申请日 20200811
公开（公告）日 20201110
IPC分类号 C02F9/14; C02F103/06; C02F101/20; C02F101/18; C02F101/16; C02F101/10
摘要
本申请提供一种垃圾渗透液的深度处理方法，属于水、废水或污水的多级处理技术领域。待处理的垃圾渗透液依次经外置式陶瓷MBR膜过滤、电解絮凝沉淀、单级DTRO、纳滤、双极电解处理，双极电解槽处形成NaOH、HClO和NaClO溶液，NaOH经外循环管送入纳滤机构和单级DTRO作为化学清洗药剂使用，HClO和NaClO溶液送入电解絮凝机构作为强氧化剂使用。将本申请应用于垃圾渗透液或同性质污水处理，具有降解稳定、成本低廉、有效成分可多次循环再利用等优点。
权利要求书
1.一种垃圾渗透液的深度处理方法，其特征在于：待处理的垃圾渗透液依次经外置式陶瓷MBR膜过滤、电解絮凝并沉淀、单级DTRO、纳滤、双极电解处理后，排出，所述外置式陶瓷MBR包括机壳和设置于机壳内的膜分离组件，膜分离组件连接有曝气管，垃圾渗透液经离心液体泵输入，在膜分离组件中完成曝气反应后，输入电解絮凝机构；电解絮凝机构采用高频开关脉冲电源，完成电解絮凝并沉淀，沉淀上清液经离心液体泵泵入单级DTRO；所述单级DTRO包括两组并联的膜组件，经两组膜组件分别处理后，达标液体送入纳滤机构完成纳滤；纳滤透过液送入双极电解槽中进行双极电解处理，所述双极电解槽中包括两个阳极和两个阴极，阳极与阴极交错设置形成两组，纳滤透过液双极电解形成NaOH、HClO和NaClO溶液，NaOH经外循环管送入纳滤机构和单级DTRO作为化学清洗药剂使用，HClO和NaClO溶液送入电解絮凝机构作为强氧化剂使用。
2.根据权利要求1所述的一种垃圾渗透液的深度处理方法，其特征在于：所述电解絮凝机构的主电极为铝主电极、铁主电极或钛主电极。
3.根据权利要求1所述的一种垃圾渗透液的深度处理方法，其特征在于：所述双极电解槽中，配置两个阳极、两个阴极，阳极-阴极-阳极-阴极以无隔膜方式布置于双极电解槽中。
4.根据权利要求1所述的一种垃圾渗透液的深度处理方法，其特征在于：所述双极电解槽中，配置两个阳极、两个阴极，阳极-阴极-阳极-阴极配合隔膜布置于双极电解槽中。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种垃圾渗透液的深度处理方法，其特征在于：还包括有预过滤工序，对垃圾渗透液进行预处理。
6.根据权利要求1-4任一项所述的一种垃圾渗透液的深度处理方法，其特征在于：还包括有A/O反应器，A/O反应器配合外置式陶瓷MBR设置，以实现垃圾渗透液的有氧反应。
7.根据权利要求1-4任一项所述的一种垃圾渗透液的深度处理方法，其特征在于：还包括有沉淀池，沉淀池设置于电解絮凝机构与单级DTRO之间。
说明书
一种垃圾渗透液的深度处理方法
技术领域
本申请涉及一种垃圾渗透液的深度处理方法，属于水、废水或污水的多级处理技术领域。
背景技术
垃圾是人类日常生活和生产中产生的固体废弃物。在生活垃圾处理领域，我国垃圾处理仍以填埋为主。垃圾填埋不可避免的产生垃圾渗滤液，是一种成分复杂、污染物浓度高、毒性大的高浓度有机废水。且垃圾渗滤液水质变化的因素有很多，如垃圾填埋场的场龄、填埋方式、地理位置和环境变化等。
高浓度的氨氮是渗滤液的主要水质特征之一，并且根据填埋的方式和垃圾成分不同，渗滤液中氨氮浓度也不尽相同，除此之外，由于填埋时间的不断增长，垃圾中的有机氮会逐渐向无机氨转化，从而导致渗滤液中的氨氮浓度呈现出不断增加的态势。
现有的垃圾渗滤液高氨氮处理技术均存在缺陷。垃圾渗滤液高氨氮处理技术主要是氨吹脱法和生物脱氨技术：
（1）氨吹脱法要在渗滤液中加入大量碱（通常使用氢氧化钙）进行有效中和，但会存在设备出现结垢现象，因此吹脱处理之后，还要进行加酸处理，并对产生的气态氨氮进行有效回收，相应回收装置的添加使处理成本增加。
（2）生物脱氨技术主要应用在低浓度氨氮的垃圾渗滤液中，高浓度氨氮及渗滤液中C/N比例失衡，对生物处理系统和生物平衡系统都会产生一定的抑制作用，导致生物脱氮无法有效的实施。而垃圾处理浓缩液一般回灌到垃圾填埋场，随着垃圾填埋场填埋时间的增长，垃圾渗滤液中各离子浓度越来越高，尤其是盐分浓度，导致生化细菌生长环境越来越差，对这种老化的垃圾渗滤液，生物处理技术对其中的有机物很难起到有效降解作用。故目前垃圾渗滤液深度处理主要由物化法、混凝沉淀、吸附、膜处理技术等构成。
混凝沉淀可以对垃圾渗滤液中的固体、重金属以及部分有机物等进行有效清除，但需要使用大量的化学试剂来完成，这就使得处理成本不断提高。活性炭可以将垃圾渗滤液中的溶解性有机物和微生物有效的去除，还可以起到脱色和除臭的功能，但是其质量相对较小，吸附能力存在一定的局限性，还容易发生堵塞问题；化学氧化法的作用效果是降低渗滤液中生物难降解的有机物浓度和颜色，使其可生化性得到有效提高，但需要借助氧化剂来实现，而氧化剂的成本相对偏高，从而使得该项技术在工程中的应有范围受到一定的限制。目前主要采用的是纳滤和反渗透技术，来对垃圾渗滤液进行工业化的处理，但是该技术存在一定的缺陷：纳滤和反渗透设备使用寿命较短，膜的维护费用较高，而且纳滤和反渗透的出水量会随温度的变化而变化，因此该技术在垃圾渗透液的处理工程中并没有得到广泛应用。
随着超声波、微波和辅助法等技术的不断发展，利用羟基自由基的强氧化性来进行有机物去除，不仅可得到良好的处理效果，还可以有效提高垃圾渗透液的可生化性，从而避免出现二次污染，这样的处理方式可以作为垃圾渗滤液生物处理的预处理，但该项技术还处在实验研究阶段，离大规模的应用于工业中还具有一定的距离。
发明内容
有鉴于此，为解决垃圾渗滤液深度处理中存在的上述问题，本申请提供一种垃圾渗透液的深度处理方法。
具体地，本申请是通过以下方案实现的：
一种垃圾渗滤液的深度处理方法，待处理的垃圾渗透液依次经外置式陶瓷MBR膜过滤、电解絮凝沉淀、单级DTRO、纳滤、双极电解处理后，排出，所述外置式陶瓷MBR包括机壳和设置于机壳内的膜分离组件，膜分离组件连接有曝气管，垃圾渗透液经离心液体泵输入，在膜分离组件中完成曝气反应后，输入电解絮凝机构完成电解絮凝并沉淀，沉淀上清液经离心液体泵泵入单级DTRO，所述单级DTRO包括两组并联的膜组件，经两组膜组件分别处理后，达标液体送入纳滤机构完成纳滤，纳滤透过液送入双极电解槽中进行双极电解处理，所述双极电解槽中包括两个阳极和两个阴极，阳极与阴极交错设置形成两组，纳滤透过液双极电解形成NaOH和HClO和NaClO溶液，NaOH经外循环管送入纳滤机构和单级DTRO作为化学清洗药剂使用，HClO和NaClO溶液送入电解絮凝机构作为强氧化剂使用。
本申请中，垃圾渗透液利用外置式陶瓷MBR技术，提高废水运行效率，保证预处理出水水质，从而确保单级DTRO运行的稳定性，进而保证整个污水处理系统的稳定运行；其中：外置式陶瓷MBR机械强度高、耐酸、耐碱、耐高温，使用寿命长，可用强酸、强碱、强氧化剂等清洗剂来清洗再生，或在高温高压下使用和清洗。与一般有机管式膜和中空纤维膜相比，陶瓷膜具有明显的优越性：使用寿命长、可以克服中空纤维膜膜孔严重堵塞、渗透通量底和有机管式膜清洗难等问题。
经过外置式陶瓷MBR膜过滤的垃圾渗滤液，经外循环管加入双极电解系统产生的次氯酸钠（NaClO）、次氯酸（HClO），对污水消毒杀菌及氧化作用；再进入电解絮凝机构，电解絮凝以铝、铁、钛等合金金属作为主电极，借助外加脉冲高电压作用产生电化学反应，把电能转化为化学能，以牺牲阳极金属电极产生金属阳离子絮凝剂，通过凝聚、气浮、还原和氧化将污染物从水体中分离，达到净化水体的一种技术，可有效的去除废水中的Cr、Zn、Ni、Cu、Cd等重金属，氰（CN-）、氨氮（NH3-N）、油脂、磷酸盐以及COD、悬浮物（SS）与色度等各种有害污染物。
电解絮凝原理如下：
1）电解絮凝原理：可溶性阳极如铁、铝等，通以高压脉冲直流电后，阳极失去电子，形成金属阳离子 Fe、Al，与溶液中的OH-结合生成高活性的絮凝基团，其吸附能力极强，絮凝效果优于普通絮凝剂，利用其吸附架桥和网捕卷扫等作用，可将废水中的污染物质吸附共沉而将其去除。
Fe+2OH- = Fe(OH)2
Al+3OH- = Al(OH)3
2）电解气浮原理：电解气浮是对废水进行电解，水分子电离产生H+和 OH-，在电场驱动下定向迁移，并在阴极板和阳极板表面分别析出氢气和氧气。新生成的气泡直径非常微小，氢气泡约为 10～30μm，氧气泡约为 20～60μm；相比于加压溶气气浮时产生的气泡直径（100～150μm）和机械搅拌时产生的气泡直径（800～1000μm）都要小。由此可见，电解产生的气泡捕获杂质微粒的能力比后两者为高，且气泡的分散度高，作为载体粘附水中的悬浮固体而上浮，这样很容易将污染物质去除。电解气浮既可以去除废水中的疏水性污染物，也可以去除废水中的亲水性污染物。
2H2O -4e = O2 +4H+
2H2O +2e = H2 +2OH-
3）电解还原原理：电解过程中的还原作用可以分为两类。一类是直接还原，即污染物直接在阴极得到电子而发生还原作用。另一类是间接还原，污染物中的阳离子首先在阴极得到电子，使得电解质中高价金属阳离子在阴极得到电子直接被还原为低价阳离子或金属沉淀。
Cu2+ +2e = Cu
Cr3++3e = Cr （直接还原）；
Ag++e =Ag；
Fe3++Cr=Fe+Cr3+ （间接还原）
4）电解氧化原理：电解过程中的氧化作用可以分为两类。一类是直接氧化，即污染物直接在阳极失去电子而发生氧化作用；另一类是间接氧化，利用溶液中的电极电势较低的阴离子，例如 OH、Cl在阳极失去电子生成新的较强的氧化剂的活性物质如[O]、[OH]、Cl2等。利用这些活性物质氧化分解水中的 BOD5、COD、NH3-N 等。
作为优选，为改善电解絮凝结构与效果，所述电解絮凝机构中采用铝、铁、钛等合金金属作为主电极，以提高污水中COD、氨氮、重金属等处理效果, 同时利用机械结构及电源特性解决极板容易结垢的技术难题。
所述单级DTRO的反渗透膜处理过程：垃圾渗滤液通过电絮凝处理进入沉淀池沉淀，然后进入单级DTRO碟管式反渗透膜，出水分为2部分：浓缩液和透过液，透过液通过排放口排放，浓缩液进入纳滤机构进一步过滤。
所述纳滤机构处理过程：纳滤机构以纳滤膜为主要作用部件，去除Ca2+、Mg2+及重金属离子，保留NaCl成分，满足双极电解槽的运行要求。纳滤机构处理后的浓缩液经回流管回流至整个系统的进水端，保留了NaCl成分的透过液则进入双极电解槽。
纳滤（nanofiltration，NF）是一种介于反渗透与超滤之间的一种压力驱动型膜分离技术，由于其自身独特的性能使它在许多领域具有其它膜技术无法替代的地位，在工业废水处理中得到了广泛的应用，并显示出了广阔的发展前景。
垃圾渗滤液中溶解性有机物质量浓度为100-3000mg/L，无机物质量浓度为1600-14300mg/L，氨氮质量浓度为300-2000mg/L，处理难度很大。用纳滤机构处理单级DTRO排放浓水，BOD、COD、氨氮、硫酸根去除率分别可达41.6%、70.88%、57%、90.48%，Ca2+、Mg2+等二价离子去除率分别可达90.0%、95.0%以上，以降低水的硬度。
所述双极电解处理过程中：利用单级DTRO浓缩后排放水中所含高浓度盐水，电解产生氢氧化钠（NaOH）、次氯酸钠（NaClO）、次氯酸（HClO），其中氢氧化钠用来清洗单级DTRO的膜组件与纳滤机构的纳滤膜；次氯酸钠（NaClO）、次氯酸（HClO）则作为强氧化，用于污水进水与污水排放消毒杀菌及污水进水的氧化作用。该方案既合理利用了污水中的盐，保证了污水中盐的平衡，又确保MBR水质稳定，大大减少了化学药剂的采购，达到资源循环利用的目的。
上述双极电解的原理解释如下：在含盐废水溶液中含有Na+、H-等几种离子，当插入电极时，在一定的电压下，电解质溶液由于离子的移动和电极反应，发生导电作用，这时Cl-、OH-等负离子向阳极移动，而Na+、H+等正离子向阴极移动，并在相应的电极上发生放电，从而进行氧化还原反应，生产相应的物质。
盐水溶液电解过程可用下列反应方程式表示：NaCl=Na++Cl-
阳极电解作用：H2O = H++OH-，Cl-2e = Cl2↑
阴极电解作用：2H-+2e = H2↑
本申请双极电解槽中，配置两组阳极-阴极（即两个阳极、两个阴极），阳极-阴极-阳极-阴极可直接以无隔膜交错方式设置，电解质和电解生成物氢气从溶液里向外逸出之外，其他均在一个电解槽内，由于氢气在外逸过程中对溶液起到一定的搅拌作用，使两极间的电解生成物发生一系列的化学反应，反应方程式如下：
2NaCl+2H2O→2NaOH+H2↑+Cl2
2NaOH+Cl2→NaClO+NaCl+H2O
阳极-阴极-阳极-阴极也可以有隔膜交错方式设置在电解槽中，在电极正面与反面分别产生NaOH与HClO，进行人为控制，达到产生三种药剂的目的，用来替代外购药剂。
在上述方案基础上，我们还可以增加预过滤工序，对垃圾渗透液进行预处理，降低固体杂质等的占比，以降低非生化问题产生的处理压力。
在上述方案基础上，我们还可以增加A/O反应器，A/O反应器配合外置式陶瓷MBR，实现垃圾渗透液的有氧反应。
在上述方案基础上，我们还可以增加沉淀池，沉淀池设置于电解絮凝机构与单级DTRO之间，完成电解絮凝处理后的中转与进一步沉淀。
本申请的有益效果主要表现在：
（1）利用外置式陶瓷膜MBR技术，提高废水运行效率，保证预处理出水水质，从而确保单级DTRO运行的稳定性，进而保证整个污水处理系统的稳定运行；充分利用陶瓷膜的特点，解决垃圾渗滤液预处理的难题，保障后续工艺段的稳定运行。
（2）配套相应的电极材料，完善污水中COD、氨氮、重金属等处理效果，利用电源特性解决极板容易结垢的问题，保证电解絮凝的运行效果及稳定运行。
（3）纳滤在废水的运行工艺流程，保证纳滤除硬效果，确保双极电解槽不结垢，从而保证整个系统的除盐量，维持水中盐平衡。采用纳滤大流量循环运行模式：即在纳滤浓水侧设置增压泵，提升高压泵出口至浓水侧的压力损失，大部分浓水通过增压泵回流至高压泵出口，保持膜元件内部流量达到常规系统的2-2.5倍，减缓膜表面的结垢速度，保证纳滤膜的稳定运行。
（4）利用双极电解槽实现单级DTRO的浓水降盐并电解产生氢氧化钠（NaOH）、次氯酸钠（NaClO）、次氯酸（HClO），其中氢氧化钠用来清洗单级DTRO与纳滤机构、调节预处理污水进水的pH；次氯酸钠（NaClO）、次氯酸（HClO）用来污水进水与污水排放消毒杀菌及污水进水的氧化作用。既合理利用了污水中的盐分，保证了污水中盐分的平衡，确保外置式陶瓷MBR运行稳定；又大大减少了化学药剂的采购，达到资源循环利用的目的。同时，也解决垃圾渗滤液目前面临的最大难题：垃圾渗滤液处理浓缩液回灌垃圾场，导致处理量的增加及盐分的逐步提高，直至系统无法运行。
发明人 （陈锋;陈文松;刘宏远;）
