加量3500mg/L，亚铁投加量3000mg/L，双氧水(浓度27.5％)投加量3000mg/L，助凝剂PAM投加量6mg/L；配套5套加药装置。

具体实施情况如下：

1、将该填埋场NF/RO膜和两级DTRO膜浓缩液废水经泵提升进入酶预氧化反应器，酶预氧化反应器内装填有填料和曝气装置，填料负载有由白腐菌形成的生物膜，曝气装置用于为复合霉菌供氧和促进酶与废水混合均匀，反应时间为2h；

2、酶预氧化反应器出水自流进入短程硝化反硝化反应装置，废水中反应后的有机物可做部分碳源使用，同时额外补充3500mg/L的醋酸钠碳源，进行脱氮反应，反应时间17h；

3、短程硝化反硝化出水经泵提升进入多相金属化学催化反应器，该反应器由磁化装置、超声装置和多相金属催化剂组成，废水在磁声催化反应器中进行多电位差多相金属化学催化反应，反应时间3h，催化材料装填密度5kg/m³，在进水管道上添加硫酸亚铁和双氧水，通过管道混合器水力搅拌均匀进入催化氧化反应器进行反应，反应时间3h，在反应器中降解大部分污染物，达到高效去除COD的目的；然后在废水中加入阴离子PAM，进入竖流式沉淀池沉淀6h，进行固液分离；

深度处理效果见表3。

表3：处理前后COD、NH₃-N、TN、TP指标；单位:mg/L

Claims

1.一种垃圾渗滤液膜浓缩液高效集成处理工艺，其特征在于，依次经过①生物酶氧化、②短程硝化反硝化、③多相金属化学催化及④自由基氧化工艺。

2.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液膜浓缩液高效集成处理工艺，其特征在于，步骤①中将经“MBR+NF/RO”膜工艺处理后NF/RO浓缩液废水，利用复合酶打开污染物质中复杂的化学链，将腐殖酸类大分子污染物转化为易于被氧化的小分子有机质，作为步骤②中反硝化脱氮所需的碳源，步骤②中利用步骤①中获得的碳源以及额外补充的碳源，将硝酸盐氮转化为氮气，从而达到去除总氮的目的。

3.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液膜浓缩液高效集成处理工艺，其特征在于，步骤③具体为：将经过步骤②处理过的废水先进行磁声催化反应，使难降解的有机物先催化反应生成易氧化降解的小分子污染物，再进行催化氧化反应，进一步催化氧化降解有机污染物，然后在废水中加入阴离子PAM，经竖流式沉淀池进行固液分离。

4.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液膜浓缩液高效集成处理工艺，其特征在于，步骤④具体为：将固液分离后的废水进行微波超声反应，通过微波能和超声将难降解有机物分子内部裂解，产生自由基反应，同时将废水中存在的Cl^-等裂解产生具有强氧化性的ClO^-等，将废水中剩余的氨氮彻底降解，得到最终出水。

5.根据权利要求2所述的垃圾渗滤液膜浓缩液高效集成处理工艺，其特征在于，步骤①中应用酶预氧化反应器,内设置有填料和曝气装置，填料上负载有由白腐菌、链霉菌及木霉菌中的一种或多种复合霉菌形成的生物膜。

6.根据权利要求3所述的垃圾渗滤液膜浓缩液高效集成处理工艺，其特征在于，步骤③中应用磁声催化反应器和催化氧化反应器，磁声催化反应器由磁化装置、超声装置和SKL-复合催化材料组成，SKL-复合催化材料装填密度5kg/m³。

7.根据权利要求3所述的垃圾渗滤液膜浓缩液高效集成处理工艺，其特征在于，在进行催化氧化反应之前向废水中添加硫酸亚铁和双氧水。

8.根据权利要求7所述的垃圾渗滤液膜浓缩液高效集成处理工艺，其特征在于，所述硫酸亚铁指工业固体七水合硫酸亚铁，投加量为1000-3000mg/L，双氧水为工业双氧水，浓度为27.5％，双氧水投加量为1000-3000mg/L。

9.根据权利要求3所述的垃圾渗滤液膜浓缩液高效集成处理工艺，其特征在于，竖流式沉淀池停留时间为4-6h。

10.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液膜浓缩液高效集成处理工艺，其特征在于，步骤②中应用短程脱氮装置；步骤④中应用微波超声反应装置。