CN102951745A - 一种基于新型氨氮去除技术的垃圾渗沥液处理工艺 - Google Patents
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Abstract
一种基于新型氨氮去除技术的垃圾渗沥液处理工艺，包括如下步骤：首先在调节池中对垃圾渗沥液进行水质、水量调节；将上一步骤出水的PH值调节到9以上，再加入混凝剂混合均匀后进入沉淀池，在沉淀池中进行固液分离；上一步骤沉淀后的澄清液依次经过高效纤维过滤器和盘式过滤器过滤，去除废水中的大分子颗粒杂质；上一步骤盘式过滤器出水送入气水分离膜***去除氨氮：在气水分离膜的一侧是上一步骤盘式过滤器出水作为被处理水，另一侧是酸性水溶液；被处理水的温度T1≥20℃，被处理水的PH1＞9，被处理水一侧压力P1＞酸性水溶液一侧压力P2，酸性水溶液吸收游离氨形成铵盐溶液；经上一步骤处理合格的垃圾渗沥液送入纳滤***去除化学需氧量。
Description
技术领域
本发明涉及一种垃圾渗沥液的处理工艺，特别是符合《生活垃圾填埋场污染控制标准(GB16889-2008)》中表2要求的垃圾渗沥液处理工艺。
背景技术
垃圾渗沥液中的有机污染物浓度高、氨氮浓度高、C/N比失调，并还含有各类重金属污染物，色度大、毒性强，是一种污染物成分复杂的高浓度有机废水。垃圾渗沥液的水质、水量波动大，与气候变化、温度变化、垃圾性质、填埋时间、填埋方式、垃圾含水率等诸多因素有关。由于垃圾渗滤液所含污染物成分的复杂性、不确定性和不稳定性，使得其处理难度远远超出任何污染物成分相对清楚、浓度相对稳定、性质相对确定的污水。
目前国内垃圾渗沥液的处理工艺以膜***+生化+物化为主流，典型工艺为厌氧+膜生物反应器+纳滤+反渗透，出现的主要问题是：设备投资高，运行费用高，由于膜的清洗频繁而经常停机，出水量(被处理过的水)大打折扣。实施此工艺的开始阶段运行结果令人满意，但随着时间的推移，最终返回填埋场的浓水越来越多，有的达到日处理水量的一半需要回灌，甚至有的***运转10个月就更换膜组件。
垃圾渗滤液中的氨氮浓度随着垃圾填埋年限的增加而增加。
| 渗沥液类型 | 填埋时间 | 氨氮浓度(mg/L) |
| 初期渗沥液 | 0～5年 | 200～2000 |
| 中后期渗沥液 | 5～10年以上 | 500～3000 |
| 封场后渗沥液 | 垃圾填埋场封场后 | 1000～3000 |
当废水中的氨氮浓度过高时，会影响微生物的活性，降低生物处理效果，且水质变化大，增加了生物处理的难度。赵庆良等人研究发现垃圾渗滤液中的氨氮对活性污泥微生物的活性有抑制作用，并提出在采用生物处理工艺处理垃圾渗滤液前必须将氨氮去除到50mg/L以下。王艳捷等人研究发现“中老龄”垃圾渗滤液中的氨氮对厌氧污泥的毒性影响较大，高浓度重金属对厌氧污泥活性的抑制较难恢复。建议在采用厌氧工艺前，应先对氨氮进行预处理以减少其对厌氧微生物的毒性作用，同时避免水质剧烈波动对厌氧处理***的冲击。
新标准GB16889-2008对指标要求更严格，且指标数量增加较多，尤其是对总氮提出了要求(要求总氮小于40mg/L)，这要求处理工艺具有较强的脱氮功能，在水质发生波动时，能有较强的适应性。常规处理方法的氨氮去除能力有限，为了应对氨氮浓度的波动，采用后序加反渗透去除超标的氨氮，而反渗透***的加入无疑会使设备投资和吨水消耗都有较大幅度的提高。另外，反渗透膜的孔径非常小(小于1nm)，高浓度的有机物或无机可沉降物容易造成反渗透膜污染或在膜表面结垢等问题，导致设备长期运行处理效果差。因此从长远角度考虑，采用反渗透处理垃圾渗沥液是不可取的。中国城市建设研究院的翟力新说，为了达到新标准的排放要求，脱氮工艺的革新将变成一种必然趋势。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是克服现行垃圾渗沥液处理工艺的不足，以气水分离膜去除氨氮技术为基础，提供一种工艺简单、投资少、运行成本低、符合GB16889-2008中表2排放要求的垃圾渗沥液处理工艺。
本发明的技术方案如下：
一种基于新型氨氮去除技术的垃圾渗沥液处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1)首先在调节池中对垃圾渗沥液进行水质、水量调节，达到均质和均量的目的，为后续废水处理设备创造良好的工作条件；
2)将上一步骤出水的PH值调节到9以上，再加入混凝剂混合均匀后进入沉淀池，在沉淀池中进行固液分离；
3)上一步骤沉淀后的澄清液依次经过高效纤维过滤器和盘式过滤器过滤，去除废水中的大分子颗粒杂质；
4)上一步骤盘式过滤器出水送入气水分离膜***去除氨氮：在气水分离膜的一侧是上一步骤盘式过滤器出水作为被处理水，另一侧是酸性水溶液(即为吸收液)；被处理水的温度T1≥20℃，被处理水的PH1＞9，被处理水一侧压力P1＞酸性水溶液一侧压力P2，酸性水溶液吸收游离氨形成铵盐溶液，氨氮去除率大于99％；
5)经上一步骤处理合格的垃圾渗沥液送入纳滤***去除化学需氧量(COD)，淡水达标(达《生活垃圾填埋场污染控制标准(GB16889-2008)》中表2要求的淡水，约占85％)排放，浓水(约占15％)回灌到填埋场。
PH调节和混凝沉降的作用是去除废水中的悬浮物、颗粒杂质和绝大部分的重金属污染物。
气水分离膜去除氨氮的原理是：氨氮在水中存在着离解平衡，随着PH升高，氨氮在水中游离氨(NH3)比例升高，在一定的温度和压力下，NH3的气态和液态两相达到平衡。根据化学平衡移动原理，假若改变平衡***的条件之一，如浓度、压力或温度，平衡就向能减弱这个改变的方向移动。工作原理见图1：在气水分离膜的一侧是垃圾渗沥液(料液)，另一侧是酸性水溶液(吸收液)。当垃圾渗沥液的温度T1＞20℃，PH1＞9，P1＞P2保持一定的压力差时，垃圾渗沥液中的NH4 +就变为游离氨NH3，并经料液侧界面扩散至气水分离膜表面，在膜表面两侧氨分压差的作用下，NH3穿越膜孔，进入吸收液，并迅速与酸性溶液中的H+反应生成非挥发性的、不能逆扩散的铵盐，根据吸收液的不同反应方程如下：
2NH3+H2SO4＝(NH4)2SO4
NH3+HNO3＝NH4NO3
生成的液态铵盐质量浓度为25％左右，利用太阳能辅助蒸发***蒸发得到固态铵盐。其中，太阳能辅助蒸发***是以太阳能作为能源的铵盐蒸发设备。举例：每天处理垃圾液100m3，氨氮平均含量2000mg/L，每天形成优质铵盐液3.1吨，经过蒸发得到固态铵盐0.77吨。
纳滤***的操作压力低，产水比例高，85％的淡水合格排放，15％的浓水回灌到填埋场。纳滤膜的孔径尺寸为反渗透膜的孔径尺寸的5～10倍，膜污染后通过清洗恢复较快，不会出现长时间运行后通量大幅度降低的现象。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用本发明的方法处理垃圾渗沥液出水符合GB16889-2008中表2的排放要求。(1)利用气水分离膜去除氨氮，氨氮去除率大于99％，去除速度快，被脱除的氨氮转化为铵盐，成为清洁的工业原料。解决了垃圾渗沥液氨氮含量高，C/N比小，生化困难，氨氮达标难的问题。气水分离膜***也可以单独用于现有不达标垃圾填埋场处理设施的提标改造；(2)纳滤***去除COD，截留率高，浓水比例小。与反渗透相比较，减少设备投资，降低运行成本；(3)工艺简单，整体设备投资少，比目前普遍应用的主流工艺要节省50％左右，运行成本低，吨水处理费用可节约40％，占地面积小。
附图说明
图1是本发明气水分离膜去除垃圾渗沥液中氨氮的原理图；其中：T1、T2是膜两侧流体的温度；P1、P2是膜两侧的压力；PH1、PH2是膜两侧流体的PH值。
图2是本发明垃圾渗沥液的处理工艺流程示意图。
具体实施方式
参见图2，一种基于新型氨氮去除技术的垃圾渗沥液处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1)首先在调节池中对垃圾渗沥液进行水质、水量调节，达到均质和均量的目的，为后续废水处理设备创造良好的工作条件；
2)将上一步骤出水的PH值调节到9以上，再加入混凝剂混合均匀后进入沉淀池，在沉淀池中进行固液分离；
3)上一步骤沉淀后的澄清液依次经过高效纤维过滤器和盘式过滤器过滤，去除废水中的大分子颗粒杂质；
4)上一步骤盘式过滤器出水送入气水分离膜***去除氨氮：在气水分离膜的一侧是上一步骤盘式过滤器出水作为被处理水，另一侧是酸性水溶液(即为吸收液)；被处理水的温度T1≥20℃，被处理水的PH1＞9，被处理水一侧压力P1＞酸性水溶液一侧压力P2，酸性水溶液吸收游离氨形成铵盐溶液，氨氮去除率大于99％；
5)经上一步骤处理合格的垃圾渗沥液送入纳滤***去除化学需氧量(COD)，淡水达标(达到《生活垃圾填埋场污染控制标准(GB16889-2008)》中表2要求的淡水，约占85％)排放，浓水(约占15％)回灌到填埋场。
所述的步骤2)中将调节池出水的PH值调节到10.5；所述的步骤2)中的调节池出水的PH值是采用石灰或氢氧化钠进行调节。
所述的步骤2)中的混凝剂采用的是硫酸铝、聚合氯化铝、硫酸亚铁、三氯化铁或者聚丙烯酰胺。所述的步骤2)中的混合均匀是采用管道混合器完成的。所述的步骤2)中的沉淀得到的污泥用压滤机处理后焚烧或集中处置。
所述的步骤3)中的高效纤维过滤器和盘式过滤器的过滤精度依次为50～100微米，20～50微米。(过滤精度相当于过滤器的滤材的孔径，是过滤滤器允许通过的最大颗粒的尺寸。)
所述的步骤4)中的气水分离膜***由气水分离膜组件、料液池、酸吸收池、料液泵、酸吸收泵、加药计量***、监测***和电控***组成；垃圾渗沥液用料液泵由料液池送入气水分离膜组件的中空纤维内腔进行氨氮脱除，运行压力0.05～0.1Mpa，流量4～7L/min，温度20～40℃，出水返回料液池，如此循环进行至氨氮浓度小于25mg/L；同时用酸吸收泵将酸性水溶液由酸吸收池送入气水分离膜组件的中空纤维外部吸收氨氮，运行压力0.02～0.1MPa，流量5～8L/min，温度20～40℃，出水返回酸吸收池，如此循环吸收至氨氮浓度小于25mg/L。
所述的步骤4)中得到的铵盐溶液利用太阳能蒸发***进行蒸发，以得到固态铵盐。
所述的步骤5)中纳滤***由纳滤膜、压力容器、高压泵和电控***组成。所述的步骤5)中纳滤膜的孔径尺寸为1～2nm。
实施例1：
取天津市青光生活垃圾焚烧发电厂的垃圾渗沥液，经天津地矿部化验室分析：原水COD(化学需氧量)20200mg/L，BOD(生化需氧量)2470mg/L，氨氮1430mg/L。设备进水温度20～40℃，首先用石灰调节垃圾渗沥液PH至10.5，混凝沉降，澄清液用离心泵1送入高效纤维过滤器和盘式过滤器，过滤器出水注入料液池，污泥去处理。垃圾渗沥液用料液泵2由料液池泵入气水分离膜组件(气水分离膜为聚丙烯被覆聚四氟乙烯的中空纤维，膜孔径为0.2～0.4μm)的中空纤维膜内腔进行氨氮脱除，运行压力0.05～0.1MPa，流量4～7L/min，温度20～40℃，出水返回料液池，如此循环进行至氨氮浓度小于25mg/L；同时用酸吸收泵3将酸性水溶液(即吸收液，这里是10％的硫酸)由酸吸收池送入气水分离膜组件的中空纤维外部吸收氨氮，运行压力0.02～0.1MPa，流量5～8L/min，温度20～40℃，出水返回酸吸收池，如此循环吸收至氨氮浓度小于25mg/L。垃圾渗沥液经气水分离膜处理后的氨氮浓度为15mg/L，COD为11800mg/L。再将氨氮达标的垃圾液由高压泵4送入纳滤膜，运行压力1.2～2.0MPa，经过纳滤膜处理后的淡水氨氮浓度为13mg/L，COD为92mg/L，体积占原水比例的85％，达标排放，浓水回灌。
实施例2：
取天津双口垃圾填埋厂的垃圾渗沥进行处理，经化验室分析：原水COD 5490mg/L，氨氮931mg/L。设备进水温度20～40℃，首先用石灰调节垃圾液PH至10.5，混凝沉降，澄清液用离心泵5送入高效纤维过滤器和盘式过滤器，过滤器出水注入料液池，污泥去处理。垃圾渗沥液用料液泵6由料液池送入气水分离膜组件(气水分离膜为聚丙烯中空纤维，膜孔径为0.2～0.5微米)的中空纤维膜内腔进行氨氮脱除，运行压力0.05～0.1MPa，流量4～7L/min，温度20～40℃，出水返回料液池，如此循环进行至氨氮浓度小于25mg/L；同时用酸吸收泵7将酸性水溶液(即吸收液，这里是10％的硫酸)由酸吸收池送入气水分离膜组件的中空纤维外部吸收氨氮，运行压力0.02～0.1MPa，流量5～8L/min，温度20～40℃，出水返回酸吸收池，如此循环吸收至氨氮浓度小于25mg/L。垃圾渗沥液经气水分离膜处理后的氨氮浓度为18mg/L，COD为11800mg/L。再将氨氮达标的垃圾液由高压泵8送入纳滤膜，运行压力1.2～2.0MPa，经过纳滤膜处理后的淡水氨氮浓度为15mg/L，COD为83mg/L，体积占原水比例的85％，达标排放，浓水回灌。
Claims (10)
1.一种基于新型氨氮去除技术的垃圾渗沥液处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1)首先在调节池中对垃圾渗沥液进行水质、水量调节，达到均质和均量的目的，为后续废水处理设备创造良好的工作条件；
2)将上一步骤出水的PH值调节到9以上，再加入混凝剂混合均匀后进入沉淀池，在沉淀池中进行固液分离；
3)上一步骤沉淀后的澄清液依次经过高效纤维过滤器和盘式过滤器过滤，去除废水中的大分子颗粒杂质；
4)上一步骤盘式过滤器出水送入气水分离膜***去除氨氮：在气水分离膜的一侧是上一步骤盘式过滤器出水作为被处理水，另一侧是酸性水溶液；被处理水的温度T1≥20℃，被处理水的PH1＞9，被处理水一侧压力P1＞酸性水溶液一侧压力P2；
5)经上一步骤处理合格的垃圾渗沥液送入纳滤***去除化学需氧量，淡水达标排放，浓水回灌到填埋场。
2.根据权利要求1所述的基于新型氨氮去除技术的垃圾渗沥液处理工艺，其特征在于，所述的步骤2中将调节池出水的PH值调节到10.5；所述的步骤2中的调节池出水的PH值采用石灰或氢氧化钠进行调节。
3.根据权利要求1所述的基于新型氨氮去除技术的垃圾渗沥液处理工艺，其特征在于，所述的步骤2中的混凝剂采用的是硫酸铝、聚合氯化铝、硫酸亚铁、三氯化铁或者聚丙烯酰胺。
4.根据权利要求1所述的基于新型氨氮去除技术的垃圾渗沥液处理工艺，其特征在于，所述的步骤2中的混合均匀是采用管道混合器完成的。
5.根据权利要求1所述的基于新型氨氮去除技术的垃圾渗沥液处理工艺，其特征在于，所述的步骤3中的高效纤维过滤器和盘式过滤器的过滤精度依次为50～100微米，20～50微米。
6.根据权利要求1所述的基于新型氨氮去除技术的垃圾渗沥液处理工艺，其特征在于，所述的步骤4中的气水分离膜***中的膜材料为聚丙烯，聚四氟乙烯或聚丙烯被覆聚四氟乙烯，形态为中空纤维膜或平板膜；所述的步骤4中的酸性水溶液是10％的硫酸。
7.根据权利要求1所述的基于新型氨氮去除技术的垃圾渗沥液处理工艺，其特征在于，所述的步骤4中的气水分离膜***由气水分离膜组件、料液池、酸吸收池、料液泵、酸吸收泵、加药计量***、监测***和电控***组成；垃圾渗沥液用料液泵由料液池送入气水分离膜组件的中空纤维内腔进行氨氮脱除，运行压力0.05～0.1MPa，流量4～7L/min，温度20～40℃，出水返回料液池，如此循环进行至氨氮浓度小于25mg/L；同时用酸吸收泵将酸性水溶液由酸吸收池送入气水分离膜组件的中空纤维外部吸收氨氮，运行压力0.02～0.1MPa，流量5～8L/min，温度20～40℃，出水返回酸吸收池，如此循环吸收至氨氮浓度小于25mg/L。
8.根据权利要求1所述的基于新型氨氮去除技术的垃圾渗沥液处理工艺，其特征在于，所述的步骤2中的沉淀得到的污泥用压滤机处理后焚烧或集中处置。
9.根据权利要求1所述的基于新型氨氮去除技术的垃圾渗沥液处理工艺，其特征在于，所述的步骤4中得到的铵盐溶液利用太阳能蒸发***进行蒸发，以得到固态铵盐。
10.根据权利要求1所述的基于新型氨氮去除技术的垃圾渗沥液处理工艺，其特征在于，所述的步骤5中纳滤***由纳滤膜、压力容器、高压泵和电控***组成；所述的步骤5中纳滤膜的孔径尺寸为1～2nm。
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