申請日2015.07.23

　　公開(公告)日2015.12.16

　　IPC分類號C02F9/14

　　摘要

　　本發明公開了一種生物膜海綿用作生物蒸發膨脹劑和生物載體聯合MVC處理垃圾滲濾液的方法，該方法由MVC系統、生物膜海綿制備及生物蒸發系統組成，其中生物膜海綿由聚氨酯海綿接種活性污泥曝氣培養馴化得到;滲濾液經MVC蒸發處理產生的濃縮液由生物蒸發技術處理;本發明利用MVC濃縮液中有機污染物微生物降解產生的代謝熱蒸發濃縮液中的水分，且采用質輕易得、培養周期短、無二次污染的生物膜海綿作為生物蒸發膨脹劑和生物載體，并將MVC產生的濃縮液和冷凝水中的熱量部分用于生物蒸發過程對熱源的需求上，最大限度回收利用整個系統中的熱能;克服了傳統的純物理分離過程，既能使滲濾液中的水分蒸發，又能將滲濾液中的污染物質削減。

　　權利要求書

　　1.一種垃圾滲濾液的處理方法，其特征在于，包括如下步驟：

　　(1)用作生物蒸發膨脹劑和生物載體的生物膜海綿的制備

　　①將聚氨酯海綿攪碎至直徑為1-15mm;

　　②制備COD≥500mg/L的合成廢水，其配制方法以COD為1000mg/L為母液，其中母液含有葡萄糖0.85-0.90g/L、酵母膏0.11-0.12g/L、NH4Cl0.17-0.18g/L、KH2PO40.020-0.025g/L、K2HPO40.020-0.025g/L、NaH2PO40.13-0.15g/L、Na2HPO40.64-0.78g/L、CaCl2·2H2O13.5-13.6μg/L、MgCl2·6H2O23.9-24.5μg/L、FeCl3·6H2O1.1-1.2μg/L、MnCl2·4H2O0.44-0.48μg/L、ZnSO4·7H2O0.14-0.15μg/L、CuCl2·2H2O0.19-0.20μg/L、CoCl2·6H2O0.27-0.28μg/L、Na2MoO4·2H2O0.041-0.045μg/L;

　　③將攪碎后的聚氨酯海綿放到反應器里，合成廢水由反應器底部泵入，保證水力停留時間為8-12h，再將MLSS為2800-3200mg/L的活性污泥接種到反應器中，使混合后的活性污泥MLSS濃度為100-1000mg/L，其中MLSS是活性污泥的混合液懸浮物固體濃度;

　　④在反應器底部進行曝氣，曝氣量為反應器內每升混合物通入，連續培養一個周，通過蛋白質的測定判斷生物膜在聚氨酯海綿上的生長情況，當蛋白質含量時，判定該聚氨酯海綿為生物膜海綿，取出海綿并控制含水量在70-80%;

　　(2)按常規方法對垃圾滲濾液依次進行緩垢預處理和過濾預處理，預處理后的滲濾液預熱至沸點，通入機械蒸汽壓縮蒸發裝置中在100-105℃下進行低能耗機械蒸汽壓縮蒸發處理，處理后濃縮液溫度降至40-45℃后再通入步驟(1)的生物膜海綿中，調節含水量為75-90%，在曝氣量為、生物膜海綿有機負荷為條件下曝氣進行生物蒸發，同時蒸發過程中進行40-45℃的保溫，蒸發的蒸餾水即為處理后廢水;其中生物膜海綿有機負荷是指每公斤生物膜海綿的總固體對濃縮液揮發性固體的生物降解量，其中VS為濃縮液中的揮發性固體，揮發性固體含量是濃縮液的總固體經馬弗爐550-555℃處理2-5小時后質量的差;TS為生物膜海綿的總固體，其含量為生物膜海綿在103-107℃下處理20-24小時后固體質量。

　　2.根據權利要求1所述的垃圾滲濾液的處理方法，其特征在于：步驟(2)中濃縮液COD含量大于200g/L。

　　說明書

　　一種垃圾滲濾液的處理方法

　　技術領域

　　本發明屬于污水處理中垃圾滲濾液處理技術領域，具體涉及一種用生物膜海綿作生物蒸發膨脹劑和生物載體聯合MVC處理垃圾滲濾液的方法。

　　背景技術

　　隨著城市的發展和人民生活水平的提高，城市生活垃圾量日益增長，垃圾的處置成為一項緊迫的任務。衛生填埋作為我國城市垃圾處理的主要方式之一，存在著填埋場垃圾滲濾液處理的問題。垃圾滲濾液是指垃圾在堆放和處置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、水解和發酵而產生的二次污染物，主要來自垃圾本身的內含水、垃圾生化反應產生的水和大氣降水。具有污染物組分復雜、污染物濃度高、氨氮和重金屬離子含量高等特點，如果垃圾滲濾液處理不當，將會嚴重污染土壤、大氣、地表水和地下水，造成二次污染，這些特點使得滲濾液的處理成為目前世界性難題。

　　目前垃圾滲濾液處理工藝主要有：生物處理-混凝沉淀、生物物理處理-化學氧化-后處理、生物處理-膜處理、蒸發處理等。申請號為CN201220641712.8和CN201320651165.6的中國發明專利采用厭氧+好氧+反滲透膜(RO)處理系統處理垃圾滲濾液，該工藝雖然工程投資較小，由于存在生物處理單元，對滲濾液原水水質的可生化性能(COD/BOD)和碳氮比(C/N)要求較高，對原水水質變化適應能力較弱，且反滲透RO產生的濃縮液為二次污染物，目前無較好的處理方法;申請號為CN201420442437.6的中國實用型新型專利采用MBR膜生物反應器+砂濾+兩級DTRO+脫氣工藝處理滲濾液，該工藝處理效率高，水質適應性強，但兩級DTRO的濃縮液也無較好的處理方法;近年來興起的機械蒸汽壓縮蒸發(MVC)是一種較為理想的新工藝，王彩虹等人研究了機械蒸發(MVC)+離子交換銨回收工藝在垃圾滲濾液處理中的應用，以及申請號為CN201220475764.2的中國實用新型專利采用序列間歇式活性污泥法(SBR)+MVC工藝對滲濾液進行處理，MVC蒸發技術具有先進、節能、高效、低成本的特點，在未來的垃圾滲濾液處理中有較大優勢，但MVC產生的高濃度的濃縮液目前的處理方法為回灌，而回灌對地下水污染的可能性增加，水流可形成短路，使填埋層含水率增加，此外，濃縮液直接回灌也有可能導致污染物的重復分離，垃圾場含鹽量增加，使MVC后續清水出率低等。從水處理角度看，MVC蒸發技術為純物理分離過程，沒有對污染物質進行有效削減。因此，MVC技術急需結合一種有效的高濃度廢水處理技術對有機污染物進行降解處理。

　　近來，一項被新提出的針對高濃度有機廢水的處理技術可以用來處理MVC工藝產生的濃縮液，申請號為PCT/KR2014/003527的國際發明專利提出的針對高濃度有機廢水的生物蒸發處理技術，其原理是利用微生物在好氧代謝中產生的代謝熱為熱源來蒸發高濃度有機廢水里的水分，有機物作為微生物代謝的底物，隨著有機物濃度不斷增加，微生物的代謝熱也增加，代謝熱不斷積累形成高溫并對廢水中的水分進行汽化，汽化后的水蒸氣由通風氣流帶出反應器以達到去除效果。垃圾滲濾液原液中有機質含量較高，COD一般高20000mg/L，MVC系統的蒸發效率可以達到90%以上，因此濃縮液中COD的含量高達200g/L，滿足生物蒸發處理技術對高濃度有機廢水COD含量最低為120g/L的要求。此外，由于高濃度廢水為粘稠狀，空隙度小，自身含有較少的用于生物蒸發的微生物，因此在生物蒸發過程中需要向高濃度有機廢水中添加膨脹劑和微生物載體，其中膨脹劑要求具有空隙結構、比表面積大、吸水性好，這樣可以給堆體提供結構支持和較高的自由空域，使氧氣傳質更加容易;生物載體為生物蒸發過程接種微生物，生物載體要求微生物為雜菌，含有適應各種環境的微生物。膨脹劑將廢水吸到表面形成一層薄薄的水膜，利于氧氣傳質，因此，在膨脹劑的表面為微生物提供了一個良好的生長環境進行好氧代謝。目前，生物蒸發使用的膨脹劑和生物載體為生物干化污泥，其由城市生活污水處理廠脫水污泥經生物干化過程得到。生物干化污泥含水率低，孔隙率高，比表面積大，微生物種類多且活性較高，此外，生物干化污泥自身含有未被生物降解的有機質，在生物蒸發過程中這部分有機質被微生物降解產生的代謝熱也對水分蒸發產生貢獻，所以可以降低生物蒸發對廢水有機質含量的要求，因此，生物干化污泥被用作生物蒸發的膨脹劑和生物載體。但是生物干化污泥的制備需經脫水污泥的生物干化過程，脫水污泥含水率達80%以上，需先調節初始含水率方可進行生物干化，且生物干化過程耗時較長，一般需2-3周;而且脫水污泥里含有在污水處理廠中沒有被硝化和反硝化的氨氮，在生物干化過程中會產生氨氣形成二次污染物;脫水污泥有刺鼻性氣味，且密度較大(530-560g/L)，在搬運和生物干化過程中勞動強度極大。

　　此外，生物蒸發過程需要良好的保溫效果，目前的保溫策略為在生物蒸發反應器外加保溫材料，但是其保溫效果有限且無法和反應器有效結合。

　　發明內容

　　為克服現有的MVC工藝對滲濾液中的污染物質沒有削減和產生的濃縮液無法處理的不足以及生物蒸發技術中生物干化污泥作為膨脹劑和生物載體、反應器保溫效果差等存在的問題，本發明提供了一種用生物膜海綿作生物蒸發膨脹劑和生物載體聯合MVC處理垃圾滲濾液的新工藝;本發明的目的是利用價廉、質輕、多孔的聚氨酯海綿為介質，將微生物馴化培養到碎海綿表面，經掛膜后的碎海綿用作生物蒸發的膨脹劑和生物載體，然后再用MVC技術和生物蒸發技術聯合處理垃圾滲濾液;在MVC蒸發系統中，經預處理的滲濾液被高溫高壓的蒸汽換熱蒸發，蒸汽冷凝為冷凝水，被蒸發的滲濾液經壓縮成為二次高溫蒸汽，這樣連續進行蒸發，該過程同時把滲濾液中難生物降解的大分子物質經過高溫高壓裂解為易生物降解的小分子物質，這樣為后續生物蒸發提高了廢水的可生化性。MVC系統產生帶有顯熱的濃縮液進入生物蒸發系統，濃縮液與生物膜海綿充分混合并曝氣，微生物利用可降解有機物進行好氧代謝，代謝熱在反應器內積累使堆體溫度升高并蒸發水分，帶有顯熱的濃縮液可以提高物料的溫度，從而縮短生物蒸發的啟動時間，同時MVC系統產生的帶有顯熱的冷凝水對生物蒸發過程進行保溫，生物蒸發系統由生物蒸發產生的代謝熱+濃縮液自身顯熱+冷凝水保溫三者組成的高溫對濃縮液里的水分進行蒸發，濃縮液里的污染物質被膨脹劑和生物載體中的微生物所降解消耗。

　　本發明是通過以下方式實現的：

　　本發明是用生物膜海綿作生物蒸發膨脹劑和生物載體聯合MVC處理垃圾滲濾液的方法，該方法包括MVC處理系統、生物膜海綿培養系統以及生物蒸發系統，該方法包括如下步驟：

　　(1)用作生物蒸發膨脹劑和生物載體的生物膜海綿的制備

　　①將聚氨酯海綿攪碎至直徑為1-15mm;

　　②制備COD≥500mg/L的合成廢水，其配制方法以COD為1000mg/L為母液，所需具體合成廢水COD按比例由母液稀釋得出或按比例由母液組成配制;其中母液含有葡萄糖0.85-0.90g/L、酵母膏0.11-0.12g/L、NH4Cl0.17-0.18g/L、KH2PO40.020-0.025g/L、K2HPO40.020-0.025g/L、NaH2PO40.13-0.15g/L、Na2HPO40.64-0.78g/L、CaCl2·2H2O13.5-13.6μg/L)、MgCl2·6H2O23.9-24.5μg/L、FeCl3·6H2O1.1-1.2μg/L、MnCl2·4H2O0.44-0.48μg/L、ZnSO4·7H2O0.14-0.15μg/L、CuCl2·2H2O0.19-0.20μg/L、CoCl2·6H2O0.27-0.28μg/L、Na2MoO4·2H2O0.041-0.045μg/L;

　　③將攪碎后的聚氨酯海綿放到反應器里，合成廢水由反應器底部泵入，保證水力停留時間為8-12h，再將MLSS為2800-3200mg/L的活性污泥接種到反應器中，使混合后的活性污泥MLSS濃度為100-1000mg/L，其中MLSS是活性污泥的混合液懸浮物固體濃度;

　　④在反應器底部進行曝氣，曝氣量為反應器內每升混合物通入，連續培養一個周，通過蛋白質的測定判斷生物膜在聚氨酯海綿上的生長情況，當蛋白質含量時，判定該聚氨酯海綿為生物膜海綿，取出海綿并控制含水量在70-80%;

　　(2)滲濾液預處理：按常規方法對垃圾滲濾液依次進行緩垢預處理和過濾預處理;

　　緩垢預處理采用常規微電解填料，主要作用為利用過濾機理去除部分SS(懸浮固體)和有機物，使得后續機械蒸汽壓縮蒸發裝置的結垢情況得到有效緩解;過濾預處理采用全自動在線清洗快速精密過濾器，過濾精度為100μm，經過濾去除滲濾液中的SS，防止其在后段的蒸發過程中包裹換熱管，為蒸發處理系統有效運行創造良好的條件，保證蒸發效率。

　　(3)預處理后的滲濾液預熱至沸點，通入MVC裝置中在100-105℃下進行低能耗機械蒸汽壓縮蒸發處理，使滲濾液中大多數的COD、BOD、氨氮和金屬離子等污染物質與水分離，處理后的濃縮液體積約為滲濾液體積的5-10%，產生的氨氣由吸氨裝置吸收，不凝氣體由排空冷凝器吸收，處理后濃縮液先預熱垃圾滲濾液原液，濃縮液溫度降至40-45℃再通入步驟(1)的生物膜海綿中;

　　MVC產生的冷凝水也先通入滲濾液預熱裝置對原液進行預熱，冷卻后的冷凝水再流入生物蒸發過程中用于保溫，帶有顯熱的冷凝水在反應器保溫層循環流動，熱量經換熱面傳熱到反應器內進行保溫和增溫，再次冷凝后的冷凝水達標排放;

　　(4)濃縮液與步驟(1)的生物膜海綿混合后，調節含水量為75-90%，在曝氣量為、生物膜海綿有機負荷為條件下曝氣進行生物蒸發，同時蒸發過程中進行40-45℃的保溫，蒸發的蒸餾水即為處理后廢水;其中生物膜海綿有機負荷是指每公斤生物膜海綿的總固體對濃縮液揮發性固體的生物降解量，其中VS為濃縮液中的揮發性固體，揮發性固體含量是濃縮液的總固體經馬弗爐550-555℃處理2-5小時后質量的差;TS為生物膜海綿的總固體，其含量為生物膜海綿經恒溫烘箱在103-107℃下處理20-24小時后固體質量。

　　在生物蒸發過程中采用底部均勻曝氣，可實時在線監測氧氣濃度來決定曝氣量或恒定曝氣;氧氣濃度反映微生物的活性以及通風策略，根據氧氣濃度可以控制曝氣裝置的曝氣量;

　　生物蒸發過程中實時監控反應器內的溫度，反應器內的溫度反映堆體微生物的活性以及生物蒸發進程，實時添加新的濃縮液，控制生物膜海綿有機負荷為。當堆體溫度達到45℃時高溫微生物開始大量繁殖，所以將預熱滲濾液原液后的冷凝水在保溫層內流動溫度控制在40-45℃;

　　生物蒸發會產生一定量的氨氣、硫化氫、甲烷等有害氣體，所以在氣體外排前需經化學吸收或者生物濾池過濾凈化。

　　生物蒸發是一項新型的高濃度有機廢水處理技術，其利用廢水含有的潛在生物能為蒸發驅動力，可以實現廢水的零排放處理。在生物蒸發過程中，膨脹劑和生物載體、堆體混合物的初始水分以及曝氣量是影響蒸發效果的幾個重要因素，膨脹劑和生物載體是生物蒸發過程必不可少的添加劑，沒有膨脹劑對粘稠狀的廢水做結構支撐氧氣的傳質會受阻，而沒有生物載體接種微生物，有機物就無法進行有效快速的生物降解;對于初始水分，過高會減少自由空域，增加氧氣在介質中的傳質阻力，過低會抑制微生物的活性，因為微生物的生長需要在適度的水環境中;對于通風策略，過高的曝氣量會帶走反應器內的代謝熱降低堆體溫度，過低的曝氣量使堆體局部處于厭氧狀態，厭氧發酵產生的代謝熱遠低于好氧發酵，不利于水分蒸發。生物蒸發技術屬于水處理范疇，與傳統的水處理技術相比，本技術處理的對象為高濃度有機廢水，不需預處理，無二次污染物，且處理費用較小，僅有向反應器曝氣所產生的能耗。生物蒸發技術經濟、節能、環保，在高濃度有機廢水處理上是一種革命性的突破，目前在國內市場還沒有被運用過。

　　有益效果如下：

　　本發明用生物膜海綿作為生物蒸發膨脹劑和生物載體，再將MVC技術和生物蒸發技術有效結合，提供了一種垃圾滲濾液處理的全新方法。

　　傳統生物蒸發技術用生物干化污泥作為膨脹劑和生物載體，要將污水廠的脫水污泥經空氣干化調節初始含水率后進行生物干化，此過程需要耗費大量的人力物力，脫水污泥含水率達80%以上導致搬運不便，同時需要室外較大場地對脫水污泥晾曬及翻轉搗碎，而且生物干化中會產生甲烷、硫化氫等刺鼻性氣味造成二次污染，此外，生物干化過程歷時較長，一般需要3周;相比較生物干化污泥，本發明運用的聚氨酯海綿也具備多孔結構、比表面積大、有一定吸水能力，微生物在其里表面和外表面都能形成良好的生物膜，因此生物膜海綿也可作為膨脹劑和生物載體實現對廢水的生物蒸發處理，此外，生物膜海綿作為膨脹劑和生物載體有其特殊的優勢：聚氨酯海綿質輕易得，僅需將其攪碎后和活性物污泥混合培養一個周即可，整個過程可在室內進行，占地面積小，用泵可以換水和曝氣，所以勞動強度低，同時不會產生二次污染。所以，生物膜海綿是生物蒸發膨脹劑和生物載體更好的選擇。

　　目前市場上已有較成熟的MVC工藝處理垃圾滲濾液，但都避免不了產生體積約為滲濾液原液5-10%的濃縮液，該濃縮液有機物濃度高，處理難度大、成本高，目前對該類廢水沒有較好的處理方法。本發明運用新提出的生物蒸發技術來處理MVC系統產生的濃縮液，濃縮液的高COD含量剛好滿足生物蒸發對高有機物的要求，其中原液中難生物降解的有機物在高溫高壓的MVC系統中裂解成為易生物降解的小分子物質收集到濃縮液中，二者有效結合，合理的把MVC產生的濃縮液和冷凝水帶有的顯熱利用到生物蒸發技術對進料溫度和保溫效果的需求上，這樣最大限度回收利用了整個系統中的熱能，大幅度節省運行費用，同時克服了傳統MVC的純物理分離過程，既能實現傳統MVC對滲濾液的污染物質和水分的高效分離，又能實現生物蒸發對滲濾液中的污染物質的降解消耗，實現了一定程度上的滲濾液零排放處理。所以，本發明是一項科技惠民的發明。