CN108793588A - 一种基于高级氧化组合工艺的渗滤液尾水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于高级氧化组合工艺的垃圾渗滤液尾水的处理方法，包括步骤：(1)向垃圾渗滤液尾水中投加一定量的混凝剂，静置后在混凝单元内实现分离；(2)混凝单元的上清液进入Fenton单元，投加FeSO₄和双氧水，并与上清液进行充分混合与反应；(3)Fenton单元的出水进入微藻光生物反应器进行深度处理。本发明提供的垃圾渗滤液尾水的深度处理方法，可替代传统的硝化/反硝化曝气生物滤池单元，利用微藻光生物反应器对经Fenton单元处理后的出水进行深度处理，去除水中剩余的COD、有机物、氨氮、硝态氮、磷等污染物，综合提升出水各项指标。同时，产生的微藻生物质可用作动物饲料或生物柴油原料，降低渗滤液处理成本。

Description

一种基于高级氧化组合工艺的渗滤液尾水处理方法

技术领域

本发明属于废水处理领域，具体涉及一种垃圾渗滤废水的处理方法。

背景技术

随着城镇化进程的加快，城市生活垃圾的快速增加已成为我国面临的突出环境问题之一。过多过快增长的城市垃圾将会大面积占据城市公共区域，在垃圾堆放周边地区若处置措施不当会造成蚊蝇病菌滋生，影响城市居民身体健康，并可能对当地地下水、空气及土壤等造成严重污染。垃圾焚烧发电作为一种无害化生活垃圾处理技术，具有处理效率高，可完全杀灭病原菌并实现垃圾资源化利用等优势，已经引起国家的高度重视与关注。垃圾焚烧将逐步成为生活垃圾的主流处理措施，拥有巨大的市场发展空间和潜力。

我国现阶段垃圾收集基本为混合收集，含水率高。为提高垃圾焚烧热值，在焚烧前，需要将垃圾堆酵数日，使垃圾熟化并沥除水分，在此过程中将产生大量垃圾渗滤液。垃圾渗滤液水质成分复杂，污染物浓度高(主要表现为高浓度COD和高浓度氨氮)，随季节变化其产生量波动较大，难以处理。当前主流的垃圾渗滤液处理工艺为“预处理+生化处理+膜处理组合工艺”。该工艺能够将垃圾渗滤液原水处理到纳管标准，但同时面临处理时间较长，膜后浓相液难以处理等问题。基于高级氧化技术的非膜法工艺(包括Fenton，臭氧催化氧化、光催化等)利用反应产生的强氧化剂破坏渗滤液中的难降解有机物，能够显著改善水中的B/C比，降低后续生化工艺负荷，提升渗滤液经处理后出水的水质，并解决膜后浓相液处理的难题。

中国专利CN101698550A提供了一种垃圾渗滤液深度处理工艺。该工艺由聚铁混凝+Fenton+曝气生物滤池单元构成，具有处理工艺流程紧凑，占地面积小，设备投资及运行费用较低等特点。但是该工艺中没有包含反硝化单元，去除水中的亚硝酸根及硝酸根离子能力较弱，总氮浓度控制需要依赖前端工艺。

中国专利CN204981478U涉及一种垃圾渗滤液处理***，核心工艺单元为Fenton氧化处理单元和反硝化/硝化两级生物滤池。Fenton单元可将有毒难降解的有机物分解，产生二氧化碳和水，提高废水的可生化性。两级生物滤池可实现反硝化脱氮功能，降低出水中的总氮浓度。但是该工艺由于加入两级生物滤池，会使工艺***复杂化，且可能由于C/N比偏低，使得生化单元处理时间偏长。

中国专利103880253A公开了一种垃圾渗滤液的深度处理方法，包含了膜生物反应器单元、Fenton处理单元和厌氧/好氧曝气生物滤池。该工艺在厌氧曝气生物滤池单元加入甲醇调整水中的C/N比，可以改善总氮去除效果，但却可能增加整体运行成本。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明提出一种基于高级氧化组合工艺的垃圾渗滤液尾水深度处理方法，目的是寻求解决当前垃圾渗滤液“预处理+生化处理+膜处理”工艺面临的膜后浓相液难处理问题的新途径。本发明的另一个目的是替代传统的硝化/反硝化曝气生物滤池单元，利用微藻光生物反应器对经Fenton单元处理后的出水进行深度处理。

本发明首先通过混凝去除尾水中残余的悬浮物、钙镁等金属离子和部分COD。之后基于Fenton氧化单元，生成羟基自由基，破坏水中的难降解大分子有机物，改善水中的B/C比，对部分COD及有机物进行深度去除。Fenton单元的出水经过沉淀后，上清液进入微藻光生物反应器单元。微藻可在光照条件下发生自养光合作用，同时当水中存在有机物时，微藻又能摄取有机物，发生异养生化反应，在对自身进行增殖的过程中，去除水中的有机物、氨氮、硝态氮、磷等污染物，全方面提升出水水质。此外，在处理废水的同时，产生的微藻生物质可作为动物饲料或生产生物柴油的原料，具有一定经济效益，能降低渗滤液处理费用。

实现本发明目的的技术方案为：

一种基于高级氧化组合工艺的渗滤液尾水处理方法，包括以下步骤：

(1)向垃圾渗滤液尾水中投加一定量的混凝剂，静置后在混凝单元内实现分离。所述混凝剂为聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺、聚合氯化铝铁、聚合氯化铝、聚合氯化铁、聚硅酸絮凝剂、壳聚糖絮凝剂、中的一种或多种；

(2)混凝单元的上清液进入Fenton单元，调节上清液pH至 3.5～4.5，投加FeSO₄和双氧水，并与上清液进行充分混合与反应；

(3)Fenton单元的出水进入微藻光生物反应器单元进行深度处理。

以下为本发明的优选技术方案。

其中，所述混凝剂为聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺，投加量为0.1～2 g/L。

其中，步骤(2)中，按FeSO₄·7H₂O和30％(质量分数)双氧水计， FeSO₄和双氧水的投加量分别为0.08～0.8％和0.2～1％，水在Fenton单元内的反应时间为1～5h。

在Fenton单元中，进水的pH、FeSO₄/双氧水的投加量和比例以及双氧水的投加方式都至关重要，将会极大影响COD的去除效果；另外，反应过程中需要对水及药剂进行充分混合，并确保反应时间充分。混凝单元的上清液pH可采用常见的盐酸、氢氧化钠、碳酸钠等药剂调节。

进一步优选地，步骤(2)中，所述FeSO₄和双氧水的加入量随着所述垃圾渗滤液尾水的污染物含量增加而增加。按FeSO₄·7H₂O和30％ (质量分数)双氧水计，当所述垃圾渗滤液尾水中COD为 400～600mg/L，则FeSO₄和双氧水的投加量为0.08～0.2％和0.2～0.6％，当所述垃圾渗滤液尾水中COD为1000～1400mg/L，则FeSO₄和双氧水的投加量为0.2～0.8％和2～3％。

其中，步骤(2)反应结束后，静置沉淀1h，分离沉淀和上层清液，上层清液调节pH至6～7后进入所述微藻光生物反应器。上层清液pH 值可采用常见的盐酸、氢氧化钠、碳酸钠等药剂调节。

其中，混凝单元以及Fenton单元底部产生的污泥(沉淀)，经收集脱水后进行集中处理。

其中，所述微藻光生物反应器使用透明材料制成，反应器内设置有平板膜或中空纤维膜组件，平板膜或中空纤维膜组件浸没入微藻溶液。微藻细胞无法通过膜的微孔，被隔离在膜的外侧。水中的各类污染物通过微藻自身的快速增殖(转化为微藻细胞生物质)被去除后，提升出水水质，出水透过分离膜进入膜的内侧被收集。

其中，所述微藻光生物反应器内的微藻为耐盐菌株，选自葡萄藻、微绿球藻、小球藻中的一种。

微藻光生物反应器单元需要提供一定光照，在室外晴天的条件下无需提供额外光源；当室外为阴天或雨天时，应利用人工光源适当补充光照，维持微藻细胞的生长所需光照强度。光生物反应器的反应温度控制在32～38℃之间，当室外温度较低时，需要对其进行一定的保温处理。微藻光生物反应器中需提供一定的曝气，一方面可对膜表面进行冲刷，防止微藻粘附在膜表面，堵塞出水通道；另一方面让水流扰动，使微藻在水中不会发生沉降，能够更好的摄取水中的污染物。若发现微藻形成生物膜附着在光生物反应器的表面，应定期对反应器表面进行清理。

其中，所述微藻光生物反应器的温度控制在32～38℃之间，光强控制在2000～3000Lux之间。

其中，当微藻光生物反应器中的微藻细胞浓度达到3g/L以上时，将微藻细胞液排出80～95％，排出的细胞液通过重力沉降，分离微藻细胞；经分层后，上层清液返回所述微藻光生物反应器中，下层微藻细胞生物质被收集后，离心干燥。

本发明的有益效果在于：

(1)可深度去除水中的难降解COD、有机物、氨氮、硝态氮、磷等污染物，全面提升出水水质。

(2)无膜后浓相液产生，解决当前垃圾渗滤液膜法处理工艺面临的膜后浓相液处理难题。

(3)微藻光生物反应器单元产生的微藻生物质有一定经济效益，可降低垃圾渗滤液处理成本。

附图说明

图1为本发明基于高级氧化组合工艺的垃圾渗滤液尾水深度处理方法的工艺流程图。

具体实施方式

附图1呈现的是基于高级氧化组合工艺的垃圾渗滤液尾水深度处理方法的工艺流程图。图中，垃圾渗滤液尾水进入混凝单元，首先通过混凝去除尾水中残余的悬浮颗粒物、钙镁离子和部分COD。混凝单元的出水经投加硫酸亚铁和双氧水后，进入Fenton氧化单元。双氧水在Fe²⁺的催化作用下产生羟基自由基，与水中的难降解有机物发生反应，并对其进行分解破坏。Fenton单元产生的污泥和混凝单元产生的污泥一起进行集中处理。经过静置沉淀后，Fenton单元的上清液(调节pH后)进入微藻光生物反应器单元，通过微藻的光合作用及异养生化反应，利用水中的有机物、氨氮、硝态氮、磷等增殖细胞。在这一过程中，水中的污染物被进一步去除，提升出水水质。得到的微藻生物质可用作动物饲料或生物柴油的原料，降低渗滤液尾水处理成本。

一种垃圾渗滤液尾水的深度处理方法，具体包括如下步骤：

(1)往垃圾渗滤液尾水中投加一定量的混凝剂，在混凝单元内实现固液分离。所述混凝剂为聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺，投加量为 0.1～2g/L。

(2)混凝单元的上清液进入Fenton单元，调节上清液pH至4左右，按比例投加FeSO₄和双氧水，并与上清液进行充分混合和反应。Fenton 单元利用双氧水在Fe²⁺的催化作用下形成的羟基自由基OH·破坏渗滤液中的难降解有机物，去除部分COD，提高水中的B/C比。FeSO₄·7H₂O 和30％双氧水的投加量分别为0.08～0.8％和0.2～3％，水在Fenton单元内的反应时间为1～5h。反应结束后，静置沉淀1h，分离沉淀和上层清液。上清液调节pH至6.5左右。

(3)混凝单元以及Fenton单元底部产生的污泥(沉淀)，经收集脱水后进行集中处理。

(4)Fenton单元的出水进入微藻光生物反应器单元进行深度处理。微藻光生物反应器使用透明有机玻璃材料制成，结构与膜生物反应器(MBR)相似，平板膜或中空纤维膜组件浸没入微藻溶液。微藻细胞无法通过膜的微孔，被隔离在膜的外侧。水中的各类污染物通过微藻自身的快速增殖(转化为微藻细胞生物质)被去除后，提升出水水质，出水透过分离膜进入膜的内侧被收集。当光生物反应器中的微藻细胞浓度达到一定程度后，将大部分微藻细胞溶液排出，通过自由沉降获得微藻生物质，上层清液则返回光生物反应器中。对微藻生物质进行干燥处理后，即可用作动物饲料或生产生物柴油的原料。

(5)微藻光生物反应器单元的出水根据其水质情况决定是否回流至Fenton处理单元或直接排放。

以下结合具体操作参数，通过实施例来进一步说明本发明技术方案。本领域技术人员应当知晓，实施例仅用于说明本发明，不用于限制本发明的范围。

实施例中使用的耐盐菌株为小球藻。

实施例中，如无特别说明，所用技术手段为本领域常规的技术手段。

实施例1：

使用江苏某垃圾焚烧厂的渗滤液超滤出水作为混凝单元的进水，超滤出水的水质情况大致如下：pH为6.6左右；COD浓度为500～600 mg/L；氨氮浓度为20～40mg/L；总氮浓度约为100～200mg/L；总磷浓度约为2mg/L；颜色为茶黄色，基本无臭味。

向超滤出水中先后投加絮凝剂聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺，投加量分别为0.5g/L和1.5mg/L。在混凝单元内先投加聚合硫酸铁后充分搅拌10min，之后加入聚丙烯酰胺继续搅拌20min，混合水经过约 30min静置沉淀，分层为上层清液和下层沉淀。上清液在进入Fenton 氧化单元前，加盐酸将pH调节至3.5。下层沉淀经分离后收集、脱水处理。

上清液的pH经调节至3.5后，进入Fenton氧化单元。调节 FeSO₄·7H₂O和30％双氧水的投加量分别为0.15％和0.5％，充分混合，水在Fenton氧化单元内的反应时间为3h。反应结束后，静置沉淀，分层为上层清液和下层沉淀。上清液在进入微藻光生物反应器单元前，将pH调回至6.5左右。下层沉淀经分离后，与来至混凝单元的沉淀一起进行脱水集中处理。

本实施例中，微藻光生物反应器的曝气量控制为30L/h，光强控制在2000～3000Lux。

使用的微藻菌株为耐盐菌株，确保微藻的生长不会受到水中较高盐度的影响。当光生物反应器中的微藻细胞浓度达到3g/L以上时，将微藻细胞液排出90％，反应器中留下10％。排出的细胞液通过重力沉降，分离微藻细胞。经分层后，上层清液返回微藻光生物反应器中，下层微藻细胞生物质被收集后，进行离心干燥。

经处理后出水的水质情况为：pH为6.8左右；COD浓度为40 mg/L；氨氮浓度为1.2mg/L；总氮浓度约为10mg/L；总磷浓度约为0.5mg/L，COD去除率大于90％，氨氮去除率大于75％，总氮去除率大于80％，总磷去除率为75％，出水中的COD、氨氮、总氮和总磷浓度均满足《生活垃圾填埋场控制标准》(GB 16889-2008)表3中的排放限值标准。

实施例2：

使用合肥某垃圾焚烧厂的渗滤液尾水作为混凝单元的进水，尾水的水质情况大致如下：pH为6.2～6.7左右；COD浓度为250mg/L左右；氨氮浓度为10～20mg/L；总氮浓度约为60mg/L；总磷浓度约为 2mg/L；颜色为浅茶色，无异味。

采用实施例1中的方法对该渗滤液尾水进行处理，试验运行过程中，聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺，投加量分别为0.2g/L和1mg/L，上层清液pH调节为3.2左右；调节FeSO₄·7H₂O和30％双氧水的投加量分别为0.08％和0.27％，水在Fenton氧化单元内的反应时间为2h，静置沉淀1h，上层清液pH调节为6.7左右。微藻光生物反应器单元的曝气量控制30L/h，光强控制在2000～3000Lux，温度为32～35℃。

其他操作同实施例1。

经处理后出水的水质情况为：pH为6.9左右；COD浓度为27 mg/L；氨氮浓度为3.2mg/L；总氮浓度约为14mg/L；总磷浓度约为 0.45mg/L；COD总体去除率大于89％，氨氮去除率大于70％，总氮去除率大于76％，总磷去除率约为77％。出水中的COD、氨氮、总氮和总磷浓度均满足《生活垃圾填埋场控制标准》(GB 16889-2008) 表3中的排放限值标准。

实施例3：

使用江苏某垃圾焚烧厂的渗滤液生化出水作为混凝单元的进水，生化出水的水质情况大致如下：pH为6.5～6.9；COD浓度为1200mg/L 左右；氨氮浓度为45～60mg/L；总氮浓度约为300mg/L；总磷浓度约为2.3mg/L。

采用实施例1中的方法对该渗滤液生化出水进行处理，试验运行过程中，聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺，投加量分别为1g/L和2mg/L，上层清液pH调节为3左右；调节FeSO₄·7H₂O和30％双氧水的投加量分别为0.7％和3％，水在Fenton氧化单元内的反应时间为3h，静置沉淀1h，上层清液pH调节为6.6左右。微藻光生物反应器单元的曝气量控制30L/h，光强控制在2000～3000Lux，温度为33～35℃。

其他操作同实施例1。

经处理后出水的水质情况为：pH为7.1左右；COD浓度为42 mg/L；氨氮浓度为4.1mg/L；总氮浓度约为16.7mg/L；总磷浓度约为0.52mg/L；COD去除率大于96％，氨氮去除率大于91％，总氮去除率大于94％，总磷去除率约为77％。出水中的COD、氨氮、总氮和总磷浓度均满足《生活垃圾填埋场控制标准》(GB 16889-2008)表 3中的排放限值标准。

以上的实施例仅是对本发明的具体实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，本领域技术人员在现有技术的基础上还可做多种修改和变化，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于高级氧化组合工艺的渗滤液尾水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)向垃圾渗滤液尾水中投加一定量的混凝剂，静置后在混凝单元内实现分离；所述混凝剂为聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺、聚合氯化铝铁、聚合氯化铝、聚合氯化铁、聚硅酸絮凝剂、壳聚糖絮凝剂、中的一种或多种；

(2)混凝单元的上清液进入Fenton单元，调节上清液pH至3.5～4.5，投加FeSO₄和双氧水，并与上清液进行充分混合与反应；

(3)Fenton单元的出水进入微藻光生物反应器进行深度处理。

2.根据权利要求1所述的基于高级氧化组合工艺的渗滤液尾水处理方法，其特征在于，所述混凝剂为聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺，投加量为0.1～2g/L。

3.根据权利要求1所述的基于高级氧化组合工艺的渗滤液尾水处理方法，其特征在于，步骤(2)中，按FeSO₄·7H₂O和30％双氧水计，FeSO₄和双氧水的投加量分别为0.08～0.8％和0.2～3％，水在Fenton单元内的反应时间为1～5h。

4.根据权利要求1～3任一项所述的基于高级氧化组合工艺的渗滤液尾水处理方法，其特征在于，步骤(2)中，所述FeSO₄和双氧水的加入量随着所述垃圾渗滤液尾水的污染物含量增加而增加，按FeSO₄·7H₂O和30％双氧水计，当所述垃圾渗滤液尾水中COD为400～600mg/L，则FeSO₄和双氧水的投加量为0.08～0.2％和0.2～0.6％，当所述垃圾渗滤液尾水中COD为1000～1400mg/L，则FeSO₄和双氧水的投加量为0.2～0.8％和2～3％。

5.根据权利要求1～3任一项所述的基于高级氧化组合工艺的渗滤液尾水处理方法，其特征在于，步骤(2)反应结束后，静置沉淀1h，分离沉淀和上层清液，上层清液调节pH至6～7后进入所述微藻光生物反应器。

6.根据权利要求1～3任一项所述的基于高级氧化组合工艺的渗滤液尾水处理方法，其特征在于，混凝单元以及Fenton单元底部产生的污泥，经收集脱水后进行集中处理。

7.根据权利要求1～3任一项所述的基于高级氧化组合工艺的渗滤液尾水处理方法，其特征在于，所述微藻光生物反应器使用透明材料制成，反应器内设置有平板膜或中空纤维膜组件，平板膜或中空纤维膜组件浸没入微藻溶液，出水透过分离膜进入膜的内侧被收集。

8.根据权利要求7所述的基于高级氧化组合工艺的渗滤液尾水处理方法，其特征在于，所述微藻光生物反应器内的微藻为耐盐菌株，选自葡萄藻、微绿球藻、小球藻中的一种。

9.根据权利要求7所述的基于高级氧化组合工艺的渗滤液尾水处理方法，其特征在于，所述微藻光生物反应器的温度控制在32～38℃之间，光强控制在2000～3000Lux之间。

10.根据权利要求1～3任一项所述的基于高级氧化组合工艺的渗滤液尾水处理方法，其特征在于，当微藻光生物反应器中的微藻细胞浓度达到3g/L以上时，将微藻细胞液排出80～95％，排出的细胞液通过重力沉降，分离微藻细胞；经分层后，上层清液返回所述微藻光生物反应器中，下层微藻细胞生物质被收集后，离心干燥。