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(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于垃圾處理技術(shù)領(lǐng)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并濃縮為有機液體肥料的資源化方法。
背景技術(shù)：
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(nèi)大量已建成的采用常規(guī)工藝的滲濾液處理工程基本都達不到《生活垃圾填埋污染控制標準》中的一級排放標準。究其原因通常認為由滲濾液的水質(zhì)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(yǎng)元素失衡等水質(zhì)特點所致，而更本質(zhì)的原因可能在于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(fā)現(xiàn)和揭示，對于通常含有高濃度的重碳酸氫鹽和氨氮的滲濾液，這些現(xiàn)象表現(xiàn)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(yōu)化工藝參數(shù)，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于主要是由大量易于生物降解的脂肪酸組成，因此采用生物處理是非常有效的。但是，由于滲濾液中還含有難生物降解有機物——腐植質(zhì)，基本上從填埋場開始產(chǎn)生滲濾液，腐植質(zhì)即存在其中，使得早期滲濾液經(jīng)生物處理后仍有300～800mg/L的COD無法去除，單純生物處理的出水難于達到直接排放要求。并且隨著填埋時間的延續(xù)，滲濾液有機物中腐植質(zhì)含量及所占的比例增加，進而導致滲濾液的可生化性下降，由此造成常規(guī)生物法處理滲濾液可能難于正常運行，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(shè)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(shù)和改進處理單元等措施，就可以充分發(fā)揮生物法處理滲濾液時高效生物硝化和凈化可降解有機物的優(yōu)點，目前國內(nèi)外在許多工程實踐中已成功用MBR法或在常規(guī)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進一步凈化，最終出水可穩(wěn)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(shù)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(tǒng)等，由于濃縮液中有機物為難生物降解，回灌、回流到生物處理系統(tǒng)效果不佳，并可能引起系統(tǒng)難于正常運行，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(shù)上可行、經(jīng)濟上更合理的方法。

發(fā)明內(nèi)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(jīng)“生物處理+納濾工藝”后所產(chǎn)生的膜截留液難處理達標的主要污染物，從另一方面看，它又是有機肥料的主要成分，因此本發(fā)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后再濃縮為有機液體肥料的資源化方法，同時本發(fā)明還解決了膜截留液難處理的問題。
本發(fā)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，其特征在于，該方法包括如下步驟1)將滲濾液經(jīng)“生物處理+納濾工藝”后的膜截留液，泵入納濾系統(tǒng)，操作壓差為0.5～1.5Mpa，濃縮倍數(shù)為5～10倍，膜分離后得到濃縮液和透過液，所述納濾系統(tǒng)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(fā)系統(tǒng)，燃燒室溫度＞750℃，浸沒深度0.3～0.6m，濃縮倍數(shù)為5～10倍，濃縮、凈化后得到有機液體肥料；當滲濾液經(jīng)“生物處理+納濾工藝”處理后出水中Ca2+＞150mg/L、Mg2+＞300mg/L時，所述納濾系統(tǒng)中選用膜的截留相對分子量為500～1000。
納濾系統(tǒng)的膜透過液和浸沒燃燒蒸發(fā)系統(tǒng)的蒸發(fā)冷凝液可以回流至滲濾液“生物處理+納濾工藝”系統(tǒng)的調(diào)節(jié)池中處理。
本發(fā)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(jù)其分子量較大，先選擇技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的納濾工藝進行分離濃縮，又根據(jù)其難于揮發(fā)，再經(jīng)浸沒燃燒蒸發(fā)系統(tǒng)濃縮和凈化，獲得了產(chǎn)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，又解決了其難于處理的難題。2、可利用本資源化方法對國內(nèi)現(xiàn)有不能達標的滲濾液處理設(shè)施進行改造，一般是在原有工藝的后端(生物處理后)增加納濾工藝，調(diào)整、優(yōu)化生物處理設(shè)施及其工藝參數(shù)，再對納濾工藝膜截留液采用本發(fā)明進行資源化利用，這樣既可使整合后的滲濾液處理設(shè)施出水中有機物達標，又可使該組合工藝所產(chǎn)生的膜截留液變廢為寶，從而達到環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟效益的統(tǒng)一。3、本資源化方法可使填埋場產(chǎn)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，占地少，無二次污染，運行簡便、可靠。


圖1是本發(fā)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(jié)合附圖對本發(fā)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(fā)明的總體思路。滲濾液“生物處理+納濾工藝”膜截留液難于處理，并且其含較高濃度腐植酸，因此，本發(fā)明有別于處理的角度，提出了資源化方法，同時兼顧了資源化過程中產(chǎn)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于進一步分離濃縮膜截留液中可資源化物質(zhì)—腐植酸并脫除鹽，同時凈化有毒有害物質(zhì)。具體表現(xiàn)為(1)采用了以膜和蒸發(fā)工藝組成的從滲濾液中物理分離濃縮腐植酸制成有機液體肥料的資源化方法。(2)現(xiàn)有的用于處理滲濾液的膜工藝中主要為反滲透和納濾，在滲濾液經(jīng)生物處理后的后續(xù)工藝中，如果處理后出水不要求綜合利用(如綠化澆灌)，僅為達標排放，則建議采用納濾工藝，這是因為反滲透一般對滲濾液中各溶質(zhì)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，從而使其難于資源化；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，對于經(jīng)生物處理后的滲濾液，其所含的無機鹽分中主要為一價離子，因此可充分發(fā)揮納濾能使大部分鹽隨出水排出的優(yōu)點，同時納濾可以較易獲得更高的濃縮倍數(shù)，通常滲濾液“生物處理+納濾工藝”中納濾的濃縮倍數(shù)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(fā)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(fā)明的資源化方法中納濾系統(tǒng)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(jīng)“生物處理+納濾工藝”處理后出水中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(fā)系統(tǒng)來最后濃縮經(jīng)納濾系統(tǒng)分離后的濃縮液，由于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(xù)采用膜濃縮容易發(fā)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，進一步濃縮不適宜采用納濾系統(tǒng)。浸沒燃燒蒸發(fā)系統(tǒng)是一種利用燃燒產(chǎn)生的高溫氣體與液體直接接觸的蒸發(fā)器，其傳熱效率可高達95％以上，由于是直接傳熱，消除了固定的接觸界面，因此克服了間壁傳熱界面結(jié)垢的問題，可以獲得更高的含固率。浸沒燃燒蒸發(fā)系統(tǒng)所需燃氣可用填埋場產(chǎn)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，并保持在較低的水平上(通常低于排放標準)，而在浸沒燃燒蒸發(fā)系統(tǒng)過程中，大量氣體擾動沸騰液體，也會使?jié)饪s液中有毒或有害微量有機物和少量的不穩(wěn)定的低分子揮發(fā)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(chǎn)品的品質(zhì)。(4)資源化方法所得的產(chǎn)品為腐植酸有機液體肥料，有機物含量大于14％(重量比)，或總有機碳含量大于8％(重量比)。(5)經(jīng)納濾系統(tǒng)后的膜透過液和浸沒燃燒蒸發(fā)系統(tǒng)的蒸發(fā)冷凝液，由于絕大多數(shù)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(tǒng)處理，不會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
如圖1所示，滲濾液經(jīng)“生物處理+納濾工藝”后產(chǎn)生的膜截留液，經(jīng)納濾系統(tǒng)后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(fā)性溶解性殘渣(FDS)也會比膜分離前的進料高，但一般不高于2～2.5倍，即大部分無機離子在納濾系統(tǒng)中可以良好通過，截留率不高于30％，濃縮液這部分水量占進水的10～20％；另一部分為膜透過液，水量占進水的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(tǒng)處理。膜截留下來含腐植酸的濃縮液要用作腐植質(zhì)有機液體肥料，在濃度和品質(zhì)上還達不到產(chǎn)品的有關(guān)要求，因此，濃縮液流入浸沒燃燒蒸發(fā)系統(tǒng)進一步濃縮，最終濃縮液的有機物質(zhì)量含量一般可達12～25％，同時在此過程中微量可能影響產(chǎn)品品質(zhì)的揮發(fā)性有機物被進一步凈化，并全部滅活病原體，蒸發(fā)系統(tǒng)的產(chǎn)品基本上即可作為腐植酸有機液體肥料。蒸發(fā)出的蒸汽經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)部冷卻實現(xiàn)了余熱利用，節(jié)約能源，冷凝液回到滲濾液生物處理+納濾工藝系統(tǒng)處理，因此本資源化方法沒有二次污染。
下面以北京市某生活垃圾衛(wèi)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(fā)明。
該衛(wèi)生填埋場1997年開始運行，現(xiàn)已進入產(chǎn)甲烷階段，日產(chǎn)生滲濾液200噸，水質(zhì)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，重金屬濃度均低于一級排放標準，顏色呈黃色至紅褐色。該滲濾液主體處理系統(tǒng)即為現(xiàn)有的生物處理(MBR)+納濾工藝，系統(tǒng)已正常運行一年，出水穩(wěn)定達到一級排放標準。該滲濾液經(jīng)“生物處理+納濾工藝”后產(chǎn)生的膜截留液的水質(zhì)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(tǒng)，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(shù)為5～10倍，膜分離后得到濃縮液，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(xiàn)有的滲濾液“生物處理+納濾工藝”系統(tǒng)，經(jīng)本發(fā)明所述的納濾系統(tǒng)(所用膜是非軟化納濾膜，截留相對分子量為200～1000)分離濃縮后的濃縮液流入現(xiàn)有的浸沒燃燒蒸發(fā)系統(tǒng)。浸沒燃燒蒸發(fā)系統(tǒng)為利用填埋氣體作燃氣的一體式浸沒燃燒蒸發(fā)器，包括燃燒室和蒸發(fā)室，燃燒室內(nèi)部襯有耐火材料，下部浸入蒸發(fā)室的液體中，蒸發(fā)室上部的側(cè)壁上設(shè)有排氣管，中部設(shè)有輸入滲濾液的進液管，底部設(shè)有排出濃縮液的出液管，燃燒室與蒸發(fā)室結(jié)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(shù)為5～10倍，蒸發(fā)后的最終濃縮液(即有機液體肥料)中TOC大于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(fā)出的蒸汽可用來預熱進料液，從而在系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)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(jīng)處理達標后的出水噴淋冷卻，回流入滲濾液“生物處理+納濾工藝”系統(tǒng)處理。
本發(fā)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(shù)參數(shù)1、滲濾液“生物處理+納濾工藝”膜截留液的水質(zhì)條件pH5.0～6.8CODcr300～1500mg/LBOD5＜40mg/ITDS ＜15000mg/L2、納濾系統(tǒng)工作壓力 0.5～1.5Mpa濃縮倍數(shù) 5～10倍3、浸沒燃燒蒸發(fā)系統(tǒng)燃燒室溫度＞750℃浸沒深度 0.3～0.6m濃縮倍數(shù) 5～10倍。
權(quán)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，其特征在于，該方法包括如下步驟1)將滲濾液經(jīng)“生物處理+納濾工藝”后的膜截留液，泵入納濾系統(tǒng)，操作壓差為0.5～1.5Mpa，濃縮倍數(shù)為5～10倍，膜分離后得到濃縮液和透過液，所述納濾系統(tǒng)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(fā)系統(tǒng)，燃燒室溫度＞750℃，浸沒深度0.3～0.6m，濃縮倍數(shù)為5～10倍，濃縮、凈化后得到有機液體肥料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的資源化方法，其特征在于滲濾液經(jīng)“生物處理+納濾工藝”處理后出水中Ca2+＞150mg/L、Mg2+＞300mg/L時，所述納濾系統(tǒng)中選用膜的截留相對分子量為500～1000。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的資源化方法，其特征在于將所述納濾系統(tǒng)的膜透過液和所述浸沒燃燒蒸發(fā)系統(tǒng)的蒸發(fā)冷凝液回流至滲濾液“生物處理+納濾工藝”系統(tǒng)的調(diào)節(jié)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，屬于垃圾處理技術(shù)領(lǐng)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(fā)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(jīng)“生物處理+納濾工藝”后的膜截留液，泵入納濾系統(tǒng)，操作壓差為0.5～1.5MPa，濃縮倍數(shù)為5～10倍，膜分離后得到濃縮液和透過液，所述納濾系統(tǒng)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(fā)系統(tǒng)，燃燒室溫度＞750℃，浸沒深度0.3～0.6m，濃縮倍數(shù)為5～10倍，濃縮、凈化后得到有機液體肥料。
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(yōu)先權(quán)日2005年7月15日
發(fā)明者聶永豐, 許玉東, 岳東北, 諸毅 申請人:清華大學