滲濾液「生物處理+納濾工藝」膜截留液的資源化方法
2023-09-18 23:44:50
專利名稱：滲濾液「生物處理+納濾工藝」膜截留液的資源化方法
技術領域：
本發明屬於垃圾處理技術領域，特別涉及從城市生活垃圾填埋場滲濾液「生物處理+納濾工藝」膜截留液中提取腐植酸並濃縮為有機液體肥料的資源化方法。
背景技術：
城市生活垃圾填埋場滲濾液是一種高濃度有機廢水，目前國內大量已建成的採用常規工藝的滲濾液處理工程基本都達不到《生活垃圾填埋汙染控制標準》中的一級排放標準。究其原因通常認為由滲濾液的水質波動大、可生化性隨填埋時間的增長而下降、氨氮含量高、營養元素失衡等水質特點所致，而更本質的原因可能在於滲濾液中含有高濃度的難生物降解有機物-腐植酸。
生物處理是有機廢水的最基本處理方法，目前在滲濾液處理實際工程中也應用的最廣泛。一方面，近年來一些新穎的生物脫氮途徑不斷被發現和揭示，對於通常含有高濃度的重碳酸氫鹽和氨氮的滲濾液，這些現象表現的特別明顯，許多滲濾液處理的小試、中試和工程實踐均證明，只要合理選用生物反應器和優化工藝參數，即使氨氮濃度高至2700mg/l時，仍可通過生物硝化達標。另一方面，早期滲濾液中有機物由於主要是由大量易於生物降解的脂肪酸組成，因此採用生物處理是非常有效的。但是，由於滲濾液中還含有難生物降解有機物——腐植質，基本上從填埋場開始產生滲濾液，腐植質即存在其中，使得早期滲濾液經生物處理後仍有300～800mg/L的COD無法去除，單純生物處理的出水難於達到直接排放要求。並且隨著填埋時間的延續，滲濾液有機物中腐植質含量及所佔的比例增加，進而導致滲濾液的可生化性下降，由此造成常規生物法處理滲濾液可能難於正常運行，所以，生物法處理老齡期滲濾液時效果不佳。雖然單靠生物處理不能使出水直接排放，但生物處理的設備簡單、運行管理可靠、成本低，通過合理選取反應器、工藝參數和改進處理單元等措施，就可以充分發揮生物法處理滲濾液時高效生物硝化和淨化可降解有機物的優點，目前國內外在許多工程實踐中已成功用MBR法或在常規反應器中增加掛膜能力強的填料的厭氧+缺氧+好氧工藝來去除氨氮和可生物降解有機物，而生物處理出水中殘留的難生物降解有機物則通過納濾或RO進一步淨化，最終出水可穩定達到一級排放標準。實際上，這種工藝組合已成為把滲濾液處理到一級排放標準的最佳技術之一，但也存在以下主要問題截留濃縮液需進一步處理，投資和運行費用較大等。目前處理截留濃縮液的常用方法有回灌、濃縮焚燒、固化、回流到生物處理系統等，由於濃縮液中有機物為難生物降解，回灌、回流到生物處理系統效果不佳，並可能引起系統難於正常運行，而濃縮焚燒、固化等成本昂貴。因此，有必要尋求處理截留濃縮液在技術上可行、經濟上更合理的方法。
發明內容
腐植酸是滲濾液「生物處理+納濾工藝」膜截留液中有機物的主要成分，比例可高達50～90％。從無害化角度看，它是造成滲濾液原液及其經「生物處理+納濾工藝」後所產生的膜截留液難處理達標的主要汙染物，從另一方面看，它又是有機肥料的主要成分，因此本發明提供了從滲濾液「生物處理+納濾工藝」膜截留液中分離腐植酸後再濃縮為有機液體肥料的資源化方法，同時本發明還解決了膜截留液難處理的問題。
本發明提供了一種城市生活垃圾填埋場滲濾液「生物處理+納濾工藝」膜截留液的資源化方法，其特徵在於，該方法包括如下步驟1)將滲濾液經「生物處理+納濾工藝」後的膜截留液，泵入納濾系統，操作壓差為0.5～1.5Mpa，濃縮倍數為5～10倍，膜分離後得到濃縮液和透過液，所述納濾系統所用膜是一種非軟化納濾膜，截留相對分子量為200～1000；2)讓上述步驟得到的濃縮液流入浸沒燃燒蒸發系統，燃燒室溫度＞750℃，浸沒深度0.3～0.6m，濃縮倍數為5～10倍，濃縮、淨化後得到有機液體肥料；當滲濾液經「生物處理+納濾工藝」處理後出水中Ca2+＞150mg/L、Mg2+＞300mg/L時，所述納濾系統中選用膜的截留相對分子量為500～1000。
納濾系統的膜透過液和浸沒燃燒蒸發系統的蒸發冷凝液可以回流至滲濾液「生物處理+納濾工藝」系統的調節池中處理。
本發明的有益效果1、滲濾液「生物處理+納濾工藝」膜截留液中所含的難生物降解有機物以腐植酸為主，根據其分子量較大，先選擇技術可行、經濟合理的納濾工藝進行分離濃縮，又根據其難於揮發，再經浸沒燃燒蒸發系統濃縮和淨化，獲得了產品-腐植酸有機液體肥料，這樣既對滲濾液「生物處理+納濾工藝」膜截留液進行了資源化利用，又解決了其難於處理的難題。2、可利用本資源化方法對國內現有不能達標的滲濾液處理設施進行改造，一般是在原有工藝的後端(生物處理後)增加納濾工藝，調整、優化生物處理設施及其工藝參數，再對納濾工藝膜截留液採用本發明進行資源化利用，這樣既可使整合後的滲濾液處理設施出水中有機物達標，又可使該組合工藝所產生的膜截留液變廢為寶，從而達到環境效益、社會效益和經濟效益的統一。3、本資源化方法可使填埋場產生的填埋氣體得到了綜合利用。4、本資源化方法實用、先進，流程簡單，佔地少，無二次汙染，運行簡便、可靠。
圖1是本發明滲濾液「生物處理+納濾工藝」膜截留液的資源化方法流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明滲濾液「生物處理+納濾工藝」膜截留液的資源化方法作進一步描述。
首先闡述一下本發明的總體思路。滲濾液「生物處理+納濾工藝」膜截留液難於處理，並且其含較高濃度腐植酸，因此，本發明有別於處理的角度，提出了資源化方法，同時兼顧了資源化過程中產生廢水的達標處理。滲濾液「生物處理+納濾工藝」膜截留液的資源化思路主要在於進一步分離濃縮膜截留液中可資源化物質—腐植酸並脫除鹽，同時淨化有毒有害物質。具體表現為(1)採用了以膜和蒸發工藝組成的從滲濾液中物理分離濃縮腐植酸製成有機液體肥料的資源化方法。(2)現有的用於處理滲濾液的膜工藝中主要為反滲透和納濾，在滲濾液經生物處理後的後續工藝中，如果處理後出水不要求綜合利用(如綠化澆灌)，僅為達標排放，則建議採用納濾工藝，這是因為反滲透一般對滲濾液中各溶質幾乎不加選擇地全部截留，因此膜截流液中無機鹽分也和有機物同時被濃縮，從而使其難於資源化；納濾通常對一價離子截留率低，對二價及以上離子有較高的截留，對於經生物處理後的滲濾液，其所含的無機鹽分中主要為一價離子，因此可充分發揮納濾能使大部分鹽隨出水排出的優點，同時納濾可以較易獲得更高的濃縮倍數，通常滲濾液「生物處理+納濾工藝」中納濾的濃縮倍數為5～10倍，而反滲透一般只能做到3～5倍；反滲透投資和運行費用比納濾高。本發明涉及的滲濾液「生物處理+納濾工藝」和資源化方法中的納濾均應選用專門去除有機物而非軟化的納濾膜，這種膜的脫鹽率應只有5-30％左右，是一種高通量荷電納濾膜，滲濾液「生物處理+納濾工藝」中所用的納濾膜的截留相對分子量一般為200，而本發明的資源化方法中納濾系統所用的膜截留相對分子量為200～1000之間，在Ca2+、Mg2+含量高時，如滲濾液經「生物處理+納濾工藝」處理後出水中Ca2+＞150mg/L、Mg2+＞300mg/L，則應為資源化方法中納濾選用截留相對分子量為500～1000之間的膜。(3)利用浸沒燃燒蒸發系統來最後濃縮經納濾系統分離後的濃縮液，由於此時濃縮液中有機物濃度達12～20g/L以上，TDS更可達35g/L以上，繼續採用膜濃縮容易發生堵塞等問題，影響其正常運行，且運行費用也會迅速升高，因此，進一步濃縮不適宜採用納濾系統。浸沒燃燒蒸發系統是一種利用燃燒產生的高溫氣體與液體直接接觸的蒸發器，其傳熱效率可高達95％以上，由於是直接傳熱，消除了固定的接觸界面，因此克服了間壁傳熱界面結垢的問題，可以獲得更高的含固率。浸沒燃燒蒸發系統所需燃氣可用填埋場產生的填埋氣體，更是達到「以廢治廢」綜合利用的效果，從而大大降低資源化的成本。通常，滲濾液在生物處理過程中，大部分有毒或有害有機物能被有效的降解或逸出到大氣中而被去除，出水中重金屬濃度也會降低，並保持在較低的水平上(通常低於排放標準)，而在浸沒燃燒蒸發系統過程中，大量氣體擾動沸騰液體，也會使濃縮液中有毒或有害微量有機物和少量的不穩定的低分子揮發性有機物被充分地蒸出，病原體也會被全部滅活，從而保證了產品的品質。(4)資源化方法所得的產品為腐植酸有機液體肥料，有機物含量大於14％(重量比)，或總有機碳含量大於8％(重量比)。(5)經納濾系統後的膜透過液和浸沒燃燒蒸發系統的蒸發冷凝液，由於絕大多數難生物降解的腐植酸等大分子有機物被分離出，因此可回流到滲濾液「生物處理+納濾工藝」系統處理，不會影響系統的穩定運行。
如圖1所示，滲濾液經「生物處理+納濾工藝」後產生的膜截留液，經納濾系統後分成兩部分一部分為膜截留的濃縮液，富含以腐植酸為主的難生物降解有機物，濃度很高，而所含的以無機鹽分為主體的非揮發性溶解性殘渣(FDS)也會比膜分離前的進料高，但一般不高於2～2.5倍，即大部分無機離子在納濾系統中可以良好通過，截留率不高於30％，濃縮液這部分水量佔進水的10～20％；另一部分為膜透過液，水量佔進水的80～90％，所含有機物分子量較小，相對容易生化降解，可回到滲濾液「生物處理+納濾工藝」系統處理。膜截留下來含腐植酸的濃縮液要用作腐植質有機液體肥料，在濃度和品質上還達不到產品的有關要求，因此，濃縮液流入浸沒燃燒蒸發系統進一步濃縮，最終濃縮液的有機物質量含量一般可達12～25％，同時在此過程中微量可能影響產品品質的揮發性有機物被進一步淨化，並全部滅活病原體，蒸發系統的產品基本上即可作為腐植酸有機液體肥料。蒸發出的蒸汽經系統內部冷卻實現了餘熱利用，節約能源，冷凝液回到滲濾液生物處理+納濾工藝系統處理，因此本資源化方法沒有二次汙染。
下面以北京市某生活垃圾衛生填埋場滲濾液「生物處理+納濾工藝」膜截留液為例，進一步說明本發明。
該衛生填埋場1997年開始運行，現已進入產甲烷階段，日產生滲濾液200噸，水質如下pH為7.67～8.48，CODcr為2220～3520mg/L，BOD5為230～617mg/L，TOC為841～1590mg/L，電導率為18.2～24.1ms/cm，重金屬濃度均低於一級排放標準，顏色呈黃色至紅褐色。該滲濾液主體處理系統即為現有的生物處理(MBR)+納濾工藝，系統已正常運行一年，出水穩定達到一級排放標準。該滲濾液經「生物處理+納濾工藝」後產生的膜截留液的水質為pH為5.0～6.8，CODcr為10000～12500mg/L，TOC為4000～5200mg/L。膜截留液可直接由泵提升進入納濾系統，納濾膜的截留相對分子量(MWCO)為200～1000，操作壓差為0.5～1.5Mpa，濃縮倍數為5～10倍，膜分離後得到濃縮液，其TOC為16000～45000mg/L，TDS為39000～100000mg/L，顏色呈深紅褐色，表明含有很高濃度的腐植酸。膜透過液透明、無色或黃色，回流入現有的滲濾液「生物處理+納濾工藝」系統，經本發明所述的納濾系統(所用膜是非軟化納濾膜，截留相對分子量為200～1000)分離濃縮後的濃縮液流入現有的浸沒燃燒蒸發系統。浸沒燃燒蒸發系統為利用填埋氣體作燃氣的一體式浸沒燃燒蒸發器，包括燃燒室和蒸發室，燃燒室內部襯有耐火材料，下部浸入蒸發室的液體中，蒸發室上部的側壁上設有排氣管，中部設有輸入滲濾液的進液管，底部設有排出濃縮液的出液管，燃燒室與蒸發室結為一體。所利用填埋氣體中CH4含量為53～66％(體積比)，燃燒室溫度＞750℃，浸沒深度0.3～0.6m，濃縮倍數為5～10倍，蒸發後的最終濃縮液(即有機液體肥料)中TOC大於8％(重量比)，滿足腐植酸有機液體肥料對有機碳的含量要求。而蒸發出的蒸汽可用來預熱進料液，從而在系統內部循環利用熱量，部分蒸汽冷凝為水，還有部分未冷凝的蒸汽用滲濾液經處理達標後的出水噴淋冷卻，回流入滲濾液「生物處理+納濾工藝」系統處理。
本發明所述的滲濾液「生物處理+納濾工藝」膜截留液資源化方法技術參數1、滲濾液「生物處理+納濾工藝」膜截留液的水質條件pH5.0～6.8CODcr300～1500mg/LBOD5＜40mg/ITDS ＜15000mg/L2、納濾系統工作壓力 0.5～1.5Mpa濃縮倍數 5～10倍3、浸沒燃燒蒸發系統燃燒室溫度＞750℃浸沒深度 0.3～0.6m濃縮倍數 5～10倍。
權利要求
1.城市生活垃圾填埋場滲濾液「生物處理+納濾工藝」膜截留液的資源化方法，其特徵在於，該方法包括如下步驟1)將滲濾液經「生物處理+納濾工藝」後的膜截留液，泵入納濾系統，操作壓差為0.5～1.5Mpa，濃縮倍數為5～10倍，膜分離後得到濃縮液和透過液，所述納濾系統所用膜是一種非軟化納濾膜，截留相對分子量為200～1000；2)讓上述步驟得到的濃縮液流入浸沒燃燒蒸發系統，燃燒室溫度＞750℃，浸沒深度0.3～0.6m，濃縮倍數為5～10倍，濃縮、淨化後得到有機液體肥料。
2.根據權利要求1所述的資源化方法，其特徵在於滲濾液經「生物處理+納濾工藝」處理後出水中Ca2+＞150mg/L、Mg2+＞300mg/L時，所述納濾系統中選用膜的截留相對分子量為500～1000。
3.根據權利要求1所述的資源化方法，其特徵在於將所述納濾系統的膜透過液和所述浸沒燃燒蒸發系統的蒸發冷凝液回流至滲濾液「生物處理+納濾工藝」系統的調節池中處理。
全文摘要
滲濾液「生物處理+納濾工藝」膜截留液的資源化方法，屬於垃圾處理技術領域。為了解決填埋場滲濾液「生物處理+納濾工藝」膜截留液處理的問題，本發明公開了一種城市生活垃圾填埋場滲濾液「生物處理+納濾工藝」膜截留液的資源化方法，包括如下步驟1)將滲濾液經「生物處理+納濾工藝」後的膜截留液，泵入納濾系統，操作壓差為0.5～1.5MPa，濃縮倍數為5～10倍，膜分離後得到濃縮液和透過液，所述納濾系統所用膜是一種非軟化納濾膜，截留相對分子量為200～1000；2)讓上述步驟得到的濃縮液流入浸沒燃燒蒸發系統，燃燒室溫度＞750℃，浸沒深度0.3～0.6m，濃縮倍數為5～10倍，濃縮、淨化後得到有機液體肥料。
文檔編號C02F1/44GK1724419SQ20051001219
公開日2006年1月25日 申請日期2005年7月15日 優先權日2005年7月15日
發明者聶永豐, 許玉東, 嶽東北, 諸毅 申請人:清華大學