申请日2005.01.14
公开(公告)日2006.06.14
IPC分类号C02F9/14; B01D61/14; C02F3/30; C02F3/28
摘要
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。
权利要求书
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。
说明书
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CODcr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。
