專利名稱：城市生活垃圾填埋場滲濾液的資源化工藝的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于垃圾處理技術(shù)領域，特別涉及從城市生活垃圾填埋場滲濾液中提取腐植酸并濃縮為有機液體肥料的資源化工藝。
背景技術(shù)：
衛(wèi)生填埋因經(jīng)濟低廉、技術(shù)可靠一直是城市生活垃圾處置的主要方式，在填埋場的日常運行管理中，滲濾液的處理達標至今還是一個難題，成為城市生活垃圾填埋場的主要二次污染源。構(gòu)成滲濾液難處理的本質(zhì)原因在于滲濾液中含有高濃度的難生物降解有機物—腐植酸和氨氮，前者實際更難解決，因為許多研究和工程實踐均表明，只要合理選用反應器或優(yōu)化工藝參數(shù)，即使氨氮濃度高至1500mg/L左右，仍可通過生物硝化達標。而難生物降解的腐植酸，通過生化和常規(guī)物化工藝均難于有效去除。目前，處理滲濾液可穩(wěn)定達到一級排放標準的實用工藝只有膜工藝，主要為反滲透和納濾，但其投資和運行費用均較高，且通常還有占原有體積10～25％的截留濃縮液需進一步處理。由于反滲透和納濾一般對濃縮液中各成分，包括有機物和無機鹽份的截留率均很高，選擇性又較差，尤其是反滲透，幾乎不加選擇地全部截留，因此，濃縮液的成分復雜，濃度高，目前其處理方法主要有回灌、焚燒、固化等，其中焚燒和固化成本高昂，而回灌成本較低，但會導致回灌后填埋場的滲濾液中鹽類離子的累積，這將影響膜工藝的正常運行。綜上所述，對滲濾液單純從處理角度來考慮都存在一定的問題和缺點。

發(fā)明內(nèi)容
腐植酸是影響滲濾液處理難達標的主要污染物，但它也是有機肥料的主要成分，因此本發(fā)明提供了從滲濾液中分離腐植酸后再濃縮為有機液體肥料的資源化工藝，本工藝同時也使?jié)B濾液的可處理性提高或可達標處理，并克服了反滲透和納濾工藝中濃縮液處理的問題和缺點。
本發(fā)明提供了一種城市生活垃圾填埋場滲濾液的資源化工藝，其特征在于，該工藝包括如下步驟
1)將經(jīng)厭氧生物反應器分解后的滲濾液，或者已進入產(chǎn)甲烷階段填埋場的滲濾液，泵入一級超濾系統(tǒng)，操作壓力差為0.3～0.5Mpa，濃縮倍數(shù)為5～10倍，膜分離后得到一級濃縮液；2)將一級濃縮液泵入二級超濾系統(tǒng)，操作壓力差為1.0～1.5Mpa，濃縮倍數(shù)為4～5倍，膜分離后得到二級濃縮液；3)讓二級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。
本發(fā)明所述兩級超濾系統(tǒng)所用膜的截留相對分子量均為500～5000。
本發(fā)明利用二級超濾系統(tǒng)處理一級濃縮液時，投加少量鹽酸降低一級濃縮液中碳酸鈣濃度，并始終保持pH值在7以上，以避免發(fā)生碳酸鈣堵塞問題。
本發(fā)明利用二級超濾系統(tǒng)處理一級濃縮液時，調(diào)節(jié)一級濃縮液的pH值至酸性范圍，使一級濃縮液中重金屬元素處于游離態(tài)下而透過膜，再調(diào)節(jié)透過液的pH值至堿性范圍而沉淀去除重金屬，以保證最終的有機液體肥料中重金屬元素濃度在要求范圍內(nèi)。
本發(fā)明的特點在于對于滲濾液因含較高濃度腐植酸而造成處理出水中有機物指標難達標的最主要問題，從另一角度提出了資源化工藝，同時兼顧了滲濾液的達標處理。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工藝。(2)在現(xiàn)有的用于處理滲濾液的膜工藝中主要為反滲透和納濾，使用的是孔徑小于1nm的膜，所需操作壓力差較大，本資源化工藝中，膜工藝為超濾系統(tǒng)，實際上其介于納濾與超濾交叉的范圍內(nèi)，即介于納濾截留相對分子量(MWCO)的高端，和超濾截留相對分子量的低端之間，一般仍稱為超濾系統(tǒng)。本發(fā)明所采用的兩級超濾系統(tǒng)使用的膜孔徑略大于1nm(對有機膜約為1.1～1.3nm，對無機膜則略大)，或相應的截留相對分子量為500～5000。因此，本發(fā)明采用的超濾系統(tǒng)對滲濾液中腐植酸可有高效的截留，而無機離子等可良好通過，從而大大降低膜兩側(cè)的滲透壓，減少電耗，同時保持膜分離后得到的濃縮液中無機鹽分與進入該級超濾系統(tǒng)前的滲濾液的基本一致，而這與現(xiàn)有滲濾液采用反滲透和納濾膜工藝中產(chǎn)生的濃縮液存在根本差別。現(xiàn)有的反滲透和納濾膜工藝產(chǎn)生的濃縮液中常含有比進行分離前的滲濾液高得多的無機鹽分，即無機鹽分也被濃縮了一定倍數(shù)，而且不穩(wěn)定的低分子有機物含量也比本發(fā)明所采用的超濾系統(tǒng)產(chǎn)生的濃縮液的高，從而使其難于資源化。(3)利用浸沒燃燒蒸發(fā)系統(tǒng)來最后濃縮經(jīng)二級超濾系統(tǒng)分離后的二級濃縮液，由于此時濃縮液中有機物濃度可達15～20g/L以上，TDS更可達30g/L以上，繼續(xù)用超濾系統(tǒng)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超濾系統(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。此外，大量氣體攪拌沸騰液體，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，從而有效地提高了產(chǎn)品的品質(zhì)。(4)資源化工藝所得的產(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)一級超濾系統(tǒng)后的膜透過液，即滲濾液的主體(約占原滲濾液體積的80～90％)，由于難生物降解的腐植酸等大分子有機物被絕大多數(shù)分離出，因此其可處理性提高或可達標處理。
本發(fā)明的有益效果1、在明確了滲濾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)濟合理的膜工藝進行兩級分離濃縮，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，這樣既對滲濾液進行了資源化利用，又解決了滲濾液處理有機物難達標的難題。2、可利用本資源化工藝對國內(nèi)在用的采用常規(guī)工藝的基本都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前端(厭氧生物反應器后)加入本工藝，可使整合后的滲濾液處理設施出水中有機物達標，從而達到環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟效益的統(tǒng)一。3、本資源化工藝可使填埋場產(chǎn)生的填埋氣體得到了綜合利用。4、本資源化工藝實用、先進，又流程簡單，占地少，無二次污染，運行簡便、可靠。


圖1是本發(fā)明滲濾液資源化工藝流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明滲濾液資源化工藝作進一步描述。
如圖1所示，經(jīng)厭氧生物反應器分解后的滲濾液，或者已進入產(chǎn)甲烷階段填埋場的滲濾液，含有的有機物中，大多數(shù)性質(zhì)較穩(wěn)定。這類滲濾液由泵提升進入砂濾罐，去除粒徑大于1～10μm以上的污泥等顆粒物，保證后續(xù)超濾系統(tǒng)的良好運行。出水再用泵進入一級超濾系統(tǒng)，在壓力(操作壓力差為0.3～0.5Mpa)驅(qū)動下滲濾液分成兩部分一部分為膜截留的一級濃縮液(濃縮倍數(shù)為5～10倍)，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總?cè)芙庑詺堅?TDS)與膜分離前的進料滲濾液基本接近，即無機離子在一級超濾系統(tǒng)中可以良好通過，一級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，可生化性大大提高，容易進一步處理達標后排放。膜截留下來含腐植酸的一級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)品的有關要求，需進一步分離濃縮。為了不使最終產(chǎn)品中無機鹽分含量過高，一級濃縮液先再經(jīng)更大壓力差的二級超濾系統(tǒng)分離，操作壓力差為1.0～1.5Mpa，濃縮倍數(shù)可達4～5倍，得到二級濃縮液。通常在此過程中沒有需特別關注的問題，但有時也存在一些問題，若碳酸鈣堵塞嚴重，可投加少量鹽酸降低進液中碳酸鈣濃度，但pH值始終保持在7以上；若為某種重金屬元素濃度可能在最終產(chǎn)品中超出要求范圍，則應經(jīng)針對性試驗研究后，可在此過程中通過調(diào)節(jié)pH值至酸性范圍，使該重金屬主要處于游離態(tài)下而透過膜，再調(diào)節(jié)透過液的pH值至堿性范圍而沉淀去除重金屬。二級超濾系統(tǒng)的透過液回流到一級超濾系統(tǒng)處理，而二級濃縮液(pH值通常為7～9)流入浸沒燃燒蒸發(fā)系統(tǒng)進一步濃縮(燃燒室溫度≥750℃，浸沒深度0.3～0.6m，濃縮倍數(shù)為5～10倍)達到產(chǎn)品的含量要求，一般有機物重量比可達14～20％，同時在此過程中芳烴、鹵代烴等少量可能影響產(chǎn)品品質(zhì)的有毒或有害微量有機物和少量的不穩(wěn)定的低分子有機物(如VFA)等可以被凈化，還可以全部滅活病原體，而蒸發(fā)系統(tǒng)的濃縮液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，冷凝水并入滲濾液經(jīng)一級超濾系統(tǒng)后的膜透過液中一起進入后續(xù)處理系統(tǒng)，因此本資源化工藝沒有二次污染。
下面以北京市某生活垃圾衛(wèi)生填埋場滲濾液的資源化工藝為例，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。該滲濾液可直接由泵提升進入砂濾罐和小型微濾裝置，去除粒徑大于1～10μm以上的污泥等顆粒物，出水再經(jīng)泵進入一級超濾系統(tǒng)，超濾膜的截留相對分子量(MWCO)為1000，操作壓力差為0.4Mpa，濃縮倍數(shù)為5倍，膜分離后得到一級濃縮液，其TOC為3000～6000mg/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，進入滲濾液后續(xù)處理系統(tǒng)(一般由生物和物化處理系統(tǒng)組成)。之后，在一級濃縮液中先加入一定量鹽酸，去除50～80％的重碳酸鹽，該過程pH保持在7以上，然后再用泵進入二級超濾系統(tǒng)，超濾膜的截留相對分子量(MWCO)仍為1000，操作壓力差為1.0～1.2Mpa，濃縮倍數(shù)為4～5倍，得到二級濃縮液，其TOC為15000～20000mg/L，顏色呈暗紅色，膜透過液回流至一級超濾系統(tǒng)的進料管。經(jīng)二級超濾系統(tǒng)分離濃縮后，二級濃縮液流入浸沒燃燒蒸發(fā)系統(tǒng)。該浸沒燃燒蒸發(fā)系統(tǒng)利用填埋氣體作燃氣，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5～8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，這樣部分蒸汽冷凝為水，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，蒸汽冷卻水和冷凝水排入滲濾液后續(xù)處理系統(tǒng)一并處理。
本發(fā)明所述的滲濾液資源化工藝技術(shù)參數(shù)1、滲濾液水質(zhì)條件pH7.3～9CODcr1500～5000mg/LBOD5/CODcr＜0.3VFA ＜100mg/L2、一級超濾系統(tǒng)工作壓力 0.3～0.5Mpa濃縮倍數(shù) 5～10倍3、二級超濾系統(tǒng)工作壓力 1.0～1.5Mpa濃縮倍數(shù) 4～5倍4、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倍有必要對上述滲濾液資源化工藝技術(shù)參數(shù)中的水質(zhì)條件作一說明。填埋場穩(wěn)定化階段在產(chǎn)甲烷階段之前的滲濾液，CODcr濃度高，但通常也含有大量容易分解的有機物，可生化性好，pH值較低，此階段滲濾液應先經(jīng)厭氧生物反應器預處理，使有機物充分降解，而殘余下來的有機物基本上性質(zhì)較穩(wěn)定，在此過程中pH值會上升至弱堿性，重金屬因形成沉淀等作用而使出水中濃度進一步降低；對于已進入產(chǎn)甲烷階段的滲濾液，其在填埋場內(nèi)已充分厭氧分解了，水質(zhì)與先經(jīng)厭氧生物反應器預處理后的滲濾液的基本一致。因此本發(fā)明資源化工藝對填埋場各個階段的滲濾液均能適用。
權(quán)利要求
1.城市生活垃圾填埋場滲濾液的資源化工藝，其特征在于，該工藝包括如下步驟1)將經(jīng)厭氧生物反應器分解后的滲濾液，或者已進入產(chǎn)甲烷階段填埋場的滲濾液，泵入一級超濾系統(tǒng)，操作壓力差為0.3～0.5Mpa，濃縮倍數(shù)為5～10倍，膜分離后得到一級濃縮液；2)將一級濃縮液泵入二級超濾系統(tǒng)，操作壓力差為1.0～1.5Mpa，濃縮倍數(shù)為4～5倍，膜分離后得到二級濃縮液；3)讓二級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所述的填埋場滲濾液的資源化工藝，其特征在于所述兩級超濾系統(tǒng)所用膜的截留相對分子量均為500～5000。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填埋場滲濾液的資源化工藝，其特征在于利用二級超濾系統(tǒng)處理一級濃縮液時，投加少量鹽酸降低一級濃縮液中碳酸鈣濃度，并始終保持pH值在7以上，以避免發(fā)生碳酸鈣堵塞問題。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填埋場滲濾液的資源化工藝，其特征在于利用二級超濾系統(tǒng)處理一級濃縮液時，調(diào)節(jié)一級濃縮液的pH值至酸性范圍，使一級濃縮液中重金屬元素處于游離態(tài)下而透過膜，再調(diào)節(jié)透過液的pH值至堿性范圍而沉淀去除重金屬，以保證最終的有機液體肥料中重金屬元素濃度在要求范圍內(nèi)。
全文摘要
城市生活垃圾填埋場滲濾液的資源化工藝，屬于垃圾處理技術(shù)領域。為了使填埋場滲濾液的可處理性提高或可達標處理，并克服了反滲透和納濾工藝中濃縮液處理的問題和缺點，本發(fā)明公開了一種城市生活垃圾填埋場滲濾液的資源化工藝，包括如下步驟1)將填埋場滲濾液泵入一級超濾系統(tǒng)，操作壓力差為0.3～0.5Mpa，濃縮倍數(shù)為5～10倍，膜分離后得到一級濃縮液；2)將一級濃縮液泵入二級超濾系統(tǒng)，操作壓力差為1.0～1.5Mpa，濃縮倍數(shù)為4～5倍，膜分離后得到二級濃縮液；3)讓二級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C02F3/28GK1648075SQ20041009894
公開日2005年8月3日 申請日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日
發(fā)明者聶永豐, 許玉東, 岳東北 申請人:清華大學