專利名稱：垃圾滲濾液處理系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種用于垃圾滲濾液進行處理的方法及系統，更具體來講，本發明涉及這樣一種系統和方法其采用物理化學處理與生物處理相結合的工藝來對垃圾滲濾液進行處理。
背景技術：
垃圾滲濾液是一種難于進行處理的高濃度有機廢水，其主要來自以下三個方面(1)填埋場內的自然降雨和徑流；(2)垃圾自身原有的含水；(3)在垃圾衛生填埋后由于微生物的厭氧分解分解而產生的水。垃圾滲濾液的成份復雜，其CODCr、BOD5、重金屬、氨氮及含鹽量都很高，而且，垃圾滲濾液的可生化性差、分子量大的有機物占優勢、微生物營養元素的比例失調，垃圾滲濾液還具有一定的毒性。具體而言，垃圾滲濾液具有如下的特性(1)水質十分復雜，不僅含有耗氧的有機污染物，還含有各類金屬和植物營養素(氨氮等)，對于工業部門使用的垃圾填埋廠，滲濾液中還會含有有毒有害的有機污染物；(2)BOD5、COD濃度高，最高可達幾萬單位，遠遠高于城市污水；(3)有機污染物種類多，其中有難以生物降解的萘、菲等非氯化芳香族化合物、氯化芳香族化合物、磷酸酯、鄰苯二甲酸酯、酚類化合物和苯胺類化合物等；(4)含有十多種金屬離子，其中的重金屬離子會對微生物產生抑制作用；以及(5)氨氮含量高且缺乏磷元素，從而給生物處理帶來一定難度。
顯然，采用常規的生物處理方法難以實現垃圾滲濾液的達標排放。對垃圾滲濾液進行治理的重點是COD和氨氮的處理—尤其是氨氮的處理。現有技術中出現了多種用于對垃圾滲濾液進行處理的工藝和設備。例如在CN1485280A號專利文件中就公開了一種利用浸沒燃燒蒸發工藝來填埋場的垃圾滲濾液進行處理的工藝，該工藝主要是通過將有機物氧化為CO2和水、并進行蒸發和濃縮的方式來處理滲濾液。而在專利文件CN 1440941中則公開了利用厭氧分子分解方法來處理垃圾滲濾液的技術，該方法包括預分解步驟、厭氧步驟、分解氧化步驟、吸附步驟、絮凝沉淀步驟及過濾步驟，該方法結合了物理化學處理和生物處理兩方面的手段。與此類似，專利文件CN 1478737中所公開的垃圾滲濾液處理工藝也采用了物化處理與生物處理相結合的方案，在該工藝中，利用陶瓷膜對經過電解氧化處理的滲濾液進行反滲透處理。
在上述的某些現有處理方法中，尤其是為對氨氮進行處理而采用的方法有加堿吹脫法、氯折點法、離子交換-沸石法和生物法。但是，就目前的技術水平而言，加堿吹脫法由于廢水中懸浮物高且處理成本高(20元/m3)而無法獲得推廣；氯折點法因氨氮含量高、且需大量的氯氣和NaOH而使處理成本很高(30元/m3)，而且，所使用的氯氣在貯存、運輸等方面存在著不安全因素；離子交換-沸石法則僅適用于微量氨氮的深度處理。傳統的生物脫氮法利用的是微生物的硝化及反硝化原理，從理論和工程實踐上都無法解決諸如溶氧等很多的工藝問題；此外，如果氨氮濃度大于200mg/L，則硝化細菌的活性將受到抑制，從而降低了處理效率。因此，目前的垃圾滲濾液處理技術存在著很多難于逾越的困難。
現有技術中，通常采用活性污泥法和生物膜法來對垃圾滲濾液執行生物處理。活性污泥法(氧化溝、SBR及推流式曝氣池)工藝運行較為穩定、成熟，但占地面積較大，動力消耗高，運行管理復雜，污泥培養時間較長，尤其是在工廠檢修期間污泥易失活，污水處理再次運行污泥須重新培養。生物膜法有生物轉盤、接觸氧化及曝氣生物濾池，生物轉盤和接觸氧化均須設置二沉池，增加土地占地面積和處理成本。曝氣生物濾池集吸附、氧化及過濾于一體，處理效果好、污泥量少、動力消耗低、出水水質好，是目前水處理的先進工藝，普通曝氣生物濾池由于選用玻璃、陶瓷等材料作為濾料，比重大，故在運行中遇到的最大的難題是反沖洗較為困難。在傳統的生物處理中過高的氨氮將對微生物產生抑制，故目前很難將垃圾滲濾液處理到一排放標準。
發明內容
基于上述的問題，本發明提供了一種GAIA垃圾滲濾液處理工藝及系統，該工藝和系統通過將物化處理與先進的生物處理技術-固定化微生物技術相結合而得以實現。本發明所采用的微生物固定化載體具有很強的微生物固定能力，生物負載量大，該載體所能固定的微生物可同時呈現好氧、兼氧及厭氧菌共存的狀態，故采用該技術可同時去除垃圾滲濾液中的COD和氨氮類污染物。與現有的處理技術相比，本發明具有處理速度快、出水水質高、可處理難降解有機物、以及成本低的優點。
根據本發明的一個方面，本申請提出了一種處理垃圾滲濾液的方法，該方法包括步驟對滲濾液執行微電解；對經過微電解的污水執行混凝及沉淀處理；以及對經過混凝及沉淀處理的污水執行生物處理，其特征在于所述的生物處理采用了固定化微生物處理技術。
在本發明中，通過執行微電解處理，可形成還原性極強的氫原子，從而能改變污染物的性質，降低其毒性。混凝及沉淀處理能降低滲濾液的COD值和色度。而本發明中的固定化微生物處理技術相比于現有技術中的活性污泥法和生物膜法，在處理效率、運行穩定性、微生物量、及固液分離效果等方面具有一系列優點。
根據本發明的一個方面，在固定化微生物處理中，所采用的微生物固定化載體可以是功能化的聚氨脂泡沫塑料，其含有反應性基團，這些基團可與生物活性分子中的氨基和羧基直接形成離子鍵、共價鍵和氫鍵，從而實現載體與微生物、酶偶聯，或經過較溫和的化學方法活化后與生物活性分子偶聯，通過載體結合法固定生物分子。
根據本發明的另一方面，所述載體優選的孔徑為0.05mm-0.5mm，持水量為10-25倍，孔隙度96％，比表面積約為100m2/g-150m2/g，其對微生物及酶的負載量可達20-60g/L。
根據本發明的再一方面，所述微生物固定化處理步驟是以生物濾池的形式實現的，在該步驟中，采用了厭氧生物濾池(AF)和曝氣生物濾池(BAF)相結合的處理工藝。
根據本發明的又一方面，所述方法還包括一個預曝調節步驟，該步驟位于微電解步驟與混凝/沉淀處理步驟之間。利用該預曝調節步驟，可調節水質水量，保證后續處理的穩定性，并利用垃圾滲濾液中的自然微生物對污水中的污染物執行好氧降解。
在本發明的另一方面，本申請提出了一種用于對垃圾滲濾液進行處理的系統，該系統包括微電解池、預曝調節池、沉淀池、厭氧生物濾池、以及曝氣生物濾池，其特征在于所述厭氧生物濾池與曝氣生物濾池采用了微生物固定化技術。
在本發明的處理系統中，由于曝氣生物濾池和厭氧生物濾池以固定化微生物技術為核心，所以具有很高的生物負載量，密度達1.0g/cm3，與水接近；由固定化微生物為主體構成的生物濾池，其剩余污泥為傳統生物法的5％，且不需要反沖洗；整個組合系統不會產生臭味。
根據本發明的再一方面，系統中所采用的微生物及復合酶固定化載體是一種改性的聚氨酯泡沫塑料，其含有反應性基團，通過離子鍵、共價鍵、氫鍵等為主的載體結合法固定微生物及復合酶。
從下文參照附圖所作的詳細描述，可更加清楚地領會本發明上述的內容和其它的特征和優點。
下面將參照附圖對本發明的優選實施方式進行詳細描述，在附圖中圖1是根據本發明一實施方式的垃圾滲濾液處理系統的工藝流程圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖對本發明的基本原理及示例性實施方式作詳細的描述。
首先對本發明的基本原理進行討論。本發明的GAIA垃圾滲濾液處理綜合技術采用物化處理與生物處理相結合的方法來處理垃圾滲濾液，基本上來講，這種技術的工藝組合依次為微電解池、預曝調節池、沉淀池、厭氧生物濾池、曝氣生物濾池。微電解池可改善垃圾滲濾液的可生化性；預曝調節池集吹脫、化學氧化、生物氧化、物化吸附及生物吸附為一體，可大量降低污水中的COD、氨氮和色度；生物濾池采用固定化微生物為主體構成，其剩余污泥為傳統生物法的5％，且不需要反沖洗；整個組合工藝無臭味。采用該技術處理各種污水投資少，占地小，處理效果好，運行成本低，具有顯著的經濟效益和社會效益。
具體而言，本發明的物化處理首先采用微電解，其原理是利用鐵與碳、硅等惰性元素在水中形成原電池，鐵為負極，其他惰性元素為正極，在正極上瞬間釋放出還原性極強的氫原子，可與水中的污染物發生氧化還原作用，改變污染物的性質，降低其毒性，使難降解污染物容易降解，提高污水的B/C值；同時負極上鐵溶解釋放出亞鐵離子、亞鐵離子被氧化為三價鐵離子。同時垃圾滲濾液的pH值提高。
在經過微電解的污水中，投加石灰水生成氫氧化鐵沉淀，并投入鉻離子等重金屬而生成沉淀物，該沉淀物具有強烈的吸附作用，可吸附大分子和溶解度較小的有機物，大量降低污水的COD值和色度；然后，再通過投加聚丙烯酰胺絮凝劑，除去沉淀物、SS及部分COD物質。
可對經過混凝與沉淀處理的污水執行生物處理而使其達到一定的標準。固定化微生物污水處理技術是當前污水生物處理技術的重點研究領域。通過一定的固定化技術手段，使微生物附著生長，有利于提高生物反應器內微生物的數量，有利于反應后的固液分離，有利于去除氨氮、重金屬離子、高濃度有機物及難以生物降解的物質，提高系統處理能力和適應性，縮短處理時間，降低處理成本。與傳統的污水生物處理技術相比，固定化微生物污水處理技術具有處理效率高、運行穩定、可純化和保持優勢菌群、反應器內生物量大、污泥產生量少及固液分離效果好等一系列優點，是一項高效低耗、運行管理方便的污水生物處理技術。目前，微生物的固定化方法主要有表面吸附固定法、交聯固定法、包埋固定法等幾種。表面吸附固定法是指微生物吸附在載體表面而固定的方法，目前污水處理中的生物膜法是其代表性的例子。該方法操作簡單，對微生物活性影響較小，但其固定的微生物量有限，達不到理想的處理效果。交聯固定法是利用兩個或兩個以上的功能團試劑，直接與微生物肽鏈某些氨基酸殘基進行交聯反應、從而與微生物形成共價鍵使微生物固定化的方法。該方法化學反應激烈，對微生物活性影響較大，所用交聯劑大多價格昂貴，因此，限制了此法的應用。包埋固定法是用高分子水凝膠材料開成網絡、微囊等使微生物固定化或利用水溶單體聚合形成凝膠時將微生物包埋在其內。該方法操作簡單，對微生物活性影響較小，但其固定化微生物因網絡結構的阻礙而不利于傳質，且水凝膠耐沖擊性不佳、壽命短則是包埋法遇到的難題。
在本發明中，針對目前垃圾滲濾液處理技術的不足對固定化微生物技術進行了研究開發，本發明的特點集中體現在本發明的微生物固定化載體上。
本發明的微生物固定化載體，具有生物相容性好、抗水解、抗氧化、耐磨損及不堵塞的結構特征，其特征在于最佳孔徑為0.05mm--0.5mm，持水量為10-25倍，孔隙度96％，比表面積約為100m2/g-150m2/g。載體具有較好的傳質、傳熱、動量傳遞的特性，可維持理想的反應動力學特征。
本發明的微生物固定化載體，固定微生物能力強，生物負載量大，微生物及酶的負載量可達20-60g/L，所固定的微生物可同時呈現好氧、兼氧及厭氧菌共存的狀態，故采用該技術可同時去除垃圾滲濾液中的COD和氨氮類污染物。
本發明微生物固定化技術是通過生物濾池的形式應用于工程的。主要形式是選用厭氧生物濾池(AF)和曝氣生物濾池(BAF)相結合作為生物處理工藝，厭氧生物濾池利用厭氧微生物的水解、發酵、酸化作用，大量降低COD，提高污水的B/C值，還可降低污水處理的成本；厭氧生物濾池的出水進入曝氣生物濾池進行好氧處理，通過好氧菌使有機物轉變為二氧化碳和水，氨氮轉變為硝酸根和亞硝酸根，微量重金屬離子與微生物螯合而得以去除。由于選用了高吸水量的聚氨酯網狀懸浮濾料，固定化微生物后的密度和水接近，不需反沖洗問題，且整個工藝無臭味。由于固定化微生物的作用，維持了生物的多樣性，提高了微生物的活性及適應性，好氧菌、兼氧菌及厭氧菌同時存在，硝化、反硝化同時進行，氨氮和總氮同時降低，絲狀微生物、原生動物及后生動物非常豐富，可有效的降解污水中的芳烴、酚、萘等難降解有機物及大分子化合物。同時，生物的代謝可在載體內自行進行，故剩余污泥量極少，不到傳統生物法的5％。
下面將結合附圖對本發明一種示例性的工藝流程進行討論，圖中表示了一垃圾處理廠300m3/d滲濾液處理系統。下文將逐項地介紹該系統中的每一部分。
微電解池
微電解池的主要作用是提高污水的可生化性，產生氫氧化鐵和氫氧化亞鐵沉淀吸附污水中的COD物質，降低污水的色度，同時穩定污水的pH值。微電解池中定期投加鐵屑及專用填料。為了加快反應速度，防止堵塞，采用空氣攪拌，氣水比10∶1。微電解池的出水自流進入混凝池。微電解池的尺寸為3.0m×3.0m×2.5m，有效水深2.0m，地下式鋼混結構，停留時間1.5小時。
預曝調節池(綜合曝氣池)其用于調節水質水量，保證后續處理的穩定性，并利用垃圾滲濾液中的自然微生物進行好氧降解污水中的污染物。調節池的尺寸為6.0m×9.0m×5.0m，有效水深4.5m，地下式鋼混結構，停留時間19小時。調節池投加石灰水或堿液，調節pH值為9-11，調節池底部安裝曝氣器用于曝氣吹脫。調節池的后段設置污水泵兩臺，一用一備，污水泵選用WQ10-10-0.75型離心泵，其主要參數為Q＝10m3/h，H＝10m，N＝0.75kw。
混凝池混凝池的主要作用是投加絮凝劑，加速形成礬花，保證沉淀效果。混凝池采用機械攪拌。混凝池的尺寸為2.0m×2.0m×2.0m，有效水深1.5m，地上式鋼混結構，停留時間0.6小時。混凝池出水自流進入沉淀池。
沉淀池對混凝池的出水進行沉淀處理，進一步降低污水的COD和SS。沉淀池采用豎流式沉淀池，半地上式鋼混結構。其尺寸為4.0m×4.0m×4.5m，有效水深3.0m，每天產生含水率為99％的污泥約24m3。污泥由污泥泵提升至污泥濃縮池濃縮后填埋，上清夜回流至調節池。
固定化微生物-厭氧生物濾池(I-AF池)固定化微生物-厭氧生物濾池(I-AF池)的主要作用是通過厭氧處理，對污水中的難降解有機物進行酸化水解，提高可生化性，同時通過反硝化作用降低COD和氨氮，產生堿度，為后端的硝化反應提供有力的條件；同時消除硫化氫產生的臭味，降低污水處理的運行成本。厭氧生物濾池(I-AF池)的尺寸為12.0m×16.0m×5.0m，有效水深4.5m，有效容積為864m3，停留時間為70小時，分三組四級并聯運行，每級AF池的尺寸為4.0m×4.0m×5.0m，池內裝填厭氧懸浮專用載體，載體高度2.0m，載體量為384m3，投加專用厭氧微生物384kg。I-AF池氣水比4∶1，底部設置排泥管。
曝氣生物濾池(I-BAF池)曝氣生物濾池(I-BAF池)的主要作用是通過好氧微生物降低污水中的COD尤其是氨氮。曝氣生物濾池(I-BAF池)的尺寸為12.0m×8.0m×5.0m，有效水深4.5m，有效容積為430m3，停留時間為32小時，分三組兩級并聯運行，每級I-BAF池的尺寸為4.0m×4.0m×5.0m，池內裝填懸浮專用載體，載體高度3.0m，載體量為192m3，投加專用微生物192kg。曝氣生物濾池(I-BAF池)池底安裝曝氣器用于曝氣，氣水比60∶1。設立LG300×200-1羅茨鼓風機兩臺，一用一備，三葉羅茨鼓風機的性能為Q＝15m3/min，P＝5000mmH2O，N＝22kw。曝氣生物濾池(I-BAF池)的底部設置排泥管。
從下面的工程試驗可進一步了解本發明所能達到的技術效果。
實例一采用本發明處理技術的某垃圾處理廠垃圾滲濾液，進水口COD平均值9800mg/L，預處理后COD平均值6000mg/L，出水口COD平均值80mg/L；進水口氨氮平均值1500mg/L，預處理后氨氮平均值860mg/L，出水口平均氨氮0.6mg/L。
實例二采用本發明處理技術的某垃圾焚燒廠垃圾滲濾液，進水口原液COD平均值8000mg/L，原液氨氮平均值1046mg/L，采用本發明垃圾滲濾液，結果如下出水口COD平均值75mg/L、平均氨氮0.43mg/L。
實例三采用本發明的處理技術對某環保公司的垃圾滲濾液進行現場中試，進水口COD平均值10000mg/L，預處理后COD平均值6500mg/L，出水口COD平均值191mg/L；進水口氨氮平均值2000mg/L，預處理后氨氮平均值860mg/L，出水口平均氨氮1.0mg/L。
盡管上文中對本發明的具體實施方式
進行了描述，但這僅是示例性的，本領域技術人員可以領會到在權利要求書所限定的范圍內，還可以有多種其它的實施方式，且所有基于本發明設計思想的實施方式都在本發明的范圍內。
權利要求
1.一種處理垃圾滲濾液的方法，該方法包括步驟對滲濾液執行微電解；對經過微電解的污水執行混凝及沉淀處理；以及對經過混凝及沉淀處理的污水執行生物處理，其特征在于所述的生物處理采用了固定化微生物處理技術。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于在固定化微生物處理中，所采用的微生物固定化載體是功能化的聚氨脂泡沫塑料，其含有反應性基團。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于所述基團可與生物活性分子中的氨基和羧基直接形成離子鍵、共價鍵和氫鍵，實現載體與微生物、酶的偶聯，或經過較溫和的化學方法活化后與生物活性分子偶聯，通過載體結合法固定生物分子。
4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于所述載體優選的孔徑為0.05mm-0.5mm，持水量為10-25倍，孔隙度96％，比表面積約為100m2/g-150m2/g，其對微生物及酶的負載量可達20-60g/L。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述微生物固定化處理步驟是以生物濾池的形式實現的，在該步驟中，采用了厭氧生物濾池(AF)和曝氣生物濾池(BAF)相結合的處理工藝。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于還包括一個預曝調節步驟，該步驟位于微電解步驟與混凝/沉淀處理步驟之間。
7.一種用于對垃圾滲濾液進行處理的系統，該系統包括微電解池、預曝調節池、沉淀池、厭氧生物濾池、以及曝氣生物濾池，其特征在于所述厭氧生物濾池與曝氣生物濾池采用了微生物固定化技術。
8.根據權利要求7所述的垃圾滲濾液處理系統，其特征在于系統采用了一種微生物及復合酶固定化載體，其是一種改性的聚氨酯泡沫塑料，含有反應性基團，通過離子鍵、共價鍵、氫鍵等為主的載體結合法固定微生物及復合酶。
全文摘要
本發明公開了一種GAIA垃圾滲濾液處理工藝及系統，本發明通過將物化處理與先進的生物處理技術－固定化微生物技術相結合而得以實現。本發明所采用的微生物固定化載體具有很強的微生物固定能力，生物負載量大，該載體所能固定的微生物可同時呈現好氧、兼氧及厭氧菌共存的狀態，故采用該技術可同時去除垃圾滲濾液中的COD和氨氮類污染物。與現有的處理技術相比，本發明具有處理速度快、出水水質高、可處理難降解物、以及成本低的優點。
文檔編號C02F3/30GK1587124SQ20041007474
公開日2005年3月2日 申請日期2004年9月14日 優先權日2004年9月14日
發明者倪晉仁, 葉正芳 申請人:北京大學