申请日2021.09.14
公开日期2021.11.23
IPC分类C02F103/06;C02F101/16;C02F9/04
摘要
本发明“一种用于强化高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液固化体的活化剂及其应用”属于废水处理领域。一种用于强化高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液固化体的活化剂选自由聚羧酸钠、二甘醇胺、淀粉、乳酸钠组成的组。本发明的活化剂在固化过程中，利用了滤渣及蒸发母液中的活性成分(例如，硫酸钠，硫酸钾等)，通过活化，形成了满足填埋要求的固化体，大大提升了固化体的强度，同时降低了设备能耗，减少了成本。
权利要求
1.一种用于强化高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液固化体的活化剂，其特征在于，所述活化剂选自由聚羧酸钠、二甘醇胺、淀粉、乳酸钠组成的组。
2.根据权利要求1所述的一种用于强化高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液固化体的活化剂，其特征在于，所述活化剂选自下述配方之一：聚羧酸钠∶淀粉为1～8：1，或，二甘醇胺∶乳酸钠0.1～1：1。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于强化高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液固化体的活化剂，其特征在于，所述活化剂选自下述配方之一：质量比为8：1聚羧酸钠和淀粉、或，质量比为0.2～0.5：1的二甘醇胺：乳酸钠。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种用于强化高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液固化体的活化剂，其特征在于，所述活化剂的用量占高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液的质量的百分比为0.1％～2％。
5.根据权利要求4所述的一种用于强化高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液固化体的活化剂，其特征在于，所述活化剂的用量占高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液的质量的百分比为0.1～0.18％。
6.权利要求1-5任一所述的一种用于强化高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液固化体的活化剂在处理垃圾渗滤液、高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液、污水、废水方面的应用。
说明书
一种用于强化高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液固化体的活化剂及 其应用
技术领域
本发明属于废水处理领域，具体涉及一种用于强化高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液固化体的活化剂及其应用。
背景技术
垃圾渗滤液成分复杂，其中含有很多有毒有害物质，如不及时处理会对环境和人的身体健康造成危害。CJJ150-2010《生活渗沥液处理技术规范》于2011年确立了垃圾渗滤液的处理工艺路线，采用“预处理+生物处理+膜处理”的组合路线。MBR膜生物反应器与RO膜、NF膜的联用工艺操作简单、截留效率高、出水效果理想，是目前我国垃圾渗滤液的主流处理工艺之一；另一方面，对于垃圾渗滤液的应急处理，采用最多的是“预处理+DTRO(碟管式反渗透)”工艺。以上工艺中均含有膜处理工艺，因此都会产生一定的垃圾渗滤液膜浓缩液(以下简称浓缩液)，对于前一种工艺，由于前段有生化单元，大部分COD及氨氮均在此得到有效处理，因此产生的浓缩液相对容易处理；对于后一种工艺，采用全膜法处理，有机物几乎全部转入到浓缩液，因此该种浓缩液具有高盐、高有机物特征。
目前垃圾渗滤液膜浓缩液的处置方式主要可以分为三种，一是转移处理(外运和回灌)；二是减量处理(反渗透、纳滤、蒸发等)；三是进行无害化处理(电絮凝、沉淀、高级氧化和焚烧)等。公开号为CN105923850B的中国发明专利申请公开了一种垃圾渗滤液膜浓缩液处理工艺，该处理工艺包括絮凝预处理、芬顿反应、电解处理、类芬顿反应的多级技术耦合来处理浓缩液，该处理方法工艺较为复杂、条件不易控制，且容易产生二次污染，浓缩液浓度也不高，实验例显示膜浓缩液COD仅在4300～4500mg/L；公开号为CN111320316A公开了一种垃圾渗滤液膜浓缩液处理方法。该处理方法包括电催化氧化、混凝沉淀、超滤、蒸发处理，其中仅电催化氧化步骤中需要调pH，并加入了大量的H2O2、铁盐，该工艺流程复杂，且运行成本高，该工艺处理的浓缩液的有机污染物浓度以CODcr计为4000～10000mg/L，硬度以CaCO3计为1000mg/L以上。现有行业中由于膜浓缩液的长期回灌、部分地区餐厨垃圾不规范处理(进入填埋场填埋)导致垃圾渗滤液COD浓度、电导率升高，对传统生化工艺造成巨大冲击，往往此类渗滤液更多采用全膜法处理工艺，由此产生的浓缩液COD在20000mg/L以上，氨氮在3000mg/L以上，如何有效处理这种高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液成了行业的难题。
发明内容
为了解决本领域存在的上述难题，本发明的目的是提供一种用于强化高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液固化体的活化剂及其应用，本发明的活化剂主要解决高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液处理工艺中固化环节制备得到的固化体的强度提升的问题。
本发明一方面提供一种高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液处理工艺。
所述一种高浓度垃圾渗滤膜浓缩液处理工艺的技术方案如下：
一种高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液处理工艺，其特征在于，将所述高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液经预处理盐、复合材料预处理，以降低所述高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液中的COD、氨氮浓度；
所述预处理盐选自由草酸铁钠、双乙酸钠、聚合氯化铝组成的组；
所述复合材料选自由轻烧粉、木质素磺酸钠、粉煤灰、炉渣组成的组。
所述预处理指所述高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液与预处理盐、复合材料依次混合；
优选地，与预处理盐混合的时间为10～60min，优选50min；与复合材料混合的时间为5～60min，优选30min；上述混合时间可确保预处理反应完全彻底，能最大限度地降低高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液中的COD或氨氮；
优选地，所述混合的方式为搅拌；
所述预处理盐添加量为高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液质量的0.1％～1％，优选0.1％～0.5％；
优选地，所述草酸铁钠和聚合氯化铝的质量比为1～10：1，优选3∶1，采取该质量比对最终处理效果的积极作用是：上述物质添加后，首先生成了草酸钙沉淀，去除硬度，优于常规的双碱法除硬，添加聚合氯化铝主要用于加速沉淀的沉降，同时还能去除一部分COD，综合除硬、除COD效果及药剂成本，上述比例的最合理。
所述复合材料选自下述配方之一：
质量比为0.5～3：1，优选1：1的轻烧粉和粉煤灰；
质量比为0.5～5：1：0.1～0.5，优选1：1：0.2的轻烧粉、粉煤灰和木质素磺酸钠；
质量比为1～5：1优选，3：1的粉煤灰和炉渣；
所述复合材料的添加量为高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液质量的5％～30％，优选15％～18％；
所述高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液预处理后压滤，得到滤液和滤渣；
优选地，所述滤渣的质量分数为70～90％，优选80～85％，此处的滤渣的质量分数是指滤渣中干固体的质量占整个滤渣的质量百分比；本文中的滤渣指压滤后得到的滤饼；外观上虽然是固体形态，但并非绝对100％的固体物质，里面仍含有部分水分。将滤渣的质量分数控制在上述范围内的好处是：可直接将上述质量分数的滤渣与后续蒸发环节得到的蒸发母液在固化过程中混合，无需额外加水；如果质量分数太高，在固化环节还需额外再加水，如果质量分数太低则水分过多，既影响固化效果，又降低了浓缩液产水率。
将所述滤液浓缩；
所述浓缩优选采用加热蒸发的方式进行浓缩；
优选地，将滤液蒸发浓缩得到蒸发母液和冷凝液；
蒸发母液指蒸发后剩下的液体，冷凝液指蒸发气化得到的气体冷凝后的液体，主要污染物集中在蒸发母液中，冷凝水含有少部分，故冷凝液后续还要进入前面的膜系统确保达标排放；所述膜系统指本发明所述“高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液”最初产生的地方，即，所述“高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液”是从膜系统中排放出来的膜浓缩液。
优选地，所述滤液的浓缩倍数在8～16倍，优选9～11倍；采用这一浓缩倍数的好处包括：(1)兼顾能耗和浓缩液产水率，(2)这个浓缩倍数下的母液与前面的优选的80～85％的滤渣直接混匀，能保证较好的拌和性，不要额外添加水，能使固化效果最好。
优选地，所述蒸发母液及滤渣与活化剂混合进行固化，得到固化体；
所述活化剂选自由二甘醇胺、乳酸钠、聚羧酸钠、淀粉组成的组；活化剂的作用是：因上述预处理环节使用的复合材料存在潜在的胶凝性能，需要激发后才能产生明显的胶凝效果，蒸发母液中含有大量的硫酸盐，硫酸盐本身也是一种胶凝材料激化剂，考虑到膜浓缩液的水质波动，添加活化剂主要是进一步强化胶凝效果，确保固化体的胶凝性能，使产生的固化体强度足够高，从而进一步稳定固化体的整体性质，填埋时因固化体的高强度带来高稳定性，即便长时间地埋于地下也不会发生崩解、泄露或渗漏等情况。
优选地，所述固化是指自然条件养护7天；
优选地，所述固化体含水率为20％～50％，优选20％～30％；采用这一含水率的好处是：兼顾固化强度的前提下，使固化体配制过程具有较好的拌和性；
优选地，所述活化剂的添加量为高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液的0.1％～2％，优选0.1％～0.18％。
所述活化剂选自下述配方之一：
聚羧酸钠∶淀粉为1～8：1，或，二甘醇胺∶乳酸钠0.1～1：1。
所述的一种高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液处理工艺在处理废水、污水、垃圾渗滤液方面的应用。本发明第二个方面提供一种用于高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液的预处理组合物。
预处理组合物发明的技术方案如下：
一种用于高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液的预处理组合物，包括：预处理盐、复合材料；
所述预处理盐选自由草酸铁钠、双乙酸钠、聚合氯化铝组成的组；
所述复合材料选自由轻烧粉、木质素磺酸钠、粉煤灰、炉渣组成的组。
所述复合材料选自下述配方之一：
质量比为0.5～3：1的轻烧粉和粉煤灰；
质量比为0.5～5：1：0.1～0.5的轻烧粉、粉煤灰和木质素磺酸钠；或，
质量比为1～5：1的粉煤灰和炉渣。
所述复合材料选自下述配方之一：
质量比为1：1的轻烧粉和粉煤灰；
质量比为1：1：0.2的轻烧粉、粉煤灰和木质素磺酸钠；或，
质量比为3：1的粉煤灰和炉渣。
轻烧粉在复合材料中的作用是：(1)轻烧粉可以对渗滤液中的COD进行吸附；(2)轻烧粉具有潜在胶凝性能，可以作为胶凝材料的主材；
粉煤灰在复合材料中的作用是：主要具有吸附性能，同时也有部分潜在胶凝性能；
木质素磺酸钠在复合材料中的作用是：复合材料和浓缩液搅拌后会有一个过滤步骤，木质素磺酸钠的加入可以明显提高过滤速度；
炉渣在复合材料中的作用是：(1)炉渣具有潜在胶凝性能，也可以作为胶凝材料的主材；(2)炉渣与轻烧粉和粉煤灰相比，粒度更粗，在形成滤饼层时可有效防止板结，提高过滤速度。
所述复合材料的添加量为高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液质量的5％～30％。
所述复合材料的添加量为高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液质量的15％～18％。
所述预处理盐选自：草酸铁钠、或，双乙酸钠、或，草酸铁钠与聚合氧化铝的混合物。
其中双乙酸钠可与膜浓缩液中的污染物质反应产生沉淀，沉淀可吸附一定的COD和氨氮。除了能一定程度地去除COD和氨氮作用外，双乙酸钠还具有防霉、消毒、杀菌的作用，预处理后的浓缩液会先进入一个收集罐中，再由收集罐中进入后续的蒸发工序，因此即使设备检修或停车期间，收集罐中的浓缩液也不会霉变、滋生细菌或藻类，改善了作业环境。
草酸铁钠可与膜浓缩液中的污染物质产生草酸钙沉淀，产生的草酸钙沉淀可吸附一定程度的COD及氨氮。
草酸铁钠与聚合氧化铝的混合物也可与膜浓缩液中的部分污染物质反应产生沉淀，该沉淀也可吸附一定的COD及氨氮。
所述草酸铁钠与聚合氧化铝的混合物中草酸铁钠与聚合氧化铝的质量比为1～10：1。
所述草酸铁钠与聚合氧化铝的混合物中草酸铁钠与聚合氧化铝的质量比为3：1。
所述预处理盐添加量为高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液质量的0.1％～1％，优选0.1％～0.5％。
所述的一种用于高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液的预处理组合物在处理垃圾渗滤液、垃圾渗滤液膜浓缩液、污水、废水方面的应用。
本发明的预处理组合物中的预处理盐的添加既可以去除硬度又可以去除部分渗滤液中的腐殖酸，添加的复合材料对渗滤液中的COD和氨氮进行吸附去除，由于复合材料没有任何改性，为了保证良好的吸附效果，添加的用量较多，同时足量的复合材料在过滤的时候能有效形成滤饼层，提高过滤速度和效果。
本发明第三个方面提供一种用于强化高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液固化体的活化剂。
活化剂发明的技术方案如下：
一种用于强化高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液固化体的活化剂，其特征在于，所述活化剂选自由聚羧酸钠、二甘醇胺、淀粉、乳酸钠组成的组。
所述活化剂选自下述配方之一：聚羧酸钠∶淀粉为1～8：1，或，二甘醇胺∶乳酸钠0.1～1：1。
其中聚羧酸钠在活化剂中所起的作用是：调节滤渣和母液在高质量浓度下搅拌过程的和易性，并且增强固化体的强度；
淀粉在活化剂中所起的作用是：主要起分散剂的作用，同时也有增稠保湿的作用。操作过程中即使固化体系在质量浓度较低的情况下，固化材料与母液也会均匀分布，不会发生沉降，防止细颗粒物质悬浮在固化体的上层从而影响固化效果；淀粉的增稠性能是指可以提高固化体系的粘度，延缓或阻止固化过程产生气体的释放。
二甘醇胺在活化剂中所起的作用是：起到延缓氨气释放的左右，母液中含有大量的铵盐，滤渣中含有部分碱性物质，反应过程可能会有氨气释放，释放程度与水质有关，二甘醇胺作为一种表面活性物质，会吸附在滤渣颗粒表面，延缓氨气的释放，固化体在后期表面不会留下气孔，这样间接起到了提高固化体强度的作用，另外它也有保湿的作用。
乳酸钠在活化剂中所起的作用是：作为保湿剂，由于固化体制备后一般是自然条件堆存，当室外温度过高时，固化体失水过快，容易开裂，造成固化质量不好，添加乳酸钠起到类似于常规混凝土洒水养护的作用。
所述活化剂选自下述配方之一：质量比为8∶1的聚羧酸钠和淀粉、或，质量比为0.2～0.5：1的二甘醇胺：乳酸钠。
所述活化剂的用量占高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液的质量的百分比为0.1％～2％。
所述活化剂的用量占高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液的质量的百分比为0.1～0.18％。
所述的一种用于强化高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液固化体的活化剂在处理垃圾渗滤液、高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液、污水、废水方面的应用。
对于高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液而言，在膜处理过程以及蒸发过程中都添加了硫酸，最终以硫酸盐的形式均匀的分布在母液中，且硫酸盐属于公知的胶凝材料激发剂，而前端添加的复合主材料均具有潜在的胶凝性能，因此在固化过程中两者混合，正好激发了这些复合材料的胶凝性能。为了弥补单一激发材料带来的弊端，进一步取得良好的胶凝效果，固化过程添加强化活化剂，确保满足固化要求。
本发明提供一种高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)预处理：垃圾渗滤液膜浓缩液中先后添加预处理盐及复合材料搅拌，对硬度、COD、氨氮的初步去除；
(2)压滤：搅拌后的浓缩液进入压滤系统，得到滤液和滤渣，滤液进入收集灌，滤渣堆存备用；
(3)蒸发：滤液由收集灌进入蒸发系统进行蒸发浓缩，蒸发母液进入固化系统，冷凝液返回至膜处理系统，处理后达标排放。
(4)固化：蒸发母液、滤渣添加活化剂搅拌均匀得到固化体，固化后进行填埋。
所述预处理流程为：渗滤液中首先添加预处理盐搅拌10～60min，然后添加复合材料搅拌5～60min。
所述预处理盐为磷酸钠、磷酸钾、草酸铁钠、双乙酸钠、硫酸铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铝中的一种或几种；
优选地，预处理盐为草酸铁钠和聚合氯化铝，预处理盐添加量为浓缩液质量的0.1％～0.5％，草酸铁钠与聚合氯化铝的质量比为1：1～10：1，优选质量比为3：1。
所述复合材料为轻烧粉、木质素磺酸钠、赤泥、石膏、粉煤灰、矿渣、钢渣、水淬渣、炉渣、羟乙基纤维素、尾矿中的一种或几种。
复合材料的添加量为浓缩液质量的15％～18％。
预处理盐的添加既可以去除硬度又可以去除部分渗滤液中的COD，添加的复合材料对渗滤液中的COD和氨氮进行吸附去除，由于复合材料没有任何改性，为了保证良好的吸附效果，添加的用量较多，同时足量的复合材料在过滤的时候能有效形成滤饼层，提高过滤速度和效果。
所述压滤过程中，压滤后的滤渣质量分数为70～90％。
所述蒸发过程中，滤液的浓缩倍数在8～16倍。
对于膜浓缩液而言，在膜处理过程以及蒸发过程中均添加硫酸，最终以硫酸盐的形式均匀的分布在母液中，且硫酸盐属于公知的胶凝材料激发剂，而预处理中添加的复合材料(例如，轻烧粉、粉煤灰、炉渣等)均具有潜在的胶凝性能，因此在固化过程中两者混合，正好激发了这些复合材料的胶凝性能。为了弥补单一激发材料带来的弊端，进一步取得良好的胶凝效果，固化过程添加强化活化剂，确保满足固化要求。
所述固化过程中，添加的活化剂为异丙醇胺、二甘醇胺、乳酸钠、聚羧酸钠、淀粉组成中的一种或几种，添加量为复合材料的0.1％～2％，所述滤渣与蒸发母液混合后得到的固化体含水率为20％～50％，所述固化方式为自然条件养护7天。
优选的，固化体的含水率为20％～30％。
本发明的有益效果包括：
1、本发明通过首先采用预处理盐预处理，可以同时进行硬度和COD的部分去除，添加复合材料后，可以对COD和氨氮进一步去除，经过以上处理可以明显缓解蒸发器的结垢，降低能耗；同时浓缩液添加复合材料后，保证了一定的质量浓度，在过滤时能有效形成滤饼层，因而得到很好的过滤效果。
2、本发明在复合材料的选择上，利用了复合材料的吸附性能和潜在胶凝性能，并利用膜浓缩液中含有的硫酸盐进行初步激发，而不像现有工艺在末端添加已经配制好的胶凝材料。复合材料主要为工业固废，来源广泛，成本低廉，巧妙的达到了“以废治废”的效果；此外，复合材料不需要任何改性，通过其用量弥补了其吸附性能的不足，而这个“过量”正好是后续工艺所需的。
3、利用蒸发母液中固有的硫酸盐，以及添加的工业固废为主的复合材料互相反应达到良好的固化效果，明显的降低了运行成本。
本发明“一种高浓度垃圾渗滤液膜浓缩液处理工艺”，步骤如下：(1)预处理：垃圾渗滤液膜浓缩液中先后添加预处理盐及复合材料搅拌，对硬度、COD、氨氮初步去除；(2)压滤：搅拌后的浓缩液进入压滤系统，得到滤液和滤渣，滤液进入收集灌，滤渣堆存备用；(3)蒸发：滤液由收集灌进入蒸发系统进行蒸发浓缩，蒸发母液进入固化系统，冷凝液返回至膜处理系统，处理后达标排放。(4)固化：蒸发母液、滤渣添加活化剂搅拌均匀得到固化体，固化后进行填埋。本发明的工艺在蒸发处理前进行了高效的预处理，极大的缓解了蒸发器的结垢，降低了蒸发器的能耗；在固化过程中，利用了滤渣及蒸发母液中的活性成分(例如，硫酸钠，硫酸钾等)，通过活化，形成了满足填埋要求的固化体，减少了成本。
