專利名稱：一種生物-化學(xué)聯(lián)合處理垃圾滲濾液中氨氮的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種城市垃圾滲濾液的處理方法，具體地涉及一種城市垃圾滲濾液中 氨氮的去除方法，屬于廢水處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
垃圾滲濾液是指垃圾在堆放和填埋過程中由于雨水的淋洗，沖刷，以及地表水和 地下水的浸泡，通過萃取、水解和發(fā)酵而過濾出來的污水?？傮w來看，滲濾液具有如下特征 (1)有機(jī)物濃度高。(2)含有多種金屬。(3)營養(yǎng)元素比例失調(diào)，垃圾滲濾液的含磷量通常 較低。(4)水質(zhì)變化大，會隨季節(jié)、氣候、填埋年數(shù)的長短及其垃圾的種類和數(shù)量的變化而變 化。(5)含有大量氯離子。(6)氨氮含量高。滲濾液氨氮具有濃度高(可達(dá)幾千mg/L)、濃 度變化范圍大(在整個填埋期內(nèi)可以從低于100mg/L到幾千mg/L)等特點。對于這樣一種 成分復(fù)雜，高濃度氨氮，高濃度有機(jī)廢水，若不加處理而直接排入環(huán)境，會造成嚴(yán)重的環(huán)境 污染，而處理滲濾液的一大難關(guān)就是對滲濾液中氨氮的處理。垃圾滲濾液的氨氮主要來源于生活垃圾中蛋白質(zhì)等含氮類物質(zhì)的生物降解，由于 目前多采用厭氧填埋技術(shù)，因而滲濾液中的NH/-N濃度在填埋場進(jìn)入產(chǎn)甲烷階段后不斷上 升，并在達(dá)到高峰值后延續(xù)很長時間，直至最后封場，甚至當(dāng)垃圾填埋場穩(wěn)定后仍可達(dá)到相 當(dāng)高的濃度(10000mg/L)，其含量常占總氮量TN的85% 89%。可見，“中老年”填埋場滲 濾液中很高的NH/-N濃度是其重要水質(zhì)特征之一，也是導(dǎo)致其處理難度增大的一個重要原 因。廢水中的氨氮去除的方法主要包括生化法和物理化學(xué)法兩大類。生化法是目前運 用最廣、最有前景的方法，其主要原理是經(jīng)硝化一反硝化處理，把污水中的氨氮轉(zhuǎn)化為無害 的氮氣釋放，其處理效果穩(wěn)定，成本低。SBR是序列間歇式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process)的簡稱，是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥污 水處理技術(shù)，又稱序批式活性污泥法。SBR工藝集進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水于一池，具有工藝簡 單、節(jié)省費用、泥水分離效果好、耐沖擊負(fù)荷、活性污泥高、運行費用低等優(yōu)點。同時SBR法 由于在時間序列上提供了好氧和缺氧的環(huán)境條件，使好氧條件下實現(xiàn)硝化、缺氧條件下實 現(xiàn)反硝化，從而有效地脫氮的目的。因此在滲濾液的氨氮處理上SBR法是一種有前途的工 藝。物理化學(xué)法除氮主要包括吹脫法、化學(xué)沉淀法、折點加氯、離子交換和電催化氧化 除氮等。氨吹脫工藝對提高后續(xù)厭氧工序的處理效果是明顯的，但同時也存在吹脫氣體的 二次污染問題，吹脫氣體會造成周圍大氣環(huán)境質(zhì)量的下降。同時也存在低溫時效率急劇下 降和運行費用較高的問題?；瘜W(xué)沉淀法除氨是雖然是一種常見的方法，但存在后續(xù)污泥處 理的問題，增加處理成本。離子交換和折點加氯法可以有效去除氨氮，但成本偏高，操作要 求嚴(yán)格，且對產(chǎn)生的廢液需要進(jìn)行二次處理。電催化氧化除氮的去除效果好，但是存在對于 含高濃度氨氮廢水，所需反應(yīng)時間長和電耗大的問題。專利CN100537458C公布了一種垃圾滲濾液中氨氮的去除方法。將滲濾液引入反應(yīng)池中，向反應(yīng)池中按比例投加鎂鹽和磷酸鹽，再投加氫氧化鈉調(diào)節(jié)體系的PH為8. 5^10, 進(jìn)行化學(xué)沉淀處理，出水氨氮濃度低于100mg/L。將化學(xué)沉淀法中產(chǎn)生的沉淀物磷酸銨鎂與 高爐礦渣混合加熱，時間控制在2飛h，最佳溫度范圍為10(T12(TC，磷酸銨鎂分解，放出氨 氣，然后將熱解產(chǎn)物磷酸氫鎂作為沉淀劑循環(huán)利用，降低部分化學(xué)藥劑費用；同時利用生物 滴濾床處理熱解產(chǎn)生的氨氣。滲濾液中氨氮得到有效去除，但出水中氨氮濃度還不能穩(wěn)定 達(dá)到“生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)(GB 16889-2008)”的現(xiàn)有和新建生活垃圾填埋場水污 染物排放濃度限值25mg/L和特別排放限值8mg/L的要求。專利CN1433978A公布了一種方法，將垃圾滲濾液經(jīng)電解脫氮一缺氧/好氧SBR 生化處理一加氯消毒處理。電解槽中廢水采用鹽酸調(diào)節(jié)PH為4飛，電流密度在8(Γ150 mA/cm2 ；SBR采用缺氧/好氧的運行方式；再經(jīng)加氯消毒處理，出水氨氮濃度在2(T50 mg/ L。滲濾液中氨氮得到有效去除，但還不能穩(wěn)定達(dá)到“生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)(GB 使用的費用；以及直接 利用電解法處理高濃度有機(jī)廢水，電耗大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高效、經(jīng)濟(jì)的去 除垃圾滲濾液中氨氮的方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
一種生物_化學(xué)聯(lián)合處理垃圾滲濾液中氨氮的方法，依次包括SBR生化處理過程和電 催化氧化過程，具體為
(1)將滲濾液引入SBR反應(yīng)池進(jìn)行生化除氮，其中曝氣階段水中溶解氧控制在 1. (Γ2. Omg/L,曝氣4 8h ；缺氧攪拌階段水中溶解氧控制在0. (TO. 2mg/L之間，攪拌2 6h ；
(2)SBR出水進(jìn)入電催化氧化反應(yīng)器，電流密度控制在4(T50mA/Cm2，反應(yīng)時間1. 5 2h。上述方法中，步驟(1)中可根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)變化調(diào)整好氧與缺氧的順序和次數(shù)，曝 氣、攪拌和沉淀的時間及比例，使之符合有機(jī)物降解和脫氮的規(guī)律，達(dá)到處理的最優(yōu)化。當(dāng) 進(jìn)水中的難降解有機(jī)物濃度高時，可以采用先缺氧攪拌再好氧曝氣的順序；當(dāng)有機(jī)物和氨 氮濃度都較高時，可以增加好氧與缺氧交替次數(shù)，以達(dá)到更徹底去除氨氮的目的。曝氣時間 延長，則有利于硝化菌對氨氮的氧化；攪拌時間延長，則有利于可以提高整個處理系統(tǒng)的反 硝化程度，從而利于提高脫氮效率。同時視反應(yīng)器中污泥沉淀性能來調(diào)整沉淀時間，當(dāng)污泥 沉淀性能好時可以適當(dāng)縮短沉淀時間。當(dāng)有填料時，沉淀時間縮短；當(dāng)采用內(nèi)置膜組件時， 不需要沉淀階段。上述方法中，步驟(1)中沉淀0.5 1.5 h，排水0. 5h。上述方法中，步驟(2)的反應(yīng)過程中可根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)變化調(diào)整電流密度大小和電 解時間。當(dāng)進(jìn)水氨氮濃度高時，可以適當(dāng)提高電流密度來加快氨氮的去除速率，或者通過延 長反應(yīng)時間來達(dá)到所要求的去除率。當(dāng)進(jìn)水氨氮濃度較低時，同樣電流密度下則需要更短 時間就能使氨氮去除達(dá)到所需效果。上述方法中，SBR反應(yīng)器中可內(nèi)置填料或膜組件，內(nèi)置填料或膜組件能增加混合液 懸浮固體(MLSS)的濃度，提高氨氮負(fù)荷。
上述方法中，電催化氧化反應(yīng)器可采用二維電極或三維電極形式。三維電極是一種新型的電化學(xué)反應(yīng)器，又叫粒子電極或床電極。它是在傳統(tǒng)二維 電解槽電極之間裝填粒狀或其他碎屑狀工作電極材料并使裝填工作電極材料的表面帶電， 成為新的一極，即第三極，在工作電極表面能發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。與二維電極相比，三維電極 的比表面積增大，而且因為粒子間距小，物質(zhì)效果極大改善，因而具有較高的電流效率；當(dāng) 廢水電導(dǎo)率較低時，二維電極處理效果不理想，需要投入大量電解質(zhì)，加大了處理費用，而 三維電極在一定程度上克服了這一缺點。本發(fā)明方法中SBR反應(yīng)池采用好氧與缺氧交替運行的方式，在好氧段，有機(jī)物得 到充分去除，部分氨氮發(fā)生硝化反應(yīng)，在缺氧段，發(fā)生反硝化作用。生物脫氮的主要機(jī)理就 是硝化和反硝化，其中反硝化過程中存在三種不同的反硝化速率。在反硝化開始的5 15min 內(nèi)為反硝化菌利用揮發(fā)性脂肪酸和醇類等易被降解的厭氧發(fā)酵產(chǎn)物作為碳源，反應(yīng)速率 最快的第一階段；第二階段自第一階段結(jié)束一直延續(xù)至全部外碳源被利用完全；在第三階 段，反硝化菌通過內(nèi)源呼吸作用進(jìn)行反硝化，此時反應(yīng)速率較低。由此可見，對于有機(jī)物濃 度較低，氨氮濃度較高的垃圾滲濾液，增加內(nèi)源呼吸階段可以提高整個處理系統(tǒng)的反硝化 程度，從而利于提高脫氮效率。電催化氧化反應(yīng)器，主要利用間接電化學(xué)氧化作用去除氨氮。有Cl—存在下的水溶 液中，電解過程生成次氯酸鹽，利用折點加氯的原理去除體系中氨氮。在弱堿性條件下產(chǎn)生 cr — Cl2 — Cio- — cr的氧化還原循環(huán)，使氯離子得到更有效利用。由于出水一般呈弱堿 性，所以不需調(diào)PH。在本發(fā)明的垃圾滲濾液處理工藝中，SBR過程扮演氮去除的主要角色，因為生物脫 氮(硝化_反硝化作用)是實現(xiàn)氨氮去除的經(jīng)濟(jì)、有效方式。同時本實驗選擇處理效率高的 電催化氧化法深度處理滲濾液中氨氮，保證出水氨氮達(dá)標(biāo)排放。本發(fā)明方法對垃圾滲濾液 有很好的適應(yīng)性，當(dāng)進(jìn)水中的有機(jī)物濃度高時，可以采用先缺氧攪拌再好氧曝氣的順序；當(dāng) 有機(jī)物和氨氮濃度都較高時，可以增加好氧與缺氧交替次數(shù)；當(dāng)混合液懸浮固體(MLSS)的 濃度較高時，SBR反應(yīng)器中可內(nèi)置填料或膜組件。同時在實際應(yīng)用中，本發(fā)明具有良好的操 作性能，當(dāng)滲濾液經(jīng)SBR處理后，出水氨氮濃度較高時，在電催化階段可以適當(dāng)提高電流密 度或者通過延長反應(yīng)時間來達(dá)到所要求的去除率；如果同時要控制能源消耗和保持效率， 電催化氧化反應(yīng)器可采用三維電極形式。總之，由于本發(fā)明集成了多個技術(shù)方法，具有優(yōu)良 的適應(yīng)性和操作性。對垃圾填埋場滲濾液這種成分復(fù)雜、變化大、氨氮高的污水，本發(fā)明的 除氮方法具有經(jīng)濟(jì)、高效和靈活的優(yōu)點，在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用上有良好的前景。
具體實施例方式一種生物-化學(xué)聯(lián)合處理垃圾滲濾液中氨氮的方法，依次包括SBR生化處理過程 和電催化氧化過程，具體為
(1)將滲濾液引入SBR反應(yīng)池進(jìn)行生化除氮，其中曝氣階段水中溶解氧控制在 1. (Γ2. Omg/L,曝氣4 8h ；攪拌階段水中溶解氧控制在0. (TO. 2mg/L之間，攪拌2飛h ；
(2)SBR出水進(jìn)入電催化氧化反應(yīng)器，電流密度控制在4(T50mA/Cm2，反應(yīng)時間1. 5 2h。下面通過實施例來進(jìn)一步詳細(xì)介紹本發(fā)明。實施例一本例聯(lián)合處理工藝為傳統(tǒng)SBR反應(yīng)器與二維電極電化學(xué)反應(yīng)器的組合。取某市政垃圾填埋場滲濾液，主要水質(zhì)指標(biāo)為C0D&1715mg/L，氨氮1765mg/L， CF2070 mg/L, pH 8. 0，該廢水進(jìn)入SBR反應(yīng)器處理，反應(yīng)器有效容積為10L，日處理水 量為3. 5L，運行周期為24h，運行方式為瞬時進(jìn)水，曝氣8h，攪拌3h，曝氣6h，攪拌5h， 沉淀1.5h，排水0.5 h。反應(yīng)器中混合液懸浮固體(MLSS)為3800mg/L，好氧階段溶解 氧00:1.0 2.01^/1，缺氧攪拌階段水中溶解氧控制在0.0 0.21^/1。生化出水水質(zhì)為 氨氮520 mg/L，pH8.8。取SBR出水0. 2L進(jìn)入電催化氧化反應(yīng)器進(jìn)行處理，電解槽為 50mmX 50mmX IOOmm透明有機(jī)玻璃槽；陽極為(Ti/Ru02_lr02)極板，陰極為不銹鋼板，尺寸 均為50_X 120mmX 2mm ；電極間距為22_ ；電流密度為47 mA/cm2 ；反應(yīng)時間為1. 5h。處理 后出水氨氮為8. 2 mg/L，完全可以達(dá)到“生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)(GB 16889-2008)” 現(xiàn)有和新建生活垃圾填埋場水污染物排放濃度限值的要求，即氨氮< 25 mg/L。實施例二
本例聯(lián)合處理工藝為內(nèi)置膜組件的SBR反應(yīng)器與三維電極電化 學(xué)反應(yīng)器的組合。取某市政垃圾填埋場滲濾液，主要水質(zhì)指標(biāo)為C0D& 6325 mg/L，氨氮1269 mg/ L,CF 2075 mg/L，pH 8.8。該廢水進(jìn)入SBR反應(yīng)器處理，SBR系統(tǒng)內(nèi)置聚偏氟乙烯(PVDF)膜 組件，采取抽吸出水。反應(yīng)器有效容積為12L，SBR的日處理水量為4L，運行周期為12小時， 運行方式為瞬時進(jìn)水，曝氣4h，攪拌2h，曝氣4h，攪拌出水2h，反應(yīng)器中MLSS為4000mg/ L，好氧階段DO 1. (Γ2. Omg/L，缺氧攪拌階段水中溶解氧控制在0. (Π). 2mg/L。生化出水水 質(zhì)為氨氮102 mg/L, pH 8. 2。取SBR出水IL進(jìn)入電催化氧化反應(yīng)器進(jìn)行處理，采用三維 電極反應(yīng)器(按一定炭水比計算，將一定量的粒徑約為4 mm的柱形活性炭放入反應(yīng)器的陰 陽電極板之間)，電解槽為147mmX76mmX210mm透明有機(jī)玻璃槽；陽極為(Ti/Ru02_lr02)極 板，陰極為不銹鋼板，尺寸均為150mmX200mmXlmm ；電極間距為48mm ；電流密度為40mA/ cm2;反應(yīng)時間為2h。處理后出水氨氮為22 mg/L，完全可以達(dá)到“生活垃圾填埋場污染控制 標(biāo)準(zhǔn)(GB 16889-2008)”現(xiàn)有和新建生活垃圾填埋場水污染物排放濃度限值的要求，即氨 氮彡 25 mg/L。實施例三
本例聯(lián)合處理工藝為內(nèi)置填料的SBR反應(yīng)器與二維電極電化學(xué)反應(yīng)器的組合。取某市政垃圾填埋場滲濾液，主要水質(zhì)指標(biāo)為C0D& 2495 mg/L，氨氮1680 mg/ L，Cl— 2046 mg/L，pH8. 5，該廢水進(jìn)入SBR反應(yīng)器處理，SBR系統(tǒng)內(nèi)置火山巖生物濾料。反 應(yīng)器有效容積為7L，SBR的日處理水量為2L，運行周期為24小時，運行方式為瞬時進(jìn)水， 攪拌6h，曝氣8h，攪拌4h，曝氣5h，沉淀0. 5h，出水0. 5h，反應(yīng)器中MLSS為3300mg/L，好 氧階段DO 1. (Γ2. Omg/L,缺氧攪拌階段水中溶解氧控制在0. (Π). 2mg/L。生化出水水質(zhì) 為氨氮516 mg/L, pH8. 6。取SBR出水0. 2L進(jìn)入電催化氧化反應(yīng)器進(jìn)行處理，電解槽為 50mmX 50mmX IOOmm透明有機(jī)玻璃槽；陽極為(Ti/Ru02_lr02)極板，陰極為不銹鋼板，尺寸 均為50mmX 120mmX 2mm ；電極間距為22mm ；電流密度為50mA/cm2 ；反應(yīng)時間為2h。處理后 出水氨氮為9 mg/L，完全可以達(dá)到“生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)(GB 16889-2008)”現(xiàn)有 和新建生活垃圾填埋場水污染物排放濃度限值的要求，即氨氮< 25 mg/L。
權(quán)利要求
一種生物 化學(xué)聯(lián)合處理垃圾滲濾液中氨氮的方法，其特征在于依次包括SBR生化處理過程和電催化氧化過程，具體為(1)將滲濾液引入SBR反應(yīng)池進(jìn)行生化除氮，其中曝氣階段水中溶解氧控制在1.0~2.0mg/L，曝氣4~8h；攪拌階段水中溶解氧控制在0.0~0.2mg/L之間，攪拌 2~6h；(2)SBR出水進(jìn)入電催化氧化反應(yīng)器，電流密度控制在40~50mA/cm2，反應(yīng)時間1.5~2h。
2.如權(quán)利要求1所述的生物-化學(xué)聯(lián)合處理垃圾滲濾液中氨氮的方法，其特征在于 SBR生化處理過程中，沉淀0. 5 1. 5 h，排水0. 5h。
3.如權(quán)利要求1或2所述的生物-化學(xué)聯(lián)合處理垃圾滲濾液中氨氮的方法，其特征在 于SBR反應(yīng)器中內(nèi)置填料或膜組件。
4.如權(quán)利要求3所述的生物-化學(xué)聯(lián)合處理垃圾滲濾液中氨氮的方法，其特征在于 所述SBR反應(yīng)器中內(nèi)置填料為火山巖生物濾料。
5.如權(quán)利要求3所述的生物-化學(xué)聯(lián)合處理垃圾滲濾液中氨氮的方法，其特征在于 所述SBR反應(yīng)器中內(nèi)置膜組件為聚偏氟乙烯膜組件。
6.如權(quán)利要求1或2所述的生物-化學(xué)聯(lián)合處理垃圾滲濾液中氨氮的方法，其特征在 于電催化氧化反應(yīng)器采用二維電極或三維電極。
7.如權(quán)利要求6所述的生物-化學(xué)聯(lián)合處理垃圾滲濾液中氨氮的方法，其特征在于 所述二維電極陽極為Ti/Ru02-Ir02極板，陰極為不銹鋼板。
8.如權(quán)利要求6所述的生物-化學(xué)聯(lián)合處理垃圾滲濾液中氨氮的方法，其特征在于 所述三維電極為陰陽電極板之間置入活性炭。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種城市垃圾滲濾液中氨氮的去除方法，屬于廢水處理領(lǐng)域。其依次包括SBR生化處理過程和電催化氧化過程(1)將滲濾液引入SBR反應(yīng)池進(jìn)行生化除氮，其中曝氣階段水中溶解氧控制在1.0~2.0mg/L，曝氣4~8h；攪拌階段水中溶解氧控制在0.0~0.2mg/L之間，攪拌2~6h；(2)SBR出水進(jìn)入電催化氧化反應(yīng)器，電流密度控制在40~50mA/cm2，反應(yīng)時間1.5~2h。本方法適宜于城市垃圾滲濾液的各階段的達(dá)標(biāo)處理，且不會產(chǎn)生二次污染，運行方式靈活簡便，在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用上有良好的前景。
文檔編號C02F9/14GK101967029SQ20101025968
公開日2011年2月9日 申請日期2010年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月23日
發(fā)明者冉曉妮, 吳小剛, 張俊, 張暉, 張道斌, 李艷麗 申請人:武漢大學(xué)