以高级氧化和综合膜处理为核心的垃圾渗滤液处理方法及装置

摘要

本发明公开了一种以高级氧化和综合膜处理为核心的垃圾渗滤液处理方法及装置，该处理方法按以下依次进行步骤处理：在厌氧塘中进行静置沉淀和厌氧反应；在UASB反应器中进行厌氧生化处理；在添加有TiO

说明书

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，特别是一种以高级氧化和综合膜处理为核心的垃圾渗滤液处理方法以及用于该处理方法的装置。 

背景技术

垃圾渗滤液的处理一直是城市环境治理的大问题，垃圾渗滤液处理的好坏与整个城市的市民健康息息相关。但是生活污水来源广泛，污染物多，处理起来成本高、难度大，尤其是城市中来自各行各业的垃圾渗滤液，其成分复杂，污染物繁多，还有大量的有毒有害物质。然而，现有的污水处理方法主要有以下几种。一是物理化学法，物理化学法应用最为广泛的就是絮凝，其优点是投资小、占地少、节约能源、设备简单去除重金属、磷、色度效果好，并且见效快，运行费用可以不受原水水量大小的影响，但缺点是对有机物和氮的去除率低，并且传统的絮凝剂对废水中的溶解性BOD的去除效果不佳，需要辅助生化处理工艺作为后续或预处理工艺。二是生化法，包括厌氧和好氧处理，一般生化处理工艺较为成熟，去除污水中的有机污染物及营养物质和氮等有一定效果。其中，厌氧处理工艺不消耗能源，池体容积小，有机容积负荷高，抗冲击负荷高，但是出水一般不能直接达标，还需要进行后续处理。好氧出水水质良好，可以直接达标排放，但存在运行费用太高，同时，还存在因有机容积负荷太小而造成占地面积大的不足。另外，还有高级氧化处理和膜法处理。高级氧化处理包括Fenton试剂氧化、臭氧氧化等传统氧化工艺。传统高级氧化技术投资成本过高，对废水中污染物质处理较为单一，且运行费用较高，现阶段国内大部分地区较难承受其经济性；膜法处理包括微滤、超滤、反渗透处理工艺。国内应用膜处理技术的多为给水处理，而应用在高浓度渗滤液处理中较少，大多为单一的反渗透膜，设备体积庞大、占地面积大，不仅投资成本高，而且膜的使用寿命短，运行成本高。以上这些处理方法都各具有优势和存在不足，这些方法和将这些方法简单地结合来处理垃圾渗滤液和复杂成分的城市污水，或者难以达到较好的处理效果，或者综合经济效益差。 

发明内容

本发明的第一的目的就是针对现有技术的不足，提供一种用于处理成分复杂的污水，且处理效果好、综合经济效益高的以高级氧化和综合膜处理为核心的垃圾渗滤液处理方法。 

为实现第一目的，本发明采用如下技术方案。 

一种以高级氧化和综合膜处理为核心的垃圾渗滤液处理方法，包括初步沉淀和厌氧反应、厌氧生化处理、高级电氧化处理、絮凝和沉处理、二次生化处理、膜法过滤的处理步骤，所述膜法过滤为综合膜法过滤，前述处理步骤按以下顺序依次进行： 

a 初步沉淀和厌氧反应：将垃圾渗滤液收集在厌氧塘中进行静置沉淀和厌氧反应；

b 厌氧生化处理：经初步沉淀和厌氧反应后的垃圾渗滤液在UASB反应器中进行厌氧生化处理；

c 高级电氧化处理：经UASB反应器厌氧生化处理后的垃圾渗滤液在添加有TiO₂催化剂的高级氧化池中进行高级电氧化处理；

d 絮凝和沉淀处理：经高级氧化处理的垃圾渗滤液在一体化澄清池中利用絮凝剂使水中的污染物絮凝和沉淀；

e 二次生化处理：经絮凝和沉淀处理后的垃圾渗滤液在MBR池中进行二次生化处理；

f 综合膜法过滤：经MBR池进行二次生化处理后的垃圾渗滤液由包括紫外臭氧氧化和保安过滤处理过程的综合膜处理设备进行膜法过滤后排放。

采用前述方案本发明的以高级氧化和综合膜处理为核心的垃圾渗滤液处理方法，结合利用了传统电絮凝装置和传统高级氧化装置的各自优点，在传统电凝方式中添加TiO₂催化剂，强化氧化效果，经过试验测试，对渗滤液的氨氮可以达到90%以上，对降低COD的有效率65%以上，对去除色度有效率85%以上，同时可很大程度改善废水的可生化性。在MBR池中去除大部分有机物质和剩余大部分氨氮，不受污泥膨胀影响，极大程度保护后续膜处理设备，综合膜处理设备中包括了保安过滤、活性碳过滤、超滤、反渗透等综合膜处理技术，对废水的最终达标排放起到保障作用。本发明采用的工艺不仅具有良好的处理效果，而且还充分考虑到各个处理步骤的处理特点或要求，使得各个处理单元之间衔接良好。比如厌氧出水由于带有较高的溶解性气体和挥发性脂肪酸（VFA）以及较高的SS，所以如果厌氧处理后的出水直接进入MBR池的好氧处理单元，很容易造成好氧池中污泥膨胀和泡沫满池的现象，所以将高级氧化步骤放在厌氧处理与MBR池的好氧处理步骤之间，起到电解、脱色、提高生化性、去除氨氮和重金属等有害物质的作用，保证好氧处理的效果。同时，采用MBR处理技术，保证出水水质，以延长膜法处理设备的寿命。因此，采用本发明的处理方法，保证了垃圾渗滤液这一难降解废水被成功处理并达标处理。另外，本发明利用UASB反应器具有结构简单、有机容积负荷高、能耗低、操作及维护简单、造价低的优点而减少设备占地面积、降低一次性投资和减少运行成本；利用MBR池具有抗冲击负荷能力强、污泥排放量少的特点而提高处理装置的抗冲击负荷能力，减少污泥排放量，据统计，较传统处理方式可减少30%左右的污泥排放量；利用综合膜处理设备比传统膜处理设备具有体积小、占地面积小、投资省的优点而延长膜使用寿命、提高设备利用率、降低运行费用，从而实现综合经济效益高的目的。 

当高级电氧化处理采用1000～8000HZ的高频电源、合金电极采用316不锈钢或者镍基合金材料制成，TiO₂催化剂以催化载体形式投放和辅以紫外线促进TiO₂催化剂释放时，其处理效果进一步提高。经过试验测试，对垃圾渗滤液的氨氮去除率可以达到95%，对降低COD的有效率可达70%，对色度去除可达90%。 

本发明的第二个目的是提供一种用于第一发明目的所述处理方法的以高级氧化和综合膜处理为核心的垃圾渗滤液处理装置。 

一种以高级氧化和综合膜处理为核心的垃圾渗滤液处理装置，主要由本发明第一目的所述处理方法的厌氧塘、UASB反应器、添加有TiO₂催化剂的高级氧化池、一体化澄清池、MBR池和综合膜处理设备组成；厌氧塘通过泥浆泵和管道与UASB反应器位于底部的进水端连通，UASB反应器上部出水端通过管道与高级氧化池连通，高级氧化池通过泵和管道与一体化澄清池的底部进水端连接，一体化澄清池的出水端与MBR池的进水端连接，MBR池的出水端通过泵和管道与综合膜处理设备的进水口连接，综合膜处理设备设有臭氧高级氧化器和保安过滤器。 

采用前述技术方案的本发明利用UASB反应器具有结构简单、有机容积负荷高、能耗低、操作及维护简单、造价低的优点而减少设备占地面积、降低一次性投资和减少运行成本；利用MBR池具有抗冲击负荷能力强、污泥排放量少的特点而提高处理装置的抗冲击负荷能力，减少污泥排放量，据统计，较传统处理方式可减少30%左右的污泥排放量；利用综合膜处理设备比传统膜处理设备具有体积小、占地面积小的特点而节省投资；利用臭氧高级氧化和保安过滤延长膜使用寿命，提高设备利用率、减少运行费用，从而提高综合经济效益；同时，还保持传统膜法处理的出水效果，从而确保处理效果好，能够实现达标排放目的。本发明充分考虑到利用本装置进行垃圾渗滤液处理时，各个处理步骤的处理特点或要求，使得各个处理单元之间衔接良好。比如厌氧出水由于带有较高的溶解性气体和挥发性脂肪酸（VFA）以及较高的SS，所以如果厌氧处理后的出水直接进入MBR池的好氧处理单元，很容易造成好氧池中污泥膨胀和泡沫满池的现象，所以将高级氧化池放在厌氧处理与好氧处理的MBR池之间，以起到电解、脱色、提高生化性、去除氨氮和重金属等有害物质的作用，保证好氧处理效果。同时， MBR池的出水水质好，利于延长综合膜处理设备的使用寿命。 

所述UASB反应器包括反应池，反应池底部设有厌氧污泥和布水系统而形成污泥反应区，布水系统的进水端构成UASB反应器进水端，污泥反应区的上方设有用于气液固三相分离的三三相分离器，三相分离器连接有设有排气管路的气室，三相分离器反应池的上部设有溢流堰，溢流堰的溢水口构成UASB反应器的出水端。UASB反应器的优点在于颗粒污泥的形成，具有良好的凝聚和沉淀性能的污泥在反应器底部形成颗粒污泥，废水从反应器底部进入与颗粒污泥进行充分混合接触后被污泥中的微生物分解。由于颗粒污泥含水率小，在较高的出水流速下随水浮出的机会很小，使反应器内总是保持很高的生物浓度，而且颗粒污泥的泥水传质速率非常高，并具有絮状污泥不可相比的抗负荷冲击能力、污泥稳定能力等优点，使UASB反应器具有反应生物量多、有机容积负荷率高、设备简单，管理方便等优点。 

所述高级氧化池包括池体、频率为1000～10000HZ的高频电源，池体内设有多个由316不锈钢或者镍基合金材料制成的合金极板，多个合金极板沿池体内废水的流动方向呈栅栏式设置，多个合金极板的一端依次交错与高频电源的正负极输出端连接，各相邻合金极板之间设有用于承载TiO₂催化剂的催化载体；池体上部还设有刮渣机，刮渣机位于池体的出水端，刮渣机尾部设有浮渣槽。经前级处理的废水进入该箱体内从相邻合金极板之间流过，启动高频电源，相邻合金极板之间存在高频电源提供的电位差，利用废水作为电流介质，同时辅以TiO₂催化剂进行高级电氧化，表面形成的浮渣通过刮渣机收集到浮渣槽内集中排出，经高级氧化后的废水进入后处理工序。且结构简单、容积负荷高、占地面积小、投资省、运行费用低。 

所述极板上方还设有紫外线光源。紫外光线利于促进TiO₂催化剂释放，强化电凝效果，破坏废水中大分子物质，氧化氨氮，有助于后续处理工艺的顺利进行。 

所述一体化澄清池内设有相互贯通的第一反应区、第二反应区、过滤区，一体化澄清池内上端设有溢流槽；所述第一反应区呈漏斗状，第一反应区位于一体化澄清池的中部，第一反应区的漏斗底部由进水管道构成一体化澄清池的进水端；所述第二反应区位于第一反应区外侧，第二反应区的下部用于污泥返混形成污泥返混区；所述过滤区位于第二反应区外部，过滤区下部用于污泥沉淀形成沉淀区；所述溢流槽用于收集过滤区的溢出水，溢流槽构成一体化澄清池的出水端。当加药位置设在第一反应区时，可对经高级氧化处理后的废水进行充分絮凝和沉淀，且结构简单。 

所述综合膜处理设备还设有通的中间水箱，中间水箱的进水管路与MBR池的出水端连接，中间水箱的出水管路上设有压力泵，压力泵的出水管路与臭氧高级氧化器的进水端连接，臭氧高级氧化器的出水管路上连接有氧化水箱，氧化水箱的出水管路上设有活性炭过滤器，活性炭过滤器的出水管路上连接有保安过滤器，保安过滤器的出水管路上连接有第一加压泵，第一加压泵的出水管路上设有超滤过滤器，超滤过滤器的出水管路上连接有第二加压泵，第二加压泵的出水管路上连接有反渗透过滤装置，反渗透过滤装置的出水端构成整个垃圾渗滤液处理装置的出水端。经过MBR池生化处理后的废水进入中间水箱，再由压力泵泵入臭氧高级氧化器内进行高级氧化，氧化后的出水进入氧化水箱停留一段时间，保证氧化彻底，氧化水箱的出水动力进入活性炭过滤器去除废水中残留的臭氧，保证后续膜的寿命，出水进入保安过滤器去除原水中悬浮物，保证后续膜的正常使用，保安过滤其出水由设在保安过滤与超滤过滤器之间的加压泵泵入超滤过滤器进行第一级过滤，去除水中大分子有机物、部分高分子无机盐，为反渗透出水做好准备，超滤过滤器的出水由设在超滤过滤器与反渗透过滤装置之间的加压泵泵入反渗透过滤装置进行反渗透过滤，去除废水中绝大部分有机物、色度、全部悬浮物、TP、大部分无机盐，出水清澈透明，达标排放。本发明替代了单一膜过滤结构的过滤装置，在设计处理能力相同时，可极大地减小设备体积，减小占地面积，从而可减少一次性资金投入30%左右；可提高膜使用寿命50%左右，设备故障停机时间少、利用率高，可降低综合运行成本50%左右。 

所述臭氧高级氧化器还设有紫外线光源和由紫外光线催化释放的催化剂。紫外光线利于促进催化剂释放，进一步强化氧化效果。 

采用本发明以高级氧化和综合膜处理为核心的垃圾渗滤液处理装置按照本发明的第一发明目的处理方法对垃圾渗滤液进行处理，能够充分有效的去除渗滤液中的各种污染物质，并且对溶解性的COD、BOD以及N、P都有很好的去除效果，不受废水中有毒有害物质的影响，不仅适合复杂废水如垃圾渗滤液的处理，对其他生活污水也有良好的处理效果。且处理装置占地面积小、投资省、设备利用率高、运行成本低、综合经济效益高。 

本发明与现有技术相比的有益效果是，处理方法既具有传统工艺的综合优点，同时弥补了各处理技术的不足，垃圾渗滤液的处理效果好，处理费用低、综合经济效益高；处理装置具有占地面积小、投资省、运行费用低、建设周期短。 

附图说明

图1是本发明处理方法的工艺流程图。 

图2是本发明处理装置的结构示意图。 

图3是本发明UASB反应器的结构示意图。 

图4是本发明高级氧化反应器的结构示意图。 

图5是本发明一体化澄清池的结构示意图。 

图6是本发明综合膜处理设备的结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。 

实施例1 参见图1、图2，一种以高级氧化和综合膜处理为核心的垃圾渗滤液处理方法，包括初步沉淀和厌氧反应、厌氧生化处理、高级电氧化处理、絮凝和沉处理、二次生化处理、膜法过滤的处理步骤，所述膜法过滤为综合膜法过滤，前述处理步骤按以下顺序依次进行： 

a 初步沉淀和厌氧反应；

b 厌氧生化处理；

c 高级电氧化处理；

d 絮凝和沉淀处理；

e 二次生化处理；

f 综合膜法过滤。

处理前，在生活垃圾填埋场旁修建厌氧塘1，然后安装一台UASB反应器2即升流式厌氧污泥床反应器，UASB反应器2是一种结构紧凑的厌氧反应器，然后在UASB反应器2后面连接一座高效催化的高级氧化池3，再修建一个一体化澄清池4，在一体化澄清池4的后面修建好氧反应处理单元MBR池5，最后连接综合膜处理设备6，综合膜处理设备6可采用国产CTA-NF节能型低脱盐反渗透复合膜作为纳滤膜组件。 

运用本发明方法处理时，先将垃圾渗滤液收集在厌氧塘1中进行初步沉淀和厌氧反应，然后送入UASB反应器2中进行厌氧生化处理，从而将垃圾渗滤液被分离成沼气、废水和污泥。 

将经过UASB反应器2处理后的垃圾渗滤液送入高效催化高级氧化池3中进行高级氧化处理，然后再进入一体化澄清池4中通过添加絮凝剂进行絮凝和沉淀，再将经过一体化澄清池4处理后的渗滤液送入MBR池5进行二次生化处理，最后采用综合膜处理设备6进行膜法处理。当经高级氧化处理的垃圾渗滤液在进入一体化澄清池4进行充分搅拌后，可提高絮凝和沉淀的速度和效果；当经絮凝和沉淀的垃圾渗滤液在进入MBR池5前进行充分搅拌后，进一步提高二次生化处理效果。 

采用本发明处理方法对两处不同的垃圾渗滤液进行处理，处理前垃圾渗滤液及经处理后排放水的检测数据见下表。 

从表中检测数据可知，经本发明的上述处理方法对常见垃圾渗滤液后即可达到排放标准而实现达标排放。 

实施例2  参见图2，一种以高级氧化和综合膜处理为核心的垃圾渗滤液处理装置，主要由用于权利要求1所述的处理方法的厌氧塘1、UASB反应器2、添加有TiO₂催化剂的高级氧化池3、一体化澄清池4、MBR池5和包括紫外臭氧氧化和保安过滤的综合膜处理设备6组成；厌氧塘1通过泥浆泵和管道与UASB反应器2位于底部的进水端连通，UASB反应器2上部出水端通过管道与高级氧化池3连通，高级氧化池3通过泵和管道与一体化澄清池4的底部进水端连接，一体化澄清池4的出水端与MBR池5的进水端连接，MBR池5的出水端通过泵和管道与综合膜处理设备6的进水口连接，综合膜处理设备6设有臭氧高级氧化器61和保安过滤器62。 

MBR池5的前端设有独立搅拌池（图中未示出），以进一步提高二次生化处理效果。 

参见图3，所述UASB反应器2包括反应池15，反应池15底部设有厌氧污泥和布水系统17而形成污泥反应区16，布水系统17的进水端构成UASB反应器2进水端，污泥反应区16的上方设有用于气液固三相分离的三相分离器18，三相分离器18连接有设有排气管路的气室19，三相分离器18的上部设有溢流堰20，溢流堰20的溢水口构成UASB反应器2的出水端。 

参见图4，所述高级氧化池3包括池体21、频率为5000HZ的高频电源22，池体21内设有多个由316不锈钢或者镍基合金材料制成的合金极板23，多个合金极板23沿池体21内废水的流动方向呈栅栏式设置，多个合金极板23的一端依次交错与高频电源22的正负极输出端连接，各相邻合金极板23之间设有用于承载TiO₂催化剂的催化载体24；池体21上部还设有刮渣机25，刮渣机25位于池体21的出水端，刮渣机25尾部设有浮渣槽26。 

所述极板3上方还设有紫外线光源27。 

参见图5，所述一体化澄清池4内设有相互贯通的第一反应区9、第二反应区10、过滤区13，一体化澄清池4内上端设有溢流槽41；所述第一反应区9呈漏斗状，第一反应区9位于一体化澄清池4的中部，第一反应区9的漏斗底部由进水管道14构成一体化澄清池4的进水端；所述第二反应区10位于第一反应区9外侧，第二反应区10的下部用于污泥返混形成污泥返混区11；所述过滤区13位于第二反应区10外部，过滤区13下部用于污泥沉淀形成沉淀区12；所述溢流槽41用于收集过滤区13的溢出水，溢流槽41构成一体化澄清池4的出水端。 

一体化澄清池4与高级氧化池3之间连接有搅拌池（图中未示出），以提高一体化澄清池4的絮凝和沉淀的速度和效果。 

参见图6，所述综合膜处理设备6还设有通的中间水箱63，中间水箱63的进水管路与MBR池5的出水端连接，中间水箱63的出水管路上设有压力泵64，压力泵的出水管路与臭氧高级氧化器61的进水端连接，臭氧高级氧化器61的出水管路上连接有氧化水箱70，氧化水箱70的出水管路上设有活性炭过滤器65，活性炭过滤器65的出水管路上连接有保安过滤器66，保安过滤器66的出水管路上连接有第一加压泵67，第一加压泵67的出水管路上设有超滤过滤器68，超滤过滤器68的出水管路上连接有第二加压泵69，第二加压泵69的出水管路上连接反渗透过滤装置71，反渗透过滤装置71的出水端构成整个垃圾渗滤液处理装置的出水端。 

所述臭氧高级氧化器61还设有紫外线光源和由紫外光线催化释放的催化剂。 

采用本发明的处理装置处理垃圾渗滤液时，先将垃圾渗滤液收集在厌氧塘1中初步沉淀和厌氧反应，然后送入UASB反应器2中进行厌氧处理，垃圾渗滤液通过布水系统17进入污泥反应区16中，与大量的颗粒壮厌氧污泥反应，然后再通过三相分离器18将反应生成的沼气、废水和污泥分离。 

经过UASB反应器2处理后的渗滤液送入高效催化高级氧化池3中进行高级氧化处理，然后在渗滤液中加入絮凝剂，通过进水管道14从下方进入第一反应区9中，再从第一反应区9的上方流入第二反应区10，由于第二反应区10的底部上升流速较快，污泥具有上升趋势，而在第二反应区10的上部，随着断面积的增加，上升流速减小，污泥有下降的趋势，这样会在某一个临界点上升和下降趋势达到平衡，形成一个清晰的污泥界面，在污泥界面以下是浓密的污泥返混区11，当渗滤液自下而上通过时，污泥返混区11中的污泥对渗滤液中的污染物质起到良好的过滤作用，强化处理效果，减少絮凝剂的投加量，降低运行费用。然后渗滤液经过沉淀区12后从过滤区13中流出，完成一体化澄清池4的处理过程。 

将在一体化澄清池4处理过的渗滤液送入MBR池5，最后采用综合膜处理设备6处理后即可达标排放。 

本实施例的高频电源22的频率还可选用1000HZ、2500 HZ、8000 HZ、10000HZ中的任意一种，以采购方便为原则。 

以上虽然结合了附图描述了本发明的实施方式，但本领域的普通技术人员也可以意识到对所附权利要求的范围内作出各种变化或修改，这些修改和变化应理解为是在本发明的范围和意图之内的。