專利名稱：一種用水泥基復合材料深度凈化生活垃圾滲濾液難降解尾水的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及生活垃圾填埋場滲濾液生物處理尾水的深度凈化處理技術，屬于廢水處理技術領域。
背景技術：
目前，我國城市生活垃圾的處理仍以填埋為主，垃圾清運量的90％以上運往填埋場處理。我國現(xiàn)有填埋場近千座，日產滲濾液4～8萬噸。垃圾填埋場滲濾液的達標處理是維持垃圾填埋場安全穩(wěn)定運行的關鍵。
垃圾填埋場滲濾液組分復雜、污染性極強，被列入我國環(huán)境優(yōu)先控制污染物“黑名單”?？紤]到處理工藝的經(jīng)濟性和實用性，我國目前對滲濾液的處理主要采用各種生物處理單元的組合。然而，經(jīng)生物處理以后的滲濾液尾水水質還是比較復雜，COD和氨氮仍分別高達500～800mg·L-1和100～300mg·L-1，含有多種難以生物降解的有機物，大量無機鹽以及復雜的絡合物和鰲合物。水質指標只能達到國家三級標準(COD1000以下)，允許并入污水管網(wǎng)，再送往污水水處理廠處理。但垃圾填埋場一般都建在城市郊外地區(qū)，鋪設污水管道代價非常昂貴，通常只能將處理后的滲濾液排入填埋場附近水體。因此，需要在填埋場內將滲濾液處理達到相應國家排放標準。然而經(jīng)生物處理后的滲濾液尾水難以進一步生物降解，對其深度處理通常采用物化處理工藝。目前應用比較廣泛的深度處理技術有反滲透、活性碳吸附、Fenton氧化、電解處理等技術。
盡管對滲濾液生物處理尾水進行物化處理可以取得較理想的效果，但在我國大部分填埋場卻很少甚至沒有采用物化深度處理，任未達標的滲濾液尾水排入自然水體。究其原因，主要是物化處理通常成本非常昂貴，填埋場難以承受巨額的操作運行和維護費用。除此之外，由于滲濾液尾水水質復雜，污染物濃度仍然較高，會給物化處理設備及運行造成一些問題，如堵塞膜組件、Fenton處理時易造成結垢沉淀等。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在提供一種用水泥基復合材料深度凈化生活垃圾滲濾液難降解尾水的新型工藝。使用該工藝可使出水滿足GB16889-1997二級排放標準。
為了達到上述目的，本發(fā)明是這樣進行的。發(fā)明人通過研究滲濾液生物處理出水的性質發(fā)現(xiàn)，尾水中含有難生物降解和難氧化的有機物，而尾水中貢獻COD的物質除有機物外，還有大量無機類物質。因此，要進一步降低尾水COD，除了去除有機物外還應考慮去除還原性無機類物質。發(fā)明人根據(jù)水泥具有很強的表面吸附和水化反應性質，將其應用于滲濾液尾水處理。水泥的表面吸附能力表現(xiàn)在對木質素磺酸鹽、羥基羧酸鹽、多元醇、腐殖酸類、糖類及部分烷基醚類等多種有機物有很好的吸附功能，正是基于這種吸附功能，開發(fā)出很多水泥添加劑。滲濾液尾水中含有可被水泥吸附的有機物，經(jīng)處理后部分被吸附脫除。除吸附作用外，水泥還具備很強的水化反應活性。水化反應過程中產生的羥基自由基有很強的氧化作用；而3Ca·SiO2(C3S)、2CaO·SiO2(C2S)、3CaO·Al2O3(C3A)和4CaO·Al2O3·Fe2O3可與多種無機鹽如氯化物類、硫酸鹽類、硝酸鹽類以及亞硝酸鹽類物質發(fā)生水化反應，在水泥顆粒表面生成水化產物；另外，水泥水化形成的Ca2+會與一些陰離子如S2-、CO32-等反應生成沉淀從而從尾水中去除這些陰離子。因此水泥有很強的除鹽能力，可以部分脫除滲濾液中有還原性的無機類物質。并且水泥在水化過程中會生成Ca(OH)2，具有一定的混凝作用，有助于去除水化反應形成的膠體物質。
根據(jù)上述原理，經(jīng)過大量實驗研究，發(fā)明人構建了以硅酸鹽水泥和粉末CaCO3為反應材料的可滲透反應層處理滲濾液尾水，具體工藝過程如下A.先選用425#水泥和分析純CaCO3粉末按2～3∶1比例混合均勻后，填入底部有小孔(孔徑1mm)的柱體中，構建成可滲透反應層。
B.然后從可滲透反應層上方均勻布水，采用間歇布水方式，控制負荷(滲出水體積·反應材料質量-1·d-1)在0.6～0.8mL·g-1·d-1。經(jīng)過柱體中的可滲透反應層的進水從原先的COD為500～600mg·L-1，NH3-N為100～200mg/L在20天內保持出水達到GB16889-1997二級排放標準。
C.最后取出反應材料，在900℃下灼燒1h后恢復反應活性。再生后反應材料在相同工藝條件下可保持18d出水達到GB16889-1997二級排放標準?？啥啻卧偕?，但保持天數(shù)逐漸較少，直到完全失效后回復A步。
本發(fā)明的優(yōu)點如下1.由于本發(fā)明的可滲透反應層由水泥和CaCO3構成，材料來源廣泛，成本低廉，因此降低了建設成本。
2.由于本發(fā)明的可滲透反應層易于構建，而且從反應層上方布水，依靠水柱自身高度調節(jié)壓力，因此工藝流程簡單，運行能耗降低。
3.由于本方法主要依靠水泥基復合材料的表面吸附和水化反應能力處理滲濾液難降解尾水，因此受外界條件影響較小，對進水水質的變化的適應性也較強。
4.由于水泥水化反應具有一定的除鹽能力，3～5d后，尾水中含量較高的陰離子(Cl-、SO42-)濃度也大幅降低，Ca2+、Mg2+也降至較低水平，pH也趨向中性。因此，采用此法深度處理滲濾液尾水，不光出水去除COD、NH3-N能達到GB16889-1997二級排放標準外，較之傳統(tǒng)的藥劑處理法出水中二次污染物少，更為安全。
5.反應材料可再生，且再生工藝簡單，可直接放于水泥窯中再生，不需專門再生設備，從而大大降低再生成本。


圖1為本發(fā)明的裝置示意2為反應層出水的COD值與反應時間關系3為反應層出水的pH和NH3-N值與反應時間關系中的圖標號說明如下1-布水器；2-柱體；3-難降解尾水水柱；4-可滲透反應層；5-底部小孔；6-滲出水；7-收集池。
具體實施例方式
實施例1上海市某灘涂型填埋場經(jīng)生物處理單元處理后的滲濾液難降解尾水水質指標如表1。
表1滲濾液尾水水質指標(mg/L)

請參閱圖1、2、3。首先在實驗室中構建可滲透反應層稱取60g 425#水泥和20g分析純CaCO3粉末，混合均勻后填入圖1所示的孔徑為1mm的底部小孔5上方的PVC柱體2中。PVC柱體2的內徑為5cm，反應材料填入后形成的可滲透反應層4的厚度為3.5cm，反應層4上方留有10cm高度以盛載難降解尾水水柱3。將表1所述滲濾液尾水通過圖1所示的布水器1間歇均勻加入柱體2內，控制滲出水負荷0.6～0.8ml·g-1·d-1，滲出水6流入集水池7中。每日出水的水質如圖2、圖3所示。COD從第一天開始就達到要求，直到第20天。除COD，NH3-N和pH外，Cl-和SO42-5天后分別降至2496mg·L-1和241mg·L-1。由于水泥水化反應前期會產生大量Ca(OH)2，因此在前三天出水中Ca2+濃度較高，但隨著水化反應的進行，產生Ca(OH)2的量大大減少，四天后Ca2+即降至16.2mg·L-1，并一直維持這個水平。Mg2+則降至3.2mg·L-1左右。
20天后將反應材料取出放入馬弗爐中900℃下灼燒1h再生。再生后材料重新填入柱中。再生后材料對尾水的處理效果與原材料效果相近，只是出水COD在第18天即開始大幅上升，且Mg2+降至更低水平，只有0.06mg·L-1左右。
實施例2在實驗室中構建可滲透反應層稱取53.4g 425#水泥和26.6g分析純CaCO3粉末，混合均勻后填入圖1中底部有小孔5(孔徑1mm)的PVC柱體2中。PVC柱內徑5cm，反應材料填入后形成的可滲透反應層4厚度為3.5cm，反應層4上方留有10cm高度以盛載尾水水柱3。將表1所述滲濾液尾水通過圖1所示的布水器1間歇均勻加入柱中，控制滲出水負荷0.6～0.8ml·g-1·d-1，滲出水6流入集水池7中。出水水質情況與實施例1相近，只是出水COD在第19天即開始大幅上升。另外，保持滲出水負荷所需的水柱高度有所降低，說明隨著CaCO3含量的增大，反應層滲透能力有所增強。
反應材料再生方法與實施例1相同。再生后材料的出水水質與實施例1相近。
權利要求
1.一種用水泥基復合材料深度凈化生活垃圾滲濾液難降解尾水的方法，其特征在于A.先選用硅酸鹽水泥和化學純CaCO3粉末并按質量比為2～3∶1混合均勻后，填入底部有小孔的柱體中，構成可滲透反應層；B.然后從可滲透反應層上方均勻布水，采用間歇布水方式，控制滲出水負荷為滲出水體積·反應材料質量-1·天-1＝0.6～0.8mL·g-1·d-1，COD為500～600mg·L-1，NH3-N為100～200mg/L的進水，經(jīng)過此可滲透反應層20天內，出水達到GB16889-1997二級排放標準；C.最后取出可滲透反應層的反應材料，在900 ℃下灼燒1h后恢復反應活性，再生一次后的反應材料在相同工藝條件下可保持18d出水達到GB16889-1997二級排放標準，多次再生，保持效果天數(shù)逐漸較少。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種處理生活垃圾填埋場滲濾液生物處理尾水的深度處理方法，其特征在于構建可滲透反應層時，將柱體的形狀設計成圓形、方形或矩形；柱高1.5～2m；柱中反應層的厚度為0.3～0.5m，可以防堵塞。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種處理生活垃圾填埋場滲濾液生物處理尾水的深度處理方法，其特征在于所述反應材料再生方法，可以將反應材料放入馬弗爐或水泥窯中900℃下灼燒1h。
全文摘要
一種用水泥基復合材料深度凈化生活垃圾滲濾液難降解尾水的方法。先構建可滲透反應層將硅酸鹽水泥和分析純CaCO
文檔編號C02F1/28GK101016178SQ20061011716
公開日2007年8月15日 申請日期2006年10月16日 優(yōu)先權日2006年10月16日
發(fā)明者趙由才, 宋玉, 郝廣才, 黃仁華, 徐衛(wèi)表, 鄒廬泉, 樓紫陽, 牛冬杰, 柴曉利, 宋立巖 申請人:同濟大學