CN1259260C - 城市生活垃圾填埋场渗滤液处理方法 - Google Patents

Abstract

城市生活垃圾填埋场渗滤液的处理方法，属于环保技术领域。为了使填埋场渗滤液处理达标，并克服反渗透和纳滤工艺中浓缩液处理的问题和缺点，本发明提供了一种城市生活垃圾填埋场渗滤液的处理方法，包括如下步骤：将渗滤液泵入超滤系统，膜分离后得到的浓缩液用于分离制取腐植酸有机液体肥料，透过液进入生物膜硝化、反硝化系统，充分去除氨氮和有机物；所述的生物膜硝化、反硝化系统由复合厌氧生物膜反应器和两级好氧生物膜反应器构成；所述生物膜硝化、反硝化系统的出水进入混凝沉淀池，对在所述生物膜硝化、反硝化系统中脱落的生物膜和产生的大分子水溶性有机物进行净化处理。本发明方法实用、先进，占地少，无二次污染，运行可靠。

Description

城市生活垃圾填埋场渗滤液处理方法

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种城市生活垃圾填埋场渗滤液处理方法。

背景技术

卫生填埋因经济低廉、技术可靠一直是城市生活垃圾处置的主要方式之一，在填埋场的日常运行管理中，渗滤液的处理达标至今还是一个难题，成为城市生活垃圾填埋场的主要二次污染源。构成渗滤液难处理的本质原因在于渗滤液中含有高浓度的难生物降解有机物—腐植酸和氨氮，前者实际更难解决，因为许多研究和工程实践均表明，只要合理选用反应器或优化工艺参数，即使氨氮浓度高至1500mg/L左右，仍可通过生物硝化达标。而难生物降解的腐植酸，通过生化和常规物化工艺均难于有效去除。由于渗滤液中含有部分可生化处理的有机物，尤其是处于填埋场早期的渗滤液，有机物浓度很高，可生化性好，采用生化处理经济、高效；同时，生物脱氮还是氨氮去除的主要方式之一，而且是最经济低廉的，因此渗滤液处理组合工艺中基本离不开生化工艺部分。但经生化处理后出水的COD_cr仍维持在1000mg/L左右，它主要由腐植酸贡献，这部分有机物需通过物化工艺去除。活性碳吸附法可有效去除分子量100～10000的有机物，超出该范围的有机物难于吸附，而渗滤液中有部分腐植酸分子量大于10000，因此活性碳法难于使处理达标；高级氧化技术对有机物的净化作用包括两方面：把有机物完全无机化和把大分子有机物分解为小分子有机物，这些作用要起到明显效果需要较大的氧化剂用量，从而使运行成本难于承受，且通常也难于使出水达标；混凝沉淀或气浮法对渗滤液生化处理出水的去除率只有10～50％，因此也难于适用；可实用的物化工艺中能稳定达到一级排放标准的只有膜工艺，主要为反渗透和纳滤，但其投资和运行费用均较高，且通常还有占原有体积10～25％的截留浓缩液需进一步处理。由于反渗透和纳滤一般对渗滤液中各成分，包括有机物和无机盐份的截留率均很高，选择性又较差，尤其是反渗透，几乎不加选择地全部截留，因此，浓缩液的成分复杂，浓度高，目前其处理方法主要有回灌、焚烧、固化等，其中焚烧和固化成本高昂，而回灌成本较低，但会导致回灌后填埋场的渗滤液中盐类离子的累积，这将影响膜工艺的正常运行。综上所述，对渗滤液单纯从处理角度来考虑都存在一定的问题和缺点。

发明内容

单纯从处理角度看，腐植酸和氨氮是影响渗滤液处理难达标的主要污染物，但从资源化角度，它们分别是有机和无机肥料的主要成分，因此本发明综合了处理和资源化角度，提供了从渗滤液中用膜工艺和化学沉淀法分别除去绝大部分腐植酸和部分氨氮(可分别用于制取有机和无机液体肥料)，从而使渗滤液得于达标处理的生化-物化组合工艺。

本发明提供了一种城市生活垃圾填埋场渗滤液的处理方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：将渗滤液泵入超滤系统，膜分离后得到的浓缩液用于分离制取腐植酸有机液体肥料，透过液进入生物膜硝化、反硝化系统，充分去除氨氮和有机物；所述的生物膜硝化、反硝化系统由复合厌氧生物膜反应器和两级好氧生物膜反应器构成，所述两级好氧生物膜反应器包括在前的颗粒活性碳生物流化床和紧随其后的颗粒活性碳生物过滤床；所述生物膜硝化、反硝化系统的出水进入混凝沉淀池，对在所述生物膜硝化、反硝化系统中脱落的生物膜和产生的大分子水溶性有机物进行净化处理。

对于早期或仍处于酸性发酵阶段的填埋场渗滤液，应先经复合厌氧生物反应器进行预处理，沼气回收作能源，然后再泵入超滤系统。

当填埋场渗滤液的氨氮＞1500mg/L时，先将所述超滤系统的透过液通入化学沉淀脱氮池，经泥水分离后，沉淀物用于制取无机液体肥料，上清液再送入生物膜硝化、反硝化系统进行后续处理。

在超滤系统中：操作压力差为0.3～0.5Mpa，浓缩倍数为5～10倍，所用膜的截留相对分子量为500～5000；

在化学沉淀脱氮池中，利用MgO和Na₂HPO₄产生磷酸铵镁，其中Mg∶N∶P＝1～1.2∶1∶0.7，pH＞7.5。

在生物膜硝化、反硝化系统中，在复合厌氧生物膜反应器内投加2g/L的粉末活性碳用于形成颗粒污泥层，按3.6gCOD/gNO₃-N比值外加甲醇作为反硝化的碳源，复合厌氧生物膜反应器的水力停留时间至少24小时。

本发明中，所述的颗粒活性碳生物流化床中颗粒活性碳充填量为5～10g/L，水力停留时间至少72小时。

本发明中，所述颗粒活性碳生物过滤床的水力停留时间至少12小时，其中部分出水回流至所述复合厌氧生物膜反应器，回流比为4～5。

超滤系统浓缩液和化学沉淀脱氮池污泥在分别制取有机和无机液体肥料工艺过程中排出的废水并入本渗滤液组合工艺进行处理。

本发明的特点在于：针对渗滤液因含较高浓度腐植酸和氨氮而造成常规工艺处理出水中有机物和氨氮指标难达标的问题，同时考虑克服渗滤液反渗透和纳滤工艺中浓缩液处理的问题和缺点，从处理与资源化相结合的角度，提出了渗滤液处理的生化-物化组合工艺。具体表现为：(1)采用超滤、厌氧-好氧生物膜法、混凝沉淀，辅以厌氧、化学沉淀法组成的生化-物化工艺，处理出水可达到国家一级排放标准，而超滤系统浓缩液和化学沉淀法沉淀物可分别进一步分离浓缩制取有机和无机液体肥料，无二次污染。(2)采用复合厌氧生物反应器进行预处理，大量的可生物降解有机物被充分分解，所产生的沼气回收作能源。(3)采用膜工艺来从渗滤液中分离出腐植酸等难生物降解有机物。在现有的用于处理渗滤液的膜工艺中主要为反渗透和纳滤，使用的是孔径小于1nm的膜，所需操作压力差较大，本组合工艺中，膜工艺为超滤系统，实际上其介于纳滤与超滤交叉的范围内，即介于纳滤截留相对分子量(MWCO)的高端，和超滤截留相对分子量的低端之间，一般仍称为超滤系统。本发明所采用的超滤系统使用的膜孔径略大于1nm(对有机膜约为1.1～1.3nm，对无机膜则略大)，或相应的截留相对分子量为500～5000。因此，本发明采用的超滤系统对渗滤液中腐植酸可有高效的截留，而无机离子等可良好通过，从而大大降低膜两侧的渗透压，减少电耗，同时保持膜分离后得到的浓缩液中无机盐分含量与进入该级超滤系统前的渗滤液的基本接近，从而为使所制取的腐植酸有机液体肥料中无机物含量不会过高创造条件，而这与现有渗滤液采用反渗透和纳滤膜工艺中产生的浓缩液存在根本差别。现有的反渗透和纳滤膜工艺产生的浓缩液中常含有比进行分离前的渗滤液高得多的无机盐分，即无机盐分也被浓缩了一定倍数，而且不稳定的低分子有机物含量也比本发明所采用的超滤系统产生的浓缩液的高，从而使其难于资源化。(4)利用化学沉淀法形成磷酸铵镁(MgNH₄PO₄·6H₂O，MAP)沉淀来去除部分氨氮。由于本处理单元只是用来控制进到后续生物硝化、反硝化系统的氨氮浓度小于1000～1500mg/L，因此不需要很高的氨氮去除率，故本发明中药剂采用MgO和Na₂HPO₄·12H₂O，Mg∶N∶P＝1～1.2∶1∶0.7，pH＞7.5，这样就无需大量投加碱性物质调节pH。因MgO为难溶物质，这就减少了本处理单元所引入的盐分，避免了对后续生物处理不利的影响，同时MgO和MAP还具有对COD和难生物降解有机物一定的吸附去除作用。虽然化学沉淀法除氨氮药剂费用较高，但生成的磷酸铵镁沉淀物中含有与土壤施肥相似的组成部分N、P和Mg，可用于制取无机液体肥料，这会部分抵扣运行成本，同时其反应快，操作简便，且不会产生像吹脱除氨氮常伴随的二次污染等问题。(5)由复合厌氧生物膜反应器和两级好氧生物膜反应器构成生物膜硝化、反硝化系统。生物脱氮是氨氮去除的主要和最经济低廉的方式，当氨氮浓度＜1500mg/L时，可通过生物硝化达标。生物脱氮成功与否与碱度、生物量、微量生物活性物质等因素密切相关，渗滤液含有氨基腐植酸生物活性物质和很高含量的碱度，这些特性为其在高浓度氨氮下进行高效生物硝化提供了可能。由于生物硝化微生物世代时间长，同时渗滤液经复合厌氧生物反应器等前面处理单元后出水中有机物浓度已大为降低且可生化性一般，因此为维持足够的生物量，最好采用以生物膜为主兼有悬浮污泥的生物反应器，以使硝化细菌等微生物不易流失，同时水力停留时间也要长。本组合工艺中超滤系统膜截留相对分子量为500～5000，因此会有少量低分子量腐植酸透过膜最终进入生物膜硝化、反硝化系统，而活性碳对这部分腐植酸可有很好的吸附作用，同时活性碳也是良好的载体，因此选择活性碳生物膜法可同时满足上述要求。活性碳生物膜法对有机物的去除兼有生物作用和物化作用的优点，有机物和微生物被吸附富集在活性碳的表面，营造一种优化的局部环境，使有机物可得到有效的降解，新生的活性碳表面又可以吸附有机物，因此即使难生物降解的有机物—腐植酸，也可以很好地去除。由于本组合工艺中生物膜硝化、反硝化系统的进水COD/N比经常会低于4，因此生物脱氮途径除了传统的全程硝化、反硝化过程，还存在新型的短程硝化、反硝化和厌氧氨氧化等过程。在好氧生物膜反应器中，虽然混合液主体溶解氧(DO)可达5mg/L以上，但在生物膜内，由于传质阻力和沿程微生物耗氧，其DO可能低至0.5～1.0mg/L以下，在该环境中短程硝化、反硝化和厌氧氨氧化等过程可很好地进行，这样有机碳源供应和需氧量都可以降低。由于活性碳价格较贵，密度比水大，而反应器要求的水力停留时间又较长，因此考虑使活性碳生物膜悬浮均匀分布于反应器内，既降低了活性碳的用量及其总费用，又使活性碳和反应器的空间得到充分利用。内循环的颗粒活性碳生物流化床结构简单，流体传质与混合性能好，低剪切而保持高的生物浓度及生物活性，不需污泥回流，抗冲击负荷，因此选用它作为生物硝化主反应器。由于活性碳生物膜处于流化状态，活性碳及其生物膜受到一定的剪切作用仍会少量发生破碎、脱落，造成出水悬浮物(SS)较大且难于沉淀，因此后续采用颗粒活性碳生物过滤床对悬浮物进行有效的粘附和滤除。颗粒活性碳生物流化床和颗粒活性碳生物过滤床构成高、低负荷二级处理系统，一级处理系统在高负荷下运行，主要起到大量分解有机物和维持高生物量以利于高效的生物硝化、反硝化作用，二级处理系统在低负荷下运行，主要起到进一步生物硝化和净化有机物作用，以保证氨氮基本被完全转化为硝酸盐氮和可生化有机物基本彻底被无机化。出水部分回流到复合厌氧生物反应器，硝酸盐氮在此反硝化为氮气而去除。复合厌氧生物反应器上部设有组合填料，另外反应器启动时投加2g/L的粉末活性碳用于形成颗粒污泥层，从而保证反应器内有较高的生物量。相比现有的渗滤液生物脱氮技术中，在高浓度氨氮(＜2000mg/L)时常用膜生物反应器(MBR)形式的硝化、反硝化系统，其对腐植酸的去除效果不佳，而常规的厌氧-好氧系统多适用于低浓度氨氮(＜500mg/L)下，因此本组合工艺中生物膜硝化、反硝化系统既可以在高浓度氨氮时达到高效生物脱氮，又同时满足对有机物的全面去除。(6)混凝沉淀池对生物膜硝化、反硝化系统中脱落的生物膜和产生的大分子水溶性有机物进一步净化，确保出水达一级排放标准。

本发明的有益效果：1、在明确了渗滤液中含有较高浓度的腐植酸和氨氮后，从处理与资源化结合的角度出发，采用生化-物化组合工艺，既使渗滤液处理达到了一级排放标准，又考虑了渗滤液的资源化利用。2、可利用本组合工艺对国内在用的采用常规工艺的基本都不能达标的渗滤液处理设施进行改造，可使整合后的渗滤液处理设施出水中有机物达标，从而达到环境效益、社会效益和经济效益的统一。3、本组合工艺先进、实用，占地少，无二次污染，运行可靠。

附图说明

图1是本发明渗滤液处理方法流程图。

图2是增加了厌氧预处理和化学沉淀除氮的渗滤液处理方法流程图。

具体实施方式

结合图1，以北京市某生活垃圾卫生填埋场渗滤液的处理为例来说明本发明。

该卫生填埋场1997年开始运行，现已进入产甲烷阶段，日产生渗滤液200吨，水质如下：pH为7.67～8.48，COD_cr为2220～3520mg/L，BOD₅为230～617mg/L，TOC为841～1590mg/L，NH₄-N为748～1460mg/L，电导率为18.2～24.1ms/cm，重金属浓度均低于一级排放标准，颜色呈黄色至红褐色。可见该渗滤液在填埋场内已充分厌氧分解了，且氨氮浓度＜1500mg/L。将该渗滤液泵入砂滤罐和小型微滤装置，去除粒径大于1～10μm以上的污泥等颗粒物，出水再经泵进入超滤系统，超滤膜的截留相对分子量(MWCO)为1000，操作压力差为0.4Mpa，浓缩倍数为5倍，膜分离后的透过液透明、无色，COD_cr为500～1500mg/L，BOD₅为180～560mg/L，NH₄-N为700～1300mg/L；而膜浓缩液呈红褐色，表明含有高浓度的腐植酸，可进一步分离浓缩、净化制取腐植酸有机液体肥料。透过液进入生物膜硝化、反硝化系统，在复合厌氧生物反应器上部设有组合填料，另外反应器启动时投加2g/L的粉末活性碳用于形成颗粒污泥层，其水力停留时间(HRT)至少24小时(Hrs)，在复合厌氧生物反应器内外加甲醇作为反硝化的碳源，投加量为3.6gCOD/gNO₃-N；出水依顺序进入颗粒活性碳生物流化床、颗粒活性碳生物过滤床，颗粒活性碳生物流化床中颗粒活性碳充填量为5g/L，HRT至少72Hrs，使用自吸射流曝气，溶解氧(DO)＞5mg/L；颗粒活性碳生物过滤床有效水深4m，颗粒活性碳床层厚度2m，HRT至少12Hrs，使用穿孔管鼓风曝气，气水比8∶1，其部分出水回流至复合厌氧生物膜反应器，回流比为4～5，部分出水流入混凝沉淀池；生物硝化、反硝化系统出水COD_cr为90～120mg/L，BOD₅＜10mg/L，NH₄-N＜15mg/L。混凝沉淀池对生物硝化、反硝化系统的出水作进一步净化，反应时间30分钟(min)，沉淀时间3Hrs，混凝剂(PAC)用量＜100mg/L，助凝剂(PAM)用量＜1mg/L，最终出水达到一级排放标准，沉淀污泥经浓缩脱水后送填埋场处置。

对于早期或仍处于酸性发酵阶段的填埋场渗滤液，其有机物浓度高，可生化性好，应先经复合厌氧生物反应器进行预处理，产生的沼气可回收作能源，然后出水再泵入超滤系统；有些填埋场的进场垃圾中有机成分含量高，导致渗滤液的NH₄-N＞1500mg/L，此时应在超滤系统后，先将其透过液通入化学沉淀脱氮池，经泥水分离后，沉淀物用于制取无机液体肥料，上清液再送入生物膜硝化、反硝化系统进行后续处理。如图2所示，将在垃圾填埋场内排出的渗滤液经过收集系统流入调蓄池，由泵提升进入复合厌氧生物反应器，经充分厌氧分解后，所含有的有机物中，大多数性质较稳定。渗滤液厌氧出水先进入升流式砂滤池，去除粒径大于1～10μm以上的污泥等颗粒物，保证后续超滤系统的良好运行，再用泵进入超滤系统，在压力驱动下渗滤液分成两部分：一部分为膜透过液，水量占进水的80～90％，所含有机物分子量较小，可生化性大大提高，容易进一步处理达标后排放；另一部分为膜截留的浓缩液，富含以腐植酸为主的难生物降解有机物，浓度很高，而所含的以无机盐分为主体的总溶解性残渣(TDS)与膜分离前的进料渗滤液基本接近，即无机离子在超滤系统中可以良好通过，浓缩液这部分水量占进水的10～20％，这部分经进一步分离浓缩、净化，可制取腐植酸有机液体肥料，而分离出废水并到超滤系统和膜透过液中得到处理，因此膜透过液的总体积占进水的96％以上。超滤系统的膜透过液流入化学沉淀脱氮池，采用MgO和Na₂HPO₄·12H₂O，投加量比按Mg∶N∶P＝1～1.2∶1∶0.7，在反应过程中可适当投加石灰水控制pH值＞7.5，经泥水分离后，沉淀物可用于制取无机液体肥料，在过程中分离出的废水并入上清液，一起进入由复合厌氧生物膜反应器和两级好氧生物膜反应器构成的生物膜硝化、反硝化系统。在生物膜硝化、反硝化系统中，有机物和氨氮在硝酸盐细菌、亚硝酸盐细菌等厌氧、缺氧和好氧微生物的生化作用和活性碳吸附作用的协同作用下，基本全部被分解、转化，出水达到或接近一级排放标准，在本生物膜脱氮系统中可根据需要在复合厌氧生物膜反应器内外加甲醇作为反硝化的碳源。最后一道混凝沉淀池对生物膜硝化、反硝化系统的脱落生物膜和该过程中产生的大分子水溶性有机物进一步净化，确保出水完全达标，而产生的污泥经浓缩脱水后送填埋场处置。

本发明所述的渗滤液处理工艺技术参数：

1、渗滤液水质条件

pH                 5～9

COD_cr                1500～60000mg/L

NH₄-N               ＜3000mg/L

2、复合厌氧生物反应器

控制温度             35±3℃

容积负荷             4～10kgCOD_cr/m³·d

COD_cr去除率         50～90％

沼气产生量           0.30～0.45m³/kgCOD_cr

3、超滤系统

工作压力             0.3～0.5Mpa

浓缩倍数             5～10倍

COD_cr去除率         45～65％

4、化学沉淀脱氮池

pH                   7.5～9

反应时间             30min

沉淀时间             3Hrs

进水NH₄-N         1500～3000mg/L

出水NH₄-N         ＜1000～1500mg/L

5、生物膜硝化、反硝化系统

pH                   7.5～9

甲醇外加量           3.6gCOD/gNO₃-N

回流比               4～5

进水NH₄-N         ＜1500mg/L

出水NH₄-N         ＜15mg/L

复合厌氧生物膜反应器：

HRT                  24Hrs

粉末活性碳           2g/L

颗粒活性碳生物流化床：

HRT                  72Hrs

活性碳充填量         5～10g/L

DO                   ＞5mg/L

颗粒活性碳生物过滤床：

HRT                 12Hrs

活性碳床层厚度      1.5～2m

气水比              5～10∶1

6、混凝沉淀池

反应时间            30min

沉淀时间            3Hrs

PAC用量             ＜100mg/L

PAM用量             ＜1mg/L

Claims (8)

1.城市生活垃圾填埋场渗滤液的处理方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：将渗滤液泵入超滤系统，膜分离后得到的浓缩液用于分离制取腐植酸有机液体肥料，透过液进入生物膜硝化、反硝化系统，充分去除氨氮和有机物；所述的生物膜硝化、反硝化系统由复合厌氧生物膜反应器和两级好氧生物膜反应器构成，所述两级好氧生物膜反应器包括在前的颗粒活性碳生物流化床和紧随其后的颗粒活性碳生物过滤床；所述生物膜硝化、反硝化系统的出水进入混凝沉淀池，对在所述生物膜硝化、反硝化系统中脱落的生物膜和产生的大分子水溶性有机物进行净化处理。

2.根据权利要求1所述的填埋场渗滤液的处理方法，其特征在于：对于早期或仍处于酸性发酵阶段的填埋场渗滤液，应先经复合厌氧生物反应器进行预处理，沼气回收作能源，然后再泵入超滤系统。

3.根据权利要求1所述的填埋场渗滤液的处理方法，其特征在于：当填埋场渗滤液的氨氮＞1500mg/L时，先将所述超滤系统的透过液通入化学沉淀脱氮池，经泥水分离后，沉淀物用于制取无机液体肥料，上清液再送入生物膜硝化、反硝化系统进行后续处理。

4.根据权利要求1、2或3所述的填埋场渗滤液的处理方法，其特征在于：在超滤系统中，操作压力差为0.3～0.5Mpa，浓缩倍数为5～10倍，所用膜的截留相对分子量为500～5000。

5.根据权利要求3所述的填埋场渗滤液的处理方法，其特征在于：在化学沉淀脱氮池中，利用MgO和Na₂HPO₄产生磷酸铵镁，其中Mg∶N∶P＝1～1.2∶1∶0.7，pH＞7.5。

6.根据权利要求1、2或3所述的填埋场渗滤液的处理方法，其特征在于：在生物膜硝化、反硝化系统中，在复合厌氧生物膜反应器内投加2g/L的粉末活性碳用于形成颗粒污泥层，按3.6gCOD/gNO₃-N比值外加甲醇作为反硝化的碳源，复合厌氧生物膜反应器的水力停留时间至少24小时。

7.根据权利要求1、2或3所述的填埋场渗滤液的处理方法，其特征在于：所述的颗粒活性碳生物流化床中颗粒活性碳充填量为5～10g/L，水力停留时间至少72小时。

8.根据权利要求1、2或3所述的填埋场渗滤液的处理方法，其特征在于：所述颗粒活性碳生物过滤床的水力停留时间至少12小时，其中部分出水回流至所述复合厌氧生物膜反应器，回流比为4～5。

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