CN100478289C - 一种处理中晚期垃圾渗滤液的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种专门针对中晚期垃圾渗滤液的处理方法：将中晚期垃圾渗滤液中可溶性有机物质划分为亲水性有机物和疏水性有机物两大类型，利用鸟粪石结晶沉淀法除氨氮后，首先利用有机化改性膨润土吸附疏水性物质，并结合絮凝法进行循环处理，然后利用天然膨润土吸附亲水性物质。该方法应用我国储量巨大的天然膨润土，工艺简单，操作方便，处理效果好且稳定，特别适用于难生物降解的中晚期垃圾渗滤液，处理后可以达到国家二级排放标准。其中，鸟粪石可回收作为优质肥料，吸附饱和后的固体废物可就地填埋，被吸附有机物与天然和改性膨润土之间结合力较强而发生固定化作用，不易重新进入溶液相而避免二次污染问题，综合效益明显优于现行技术。

Description

一种处理中晚期垃圾渗滤液的方法

技术领域

本发明涉及垃圾渗滤液处理领域，尤其涉及一种矿物法组合处理中晚期垃圾渗滤液的方法。

背景技术

作为一个现代化的卫生填埋场，垃圾渗滤液处理是一个必不可少的环节。渗滤液作为一种特殊废水，由于有机物浓度高、氨氮浓度高、水质变化大、后期可生化性差，其处理作为一项技术难题在国内外一直没有得到很好的解决。

我国城市生活垃圾以食品垃圾为主，大大高于发达国家城市生活垃圾中有机物含量，造成我国城市垃圾渗滤液COD_cr和BOD₅浓度高。渗滤液中COD_cr和BOD₅分别可高达90000mg/L、38000mg/L甚至更高，水质复杂，危害性大，如处理不当会污染土壤、地表水或地下水。垃圾渗滤液一旦对地下水或地表水造成污染，其影响少则几年、几十年，多则上百年，人工修复净化几乎是不可能的。北京地区垃圾填埋场引起地下水的有机物污染状况令人担忧，如北天堂地区城市垃圾填埋场已经造成对地下水的污染。

北京市阿苏卫、北神树、安定和六里屯等规模较大的垃圾填埋场，都是场龄在10年左右的大龄垃圾填埋场，一直存在大量难以处理的中晚期垃圾渗滤液，正在成为北京市生活垃圾填埋场可持续安全使用，防治北京市地下水污染的瓶颈问题，亟待开发高效低廉的渗滤液处理新技术与新工艺。

国内外现有的垃圾渗滤液处理方法主要有物理化学法、生物法和反渗透(RO)分离。

物理化学法包括吸附法、化学氧化法、化学混凝、沉淀法、催化氧化法等。吸附法主要是利用多孔型固体物质，使废水中的一种或多种物质同时吸附在固体表面而去除的方法。它包括物理吸附和化学吸附两种。常用的吸附剂有活性炭、膨润土、沸石、焦炭、矾土、焚烧炉底灰等。活性炭由于具有500～1700m²/g的巨大比表面积及很强的吸附能力而被广泛使用。活性炭吸附法处理程度高，吸附容量大，对水中大多数有机物都有较强的吸附能力。膨润土由于其具有很多特殊的性质成为热门的吸附材料。但是，天然膨润土的表面硅氧结构极强的亲水性及层间阳离子的水解，使其无法有效地吸附有机分子。因此，近年来很多学者对天然膨润土进行有机化改性，增加其对有机物的吸附能力。化学氧化法是利用强氧化剂将废水中的有机物氧化成小分子的碳氢化合物或完全矿化成CO₂和H₂O，H₂O₂和O₃是最常用的两种氧化剂。化学混凝、沉淀法需要投加化学药剂而产生絮凝作用，故此种沉淀属于化学处理的范畴。常用的混凝剂有Al₂(SO₄)₃、FeSO₄、FeCl₃、PAM等。为了更彻底地处理垃圾渗滤液，人们在催化氧化等方面进行了大量的探索。目前，国内外研究比较多的是紫外光氧化法、电催化氧化法等。紫外光氧化法是在紫外光照射的前提下，利用催化氧化或半导体材料产生的羟基自由基来氧化渗滤液中物质，从而降低其COD_cr和NH₃-N的一种方法。

生物法处理垃圾渗滤液是最常用的方法，国内几大主要垃圾填埋场污水处理技术多采用生物技术，包括好氧生物处理、厌氧生物处理和厌氧好氧相结合的处理方式。好氧生物处理包括活性污泥法、曝气氧化塘、生物膜法、生物转盘和生物滴滤池。其中活性污泥法是好氧生物处理最为常用的方法。国内外使用厌氧生物处理最多的形式是上流式厌氧污泥床(UASB)。上流式厌氧过滤器具有启动期短，耐冲击性好等特点。厌氧生物处理技术适于处理溶解性有机物，在处理高浓度(BOD₅≥2000mg/L)有机废水方面取得了良好效果。国内许多垃圾填埋场废水处理采用厌氧-好氧相结合的生物氧化处理工艺。对高浓度的垃圾渗滤液采用该法经济合理，处理效率高。

国外正逐渐采用新型的膜分离技术处理和净化垃圾渗滤液，其中反渗透(RO)分离技术的应用最为广泛，并取得了很好的效果。膜分离污染物的效果是显而易见的，经分离后的出水能够达到国家相应的排放标准。

以上的处理方法各有其优缺点，物理化学法不受进水水质水量的影响、出水水质比较稳定、对生化性比较差的污水有较好的处理效果，但COD去除率不够理想，成本相对较高。活性炭价格偏高，吸附易受pH值，水温及接触时间等因素的影响，有时出现去除效率下降和活性炭被大量污染的现象，且再生较困难，易产生二次污染。生物法对早期垃圾渗滤液处理效果较好，但要求进水水质相对稳定、处理效果受到季节和温度的影响而不稳定、建设投资大、对生化性差的中晚期垃圾渗滤液处理效果差。反渗透法处理效果非常理想，但渗滤液中高浓度氨氮物质、高浓度有机物以及无机沉降物易在膜表面形成结垢，常常导致膜分离作用失效；渗滤液高电导率使反渗透法处理负荷相当大；反渗透膜分离后产生的浓缩液目前没有办法处理。

对于早期垃圾渗滤液，因为早期垃圾渗滤液的BOD₅/COD_cr＞0.5，容易被生物降解，生物处理方法是最好的选择。

对于中期垃圾渗滤液来说，目前只有反渗透方法效果较好，其他方法处理效果都一般。

对于晚期垃圾渗滤液来说，活性炭吸附和反渗透法效果都比较好。

但由于活性炭吸附和反渗透法的缺点使其应用受到了限制，因此，目前就垃圾渗滤液处理方法来说，只有早期垃圾渗滤液应用生物方法取得了令人满意的效果。一般填埋场的使用年限要大于15年，对于一个填埋场来讲，在大多数时间内所产生的渗滤液属中晚期渗滤液，因此，中晚期垃圾渗滤液的处理是任何一个垃圾填埋场必须面对的问题，是现阶段垃圾渗滤液处理的热点和难点。

发明内容

本发明的目的是提供一种专门针对中晚期垃圾渗滤液处理而开发的特效性治理新方法，主要利用天然膨润土和有机改性膨润土吸附垃圾渗滤液中有机物并且用鸟粪石沉淀法去除垃圾渗滤液中氨氮。

本发明的处理方法包括以下步骤：

(1)将垃圾渗滤液倒入反应器1中，根据其NH₄-N浓度的不同，加入Mg²⁺和PO₄ ^3-，使Mg²⁺、NH₄ ⁺和PO₄ ^3-按1∶1∶1摩尔比配比，搅拌反应后沉淀，抽滤使固液分离，固相为鸟粪石晶体，可以回收利用，液相则进入下一步处理；

(2)液相输入反应器2，每100ml液体加入0.25-0.75g有机改性膨润土，搅拌反应后利用自然沉降方法实现固液分离，下面含水沉淀物在垃圾填埋场就地填埋，上清液进入下一步处理；

(3)上清液输入反应器3，每100ml液体加入0.5g-1.5g明矾，搅拌反应后利用自然沉降方法实现固液分离，下面含水沉淀物就地填埋，上清液进入下一步处理；

(4)重复步骤(2)和(3)一次以上；

(5)上清液输入反应器4，每100ml液体加入1-1.5g天然膨润土，搅拌反应后利用自然沉降方法实现固液分离，上清液达标排放或回收利用，下面含水沉淀物就地填埋。

上述方法适用于COD浓度为100～10000mg/l、NH₄-N浓度为100～5000mg/l、pH为6～8.5、温度4℃～40℃的中晚期垃圾渗滤液。

上述步骤(1)一般通过加入MgCl₂·6H₂O和Na₂HPO₄·12H₂O来提供Mg²⁺和PO₄ ^3-，搅拌5min以上(优选30min)，然后沉淀10min以上(优选30min)即可进行抽滤。

上述步骤(2)使用的有机改性膨润土可以通过下述的一次性改性工艺来制备：在室温(25℃)条件下，每5g天然膨润土放入250ml水中，加热至60℃，搅拌40分钟后，加入1.5g双十八烷基二甲基氯化铵，再搅拌30分钟，抽滤，去氯离子，烘干，研磨备用。

上述步骤(2)、(3)和(5)通常都是搅拌速度120r/m-140r/m，反应时间2h-3h后自然沉降，下面含水沉淀物在垃圾填埋场就地填埋。通常步骤(2)和(3)循环处理三遍后进行步骤(5)，天然膨润土处理后的上清液即可达标排放或回收利用，比如用来种树等。

本发明的处理方法将中晚期垃圾渗滤液中可溶性有机物质划分为亲水性有机物和疏水性有机物两大类型，有针对性地利用天然膨润土吸附亲水性物质，利用有机化改性膨润土吸附疏水性物质。而在吸附法处理之前，通过向垃圾渗滤液中添加Mg²⁺和PO₄ ^3-，使Mg²⁺、NH₄ ⁺和PO₄ ^3-按1∶1∶1摩尔比配比，可以有效去除垃圾渗滤液中的氨氮。鸟粪石结晶沉淀法除氨氮后，天然膨润土对亲水性有机物吸附能力增强。

本发明方法应用我国储量巨大的天然膨润土和有机改性膨润土吸附垃圾渗滤液中有机物，适用于垃圾填埋场中垃圾渗滤液的处理，特别适用于难生物降解的中晚期垃圾渗滤液的治理工程。与同类方法比较，最大优势在于工艺简单，操作方便，处理效果好，处理后可以达到国家二级排放标准，而且效果稳定，鸟粪石可回收作为优质肥料，吸附饱和后的固体废物可就地填埋，被吸附有机物与天然和改性膨润土之间结合力较强而发生固定化作用，不易重新进入溶液相而避免二次污染问题，综合效益明显优于现行的垃圾渗滤液处理技术，有很好的应用前景。该方法可以改善当前城市生活垃圾填埋处理工程中不断产生的大量垃圾渗滤液不能及时有效地进行无害化处理的现状，为确保城市生活垃圾填埋场40-70年安全运行、无污染物泄漏与扩散提供技术保障，使城市饮用地下水免遭垃圾渗滤液中氨氮和有机物的污染。

具体实施方式

下面参照具体的参数，更详细的描述出本发明的最佳实施方式。

一、实验材料

北京市***填埋场垃圾渗滤液，pH＝7.8，COD_cr＝5066mg/L，BOD₅＝1930mg/L，BOD₅/COD_cr＝0.38，属中晚期垃圾渗滤液。MgCl₂·6H₂O、Na₂HPO₄·12H₂O、NaOH、明矾为分析纯。辽宁建平天然膨润土及有机改性膨润土。

其中，有机改性膨润土通过一次性改性工艺制备：室温(25℃)条件下，称取5g辽宁建平天然膨润土，倒入装有250ml水的烧杯中。加热至60℃，搅拌40分钟后，加入1.5g双十八烷基二甲基氯化铵，搅拌30分钟，抽滤，用去离子水洗涤去氯离子，烘干，研磨备用。

二、实验步骤及结果

1.鸟粪石沉淀法

用NaOH调垃圾渗滤液pH值为8.7。在垃圾渗滤液中加入一定量的MgCl₂·6H₂O和Na₂HPO₄·12H₂O，Mg²⁺、PO₄ ^3-和NH₄ ⁺按1∶1∶1摩尔比配比，搅拌30分钟，沉淀30分钟。抽滤使固液分离，固相为鸟粪石晶体，可以回收。

2.有机改性膨润土吸附法

将除NH₄-N后的渗滤液在搅拌下与一定量的有机膨润土搅拌反应2小时，自然沉降3小时，下面含水沉淀物在垃圾填埋场就地填埋，上清液则进入下一步处理。

3.絮凝法

有机膨润土吸附处理后的上清液与明矾搅拌反应2小时，然后自然沉降3小时，下面含水沉淀物在垃圾填埋场就地填埋，上清液则用有机改性膨润土重复处理。

重复步骤2和3，有机膨润土和明矾分别与垃圾渗滤液循环处理三遍后，COD_cr＝1295mg/L，COD_cr去除率＝74.44％。

4.天然膨润土吸附法

有机膨润土和明矾循环处理后的上清液中加入天然膨润土进行处理，搅拌反应3小时后同样利用自然沉降方法实现固液分离。上清液COD_cr下降明显，COD_cr降为300mg/L，总COD_cr去除率为94.08％，达到国家二级排放标准，下面含水沉淀物就地填埋。

下面表1列出了上述实施过程的各种参数及处理结果：

表1

尽管为说明目的公开了本发明的最佳实施例和具体参数，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于最佳实施例和具体参数所公开的内容。

Claims (6)

1.一种处理中晚期垃圾渗滤液的方法，包括以下步骤：

1)将垃圾渗滤液倒入反应器1中，根据其NH₄-N浓度的不同，加入Mg²⁺和PO₄ ^3-，使Mg²⁺、NH₄ ⁺和PO₄ ^3-按1∶1∶1摩尔比配比，搅拌反应后沉淀，抽滤使固液分离，固相为鸟粪石晶体，液相则进入下一步处理；

2)液相输入反应器2，每100ml液体加入0.25-0.75g有机改性膨润土，搅拌反应后自然沉降，下面含水沉淀物在垃圾填埋场就地填埋，上清液进入下一步处理，其中所述有机改性膨润土是通过下述方法制备的：每5g天然膨润土放入250ml水中，加热至60℃，搅拌40分钟后，加入1.5g双十八烷基二甲基氯化铵，再搅拌30分钟，抽滤，去氯离子，烘干，研磨备用；

3)上清液输入反应器3，每100ml液体加入0.5g-1.5g明矾，搅拌反应后自然沉降，下面含水沉淀物就地填埋，上清液进入下一步处理；

4)重复步骤2)和3)一次以上；

5)上清液输入反应器4，每100ml液体加入1-1.5g天然膨润土，搅拌反应后自然沉降，上清液达标排放或回收利用，下面含水沉淀物就地填埋。

2.根据权利要求1所述的处理中晚期垃圾渗滤液的方法，其特征在于：所述垃圾渗滤液COD浓度为100～10000mg/l，NH₄-N浓度为100～5000mg/l，pH为6～8.5，温度4℃～40℃。

3.根据权利要求1所述的处理中晚期垃圾渗滤液的方法，其特征在于：所述步骤1)通过加入MgCl₂·6H₂O和Na₂HPO₄·12H₂O来提供Mg²⁺和PO₄ ^3-。

4.根据权利要求1所述的处理中晚期垃圾渗滤液的方法，其特征在于：所述步骤1)中搅拌反应时间为5min以上，沉淀时间为10min以上，然后进行抽滤。

5.根据权利要求1所述的处理中晚期垃圾渗滤液的方法，其特征在于：所述步骤2)、3)和5)的搅拌速度为120r/m-140r/m，反应时间2h-3h。

6.根据权利要求1所述的处理中晚期垃圾渗滤液的方法，其特征在于：在所述步骤2)和3)循环处理三遍后进行所述步骤5)。