专利名称：：混合和净化生活垃圾填埋场渗滤液和食物垃圾上清液的方法
技术领域：
：本发明涉及一种经济有效的净化方法，其中将具有高浓度氮的生活垃圾填埋场渗滤液与产自食物垃圾处理工艺的上清液混合和处理。
背景技术：
：一般而言，不像普通家庭排放的污水具有几乎恒定特征的水质，产自生活垃圾填埋场的渗滤液的水质特征则根据所填埋垃圾的类型和数量、填埋场的形状、回收的方法、降水量、气候条件和硬化度而显现各种各样的类型。尤其是随着回收时间的推移，有机物逐渐减少，因此不能生物降解的状态发生改变，其中难以发生生物降解，同时氮增加。因此，渗滤液变成很难以单一处理工艺处理的废水。关于净化生活垃圾填埋场渗滤液的方法，一般是使用一种利用微生物来有效处理渗滤液中含有的高浓度氮的方法。为了使用微生物来进行氮处理，有机物与总氮的浓度比(生化需氧量(BOD)/T-N)应该保持为至少3-5。然而，对于超过3年的生活垃圾的填埋场渗滤液，浓度比大多数等于或者小于1，该浓度比十分低，因而为了进行合适的氮处理应该提供大量的有机碳源。然而，因为一般用作有机碳源的甲醇是昂贵的，所以渗滤液的总处理费用增加。在回收开始后的不超过1年或2年的最初阶段，指示生物处理(通过微生物降解)可能性的BOD/COD的比值保持在等于或大于0.4，并且有机物的浓度显示出它的最大值。在此，COD是化学需氧量。因此，该状态适于通过微生物处理。然而，从回收开始随着时间的推移，由于在家庭垃圾的降解过程中产生氨氮，氮的浓度增加，同时由于在填埋场中有，有机物的浓度减少。在整个有机物的构成方面，那些可生物处理的有机物份额减少，而难降解的有机物份额增加。因此，通过微生物进行的普通氮处理总体上是难以进行的。作为一种用于解决这些难题的技术，在韩国专利No.432645中已经公开了一种通过使用流入污水槽的废水中含有的有机碳源来去除硝化氮的技术。然而，仅仅使用废水中的有机碳源，有机物(BOD)是不够的，并且因此不能充分去除氮。此外，韩国专利No.436043中己经公开了一种将甲醇作为外加碳源引入以便补充废水中不充分的有机碳源的技术，但是如上所述，目前甲醇的总量依靠进口并且其价格也是昂贵的，主要是引起了渗滤液总处理费用的增长。因此，已经研究了利用废对苯二甲酸(TPA)、和制糖废水替代昂贵的甲醇作为使用微生物去除渗滤液中所含氮的外加碳源。然而，废TPA是固态的，并且为了利用它作为外加碳源，需要单独的贮存和溶解装置，此外，当它被溶解后，需要通过加入预定量的氢氧化钠(NaOH)来提高pH。此外，因为产生的制糖废水只是少量的，并且因此它难以稳定地提供。另外，需要安装单独的供应设备并且加入制糖废水会引起颜色加深。同时，在食物垃圾上清液中，如表1所列举的，有机物浓度非常高，包括100000mg/L的BOD，150000mg/L的COD，3000mg/L的T-N(总氮)，和150000mg/L的固体物，并且与生活垃圾填埋场渗滤液相比其污染程度是非常高的。表1比较食物垃圾上清液与生活垃圾填埋场渗滤液的水质特征<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>将食物垃圾上清液作为一种产自储液池的上清液、初级和二级脱水滤液、和产自离心浓縮机上清液的混合物进行分析。如果将常规生物处理方法，比如习惯用于处理畜牧废水、排泄物和渗滤液的厌氧消化方法和活化污泥处理法，用作食物垃圾上清液的处理方法，由于过高的进水负荷，难以为好氧微生物和好氧硝化细菌比如亚硝化细菌(nitrosomonas)和硝化细菌(nitrobacter)，以及厌氧消化细菌比如酸性发酵细菌和产甲垸菌这些细菌保持适宜的繁殖条件。此外，由于高达150000mg/L的固体物，难以保持处理好氧微生物所需的3-5mg/L的氧浓度，该问题已经被指出。另外，生物处理比如厌氧消化和活化污泥，保持不能生物降解的COD等于或大于3000mg/L并且色度等于或超过1000度，因此需要单独的物理化学处理比如化学浓縮、氧化、活性炭吸附和反渗透。因此，仅用常规处理方法对产自食物垃圾的渗滤液进行处理是很难的。结果，大多数食物垃圾上清液被排放到海洋中，并且当上清液的量较小时，也通过使用处理方法如蒸发浓縮在陆地上处理它。然而，关于将上清液排放到海洋中，其对海洋的污染已经被指出并且针对其的法规已经越来越严格了。此外，当在陆地上处理上清液时，需要200000-300000韩元/吨的过高处理费用。
发明内容本发明提供了一种混合和净化生活垃圾填埋场渗滤液和食物垃圾上清液的改进的方法，其中通过混合和处理生活垃圾填埋场渗滤液和食物垃圾上清液，可减少在渗滤液处理工艺中发生的使用甲醇的费用，同时可阻止由于将上清液处理到海洋中引起的海洋污染。更具体地说，在本发明中用作替代甲醇的有机碳源的食物垃圾上清液具有十分低的有害物质含量比如重金属，同时包含丰富的促进生物降解的有机物，并且与产自生活垃圾填埋场的渗滤液相类似，它们都是处于液态的。因此，在净化生活垃圾填埋场渗滤液的工艺中，上清液能直接作为外加碳源使用，而不需要单独的预处理设备，从而能够实现低成本高效率的渗滤液处理。因此本发明提供一种低成本和高效率的混合和净化生活垃圾填埋场渗滤液和食物垃圾上清液的方法，其中食物垃圾上清液具有高浓度的有机物，并且与生活垃圾填埋场渗滤液类似，它们都是处于液态，可以直接利用所述上清液，而不需要单独的预处理设备，因此减少了预处理费用，并且同时通过使用渗滤液中所含的高浓度有机物代替甲醇作为外加碳源，当只处理渗滤液时产生的昂贵的渗滤液处理费用大大降低。本发明也提供一种混合和净化生活垃圾填埋场渗滤液和食物垃圾上清液的方法，其中通过在陆地上以低成本处理食物垃圾上清液，其中这些上清液由于高浓度而难以在陆地上处理，并且因为在陆地上处理会产生高费用而被排放到海洋中，除降低成本的效果之外还可解决由于将该食物垃圾上清液排放到海洋中弓I起的海洋污染。根据本发明的一个方面，提供了一种混合与净化生活垃圾填埋场渗滤液和食物垃圾上清液的方法，该方法包括，用于混合和处理5年或5年以上的产自生活垃圾填埋场的渗滤液和产自食物垃圾处理工艺的上清液到适于氮处理的浓度水平，其中渗滤液中微生物可降解的有机物的含量十分低(等于或者小于BOD，COD500mg/L),上清液包含150000mg/L或以上的COD、悬浮固体及3000mg/L或以上的氮；厌氧消化步骤，用于消化渗滤液与上清液的混合物到适于反硝化作用和/或硝化作用的水平；反硝化和/或硝化步骤，利用经厌氧消化步骤后剩余的有机物来去除氮；化学絮凝步骤，通过添加絮凝因子硫酸铁和助凝剂阴离子聚合物絮凝剂来凝聚、沉淀和去除经反硝化和/或硝化步骤处理过的水中剩余的不能生物降解有机物，这些有机物难以生物降解；氧化絮凝步骤，通过同时添加硫酸铁、过氧化氢和粉末活性炭以去除经化学絮凝步骤处理过的水中剩余的有机物和颜色。并且，在上述净化方法中，在氧化絮凝步骤之前，进行了使用硫酸铁的化学絮凝步骤，因此有效地去除了不能生物降解的有机物和颜色，并且通过用硫酸铁替代硫酸亚铁，其中硫酸亚铁惯用为催化剂以增强作为氧化剂的充氧水的反应，在改进污泥沉淀的同时，保持了与使用硫酸亚铁时类似的对COD和颜色的处理效率，因此降低了在被处理水中的悬浮固体浓度。被处理水中的悬浮固体、COD和颜色也可通过添加粉末活性炭而大大减少。图1是说明根据本发明的实施方式混合和净化生活垃圾填埋场渗滤液和食物垃圾上清液的整个工艺的示意图；和图2是说明化学絮凝步骤和氧化絮凝步骤的示意图，其中进行化学絮凝步骤以去除处理过的水中剩余的不能生物降解的COD和颜色，其中处理过的水是依次经厌氧消化步骤和反硝化和/或硝化步骤处理过的水，并且在氧化絮凝歩骤中同时加入粉状活性炭。具体实施方式现在将要参考附图更充分地描述本发明，其中说明本发明的示范性实施方式。附图描述了根据本发明净化生活垃圾填埋场渗滤液的方法的实施方式。图l是说明整个工艺的示意图，包括污水槽混合步骤、厌氧消化步骤、反硝化和/或硝化步骤、化学絮凝步骤、和氧化絮凝步骤。如图l中所示，将产自食物垃圾处理工艺的上清液从上清液储槽(l)收集到混合污水槽(5)中，并且将产自生活垃圾填埋场的渗滤液通过抽取管(3)和输送管(4)收集到混合污水槽(5)中，从而完成渗滤液的混合步骤，混合了收集的水。即，进行混合高浓度的食物垃圾上清液和五年或以上的产自生活垃圾填埋场的渗滤液的步骤，和进行厌氧消化步骤(6)涉及本发明的重要特征。尤其是，将具有高含量的不能生物降解的有机物和氮的生活垃圾填埋场渗滤液，与相对较容易生物降解并且具有高的有机物含量和低的氮含量的食物垃圾上清液以1:0.8-1.2的比例混合，并且通过一系列厌氧消化处理步骤，将有机物与氮的浓度比(800)/1^4+-^调整到保持在4.5-5.5:l的比例。因此即使没有加入通过常规方法进行反硝化和域硝化步骤(7)时应单独加入的昂贵的外加碳源比如甲醇，也可完成通过反硝化和/或硝化步骤处理氮的目的。现在将要被更详细地说明厌氧反硝化和/或硝化步骤。厌氧消化步骤(6)是如下的处理步骤其中由产酸细菌和产甲烷菌组成的厌氧微生物在厌氧状态下将流入到消化池中的渗滤液和上清液的混合水中所含有的有机物消化和降解。产酸细菌由梭菌、厌氧消化菌(peptococcusanaerobus)等等组成，首先降解有机物，从而生成有机酸和醇例如丁酸、乳酸和乙酸，并且产生的有机酸和乙酸最终由产甲烷菌被降解为CH4和C02。在厌氧消化池的更详细的操作方法中，首先，将上清液以1:0.8-1.2的比例与渗滤液混合并加入到消化池中，然后，在32-38'C的中温硝化温度范围消化10天。通过该步骤，去除上清液中含有的60-70%的有机物，以蛋白质形式包含在上清液中的有机氮转化为氨氮一+-^0，从而调整有机物与氮(800/]^+-^的浓度比，将其保持在对于后续反硝化和/或硝化步骤适宜的4.5-5.5:l的比例。反硝化和/或硝化步骤7是如下步骤其中以氨氮形式流入到反硝化槽中的渗滤液首先流入到设在后面的硝化槽中，从而被氧化成硝态氮，该硝态氮返回到设在前面的反硝化槽中，并且通过反硝化细菌以氮气的形式排放到空气中，从而将其除去。在生物硝化过程中，通过由亚硝化细菌和硝化细菌组成的硝化菌(nitrifyingbacteria),将氨氮氧化成硝态氮。NH4++1.502—2tf+H20+N02-+58-84Kcal—亚硝化细菌NCV+0.5O2—NCV+15-21Kcal—硝化细菌同样，生物反硝化是如下步骤其中在硝化步骤中产生的NCV和N(V在厌氧状态下代替氧作为电子受体，并且最后脱氧变成N2、N20或NO，排放到空气中。当存在碳源时，反硝化反应按以下进行N03-+l/3CH3OH—N02_+1/3C02+2/3H20N02-+l/2CH3OH—N2+1/2C02+1/2H20+OH"NO/+5/6CH3OH—1/2N2+5/6C02+7/6H20+OH-这里，减少1克NCV-N需要的甲醇量大约为1.9克(2.869克COD)。然而，在根据本发明的上述步骤中，无需单独添加甲醇，使上清液和渗滤液的混合液流进，其中在前面的厌氧消化步骤中处理所述混合液以使有机物与氮(800/1^4+-1^的浓度比可以保持在4.5-5.5:1的比例。这是本步骤的主要特点，并且通过将该步骤(构造成如随后介绍的方式)，可以去除不超过平均90%的氮。更准确地说，在所述步骤中，反硝化和/或硝化反应器由总共七个反应器组成，包括两个反硝化反应器(7-l)和五个硝化反应器(7-2)。在反硝化和/或硝化反应器中，应该总是保持大约8000-12000mg/L的恒定微生物浓度，因此需要从硝化反应器循环到反硝化反应器。亦即，将在沉淀反应器(7-3)中浓縮的微生物的循环过程称为外回流，并且外回流比为流入反硝化和/或硝化反应器的水量的100-200%,以防止沉淀反应器过高的表面水负荷。将从硝化反应器(7-2)循环到反硝化反应器(7-l)的循环称为内回流，并且考虑到回流泵的安装容量和最大脱氮率，内回流比为流入反硝化和/或硝化反应器的水量的700-900%。在本发明工艺中，反硝化和/或硝化步骤是最重要的主要处理步骤，并且为了保持恒定的硝化率和恒定的脱氮率，反应器中应该总是保持最佳的微生物停留状态。为此目的，重要的是将各种各样的微生物繁殖条件设定到适宜的水平。首先，水温对于生活在反硝化和/或硝化反应器中的微生物的繁殖是最重要的，应该使水温在夏季不超过最高43"C，该温度使反硝化和/或硝化微生物生长的极限，并且在冬季应该总是保持在等于或高于最少25°C。为了保持适宜水温，将反硝化反应器和硝化反应器设置成絮凝土结构，并且在每个结构的顶部，安装大约5%的覆盖物区域可以启闭的开口部分。当在夏季水温上升时，开口部分打开，并且在冬季开口部分关闭。以这样的办法，调节水温以便可以总是保持适宜的水温。此外，使反应器的水深为6.5-7.5米。安装反应器使得大约5-6米的深度设置在地下，并且将水面与覆盖面之间的高度差保持在1.5-2.0米或更大的范围内，以便于可以防止在冬季水温下降。在反硝化反应器中，通过仅安装水混合器，保持等于或者小于0.5mg/L的溶解的氧的浓度(DO)的厌氧状态，从而利于将硝态氮还原为氮气(N2或N20)。在硝化反应器中，提供充足的氧并且为了促进微生物与污染物之间的接触，同时安装了机械搅拌器和用于提供空气的扩散器，因此DO的浓度可以保持在3-5mg/L.经反硝化和/或硝化步骤处理过的水接着流入化学絮凝步骤。化学絮凝步骤(8)是用于处理经过反硝化和/或硝化步骤处理过的水中剩余的难降解的有机物、颜色和悬浮固体的步骤。为了保持反应pH为5.0-5.5的最佳絮凝条件，添加硫酸(H2S04)，并且同时加入絮凝因子硫酸铁(Fe2(S04)3)，其中相对于Fe(III)离子(Fe3+)，硫酸铁的加入量为300-350mgFe"/L的。然后以大约150ipm进行快速搅拌过程大约15-25分钟。在混合了絮凝因子硫酸铁的被处理水中，加入5-15mg/L的作为助凝剂的阴离子聚合絮凝剂，并且以大约50rpm进行慢速搅拌过程大约6-14分钟。将混合有硫酸铁和聚合物絮凝剂的反应水沉淀2小时，然后，将沉淀的污泥脱水，并且使上层的水(位于上部分的被处理水)以自流方式流入氧化絮凝步骤。氧化絮凝步骤(9)是用于去除经化学絮凝步骤处理后的水中剩余的不能生物降解的有机物和颜色的步骤。通过将硫酸铁和过氧化氢同时加入到经化学絮凝歩骤处理后的水中，使反应的pH保持在3-4的范围内，并且以大约150rpm进行快速搅拌步骤3-4小时。在这里，相对于Fe(III)离子(Fe"，以200-300mgFe3+/L的加入量加入硫酸铁，并且以50-70mgH2O2/L的浓度加入过氧化氢，从而诱导氧化。此外，将200-300mg/L的粉末活性炭(O等于或者小于O.lmm)加入到加有硫酸铁和过氧化氢的快速反应器中，从而加速反应和污泥沉淀。在进行反应过程后，通过利用氢氧化钠(NaOH)进行中和步骤以保持6-7的pH范围，并且在慢速搅拌过程中以大约50rpm加入大约5-15mg/L的作为阴离子助凝剂的聚合物絮凝剂(阴离子聚合物)，以促进污泥的沉淀。由此，通过一起加入粉末活性炭，将悬浮固体减少到5-7mg/L，减少了50-70%，将COD减少到50-60mg/L，减少了50-60%，并且将颜色减少到10-20度，减少了80-90%。通过充分地增加氧化絮凝的反应时间到不超过3-4小时，根据常规方法氧化絮凝的反应时间是大约30分钟，将发生在常规氧化絮凝反应步骤中因为残留过氧化氢而产生的消极效果(漂浮的沉淀污泥，在处理后的水中增加的有机物，等等)最小化。通过所述步骤，通过浓縮步骤将沉淀的污泥脱水，并且(位于上部分的被处理水)通过最终水处理槽将上层水排放。如下表2所示，通过利用本发明的工艺，根据通过混合渗滤液和包含高浓度的不能生物降解的有机物和氮的食物垃圾上清液得到的废水的处理结果，不能生物降解的有机物的处理效率是99.5%和氮的处理效率是95.5%。两个数值都很高，表明与利用甲醇作为有机碳源的常规渗滤液净化法相比较，本发明具有高的处理效率。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>BOD、CODcr和T-N的分析方法基于环境部的环境污染工艺实验方法(MethodofEnvironmentalPollutionProcessExperimentbytheMinistryofEnvironment)。当处理生活垃圾填埋场的渗滤液与食物垃圾上清液时，其中食物垃圾上清液包含高浓度的不能生物降解的有机物和氮，并因为在陆地上处理的高成本而主要被排放到海洋中，从而变成造成海洋污染的主要原因被，本发明混合了两种类型的高浓度废水，从而实现了低成本和高效率的处理。更具体地说，因为食物垃圾上清液是处于类似于渗滤液的液态，并且在净化生活垃圾填埋场的渗滤液时，可以将食物垃圾上清液作为外加碳源直接利用而无需单独的预处理设备，如果应用本发明，那么可节省预处理所需的费用。此外，根据常规技术，为了处理高浓度氮，单独加入昂贵的甲醇作为有机碳源。然而，在本发明中，所有的甲醇被食物垃圾上清液所替代，并且将上清液和渗滤液混合并处理。以这种方法，可以大大降低处理渗滤液的费用，从而实现低成本和高效率地处理渗滤液。如下表3所示，当以净费用降低计算时，通过本发明可实现减少处理费用约25200韩元/吨。当考虑国内产生的食物垃圾上清液的量(大约5000吨/日)时，估计费用为大约450亿韩元/年。表3类别项目渗滤液食物垃圾上清液备注基本处理费用(韩元/吨)450030000将上清液排放到海洋中的费用本发明处理费用(韩元/吨)48004800一节省的处理费用(韩元/吨)-30025200净节省量24900此外，根据本发明，在氧化絮凝步骤前，进行利用硫酸铁的化学絮凝步骤，从而有效去除不能生物降解的有机物和颜色，并且通过用硫酸铁替代硫酸亚铁，其中硫酸亚铁习惯用作催化剂以增强氧化剂过氧化氢的反应，污泥的沉淀得到改善，并且处理后的水中的悬浮固体浓度下降到20-30%(2-3mg/L)，并且COD和颜色的处理效率为50-60%，类似于使用硫酸亚铁时的处理效率。而且，通过在化学絮凝工序中加入粉末活性炭，悬浮固体、COD和颜色也被大大降低。此外，本发明能在陆地上以低成本处理食物垃圾上清液，因为高浓度和高成本阻碍了在陆地上处理食物垃圾上清液而一直将其排放到海洋中，从而减少了处理费用并且同时解决了海洋污染问题。权利要求1、一种净化生活垃圾填埋场渗滤液和食物垃圾上清液的方法，该方法包括混合产自生活垃圾填埋场的渗滤液和产自食物垃圾的上清液的混合步骤。2、一种混合和净化生活垃圾填埋场渗滤液和食物垃圾上清液的方法，该方法包括混合步骤，用于收集和混合产自生活垃圾填埋场的渗滤液和产自食物垃圾的上清液；厌氧消化步骤，通过消化来去除混合废水中的高浓度的不能生物降解的有机物；反硝化/硝化步骤，用于去除经所述厌氧消化步骤处理过的水中的氮和不能生物降解的有机物；化学絮凝步骤，用于浓縮和沉淀经所述反硝化/硝化步骤处理过的水中的剩余有机物；以及氧化絮凝步骤，用于去除经所述化学絮凝步骤处理过的水中的剩余有机物和颜色。3、如权利要求2所述的方法，其中在所述混合步骤中，将所述产自生活垃圾填埋场的渗滤液与所述产自食物垃圾的上清液以1:0.8-1.2的比例混合。4、如权利要求2所述的方法，其中在所述厌氧消化步骤中，通过使所述混合废水在32-38。C的中温范围内消化10天，将有机物与氮的浓度比例(生化需氧量(BOD)/NH4+-N)调整为4.5-5.5:1。5、如权利要求2所述的方法，其中在所述反硝化/硝化步骤中，由反硝化/硝化微生物经反硝化反应和硝化反应来处理氮，其中利用所述食物垃圾上清液中含有的有机物作为外加碳源，同时保持反硝化/硝化反应器在25-43。C的温度范围内，该范围适于反硝化/硝化微生物的繁殖。6、如权利要求2所述的方法，其中在所述化学絮凝步骤中，通过加入作为pH调节剂的硫酸(H2S04)和作为化学絮凝因子的硫酸铁(Fe2(S04)3)来进行快速搅拌步骤，并通过加入作为助凝剂的聚合物絮凝剂慢速搅拌来进行沉淀。7、如权利要求2所述的方法，其中在所述氧化絮凝步骤中，通过同时加入硫酸铁、过氧化氢和用来保持反应的pH在3-4pH范围内的所述pH调节剂(硫酸)，并以150rpm快速搅拌经所述化学絮凝步骤处理过的水3-4小时，并经过中和步骤，其中加入作为助凝剂的阴离子聚合物絮凝剂，然后，通过慢速搅拌来将污泥沉淀。8、如权利要求7所述的方法，其中在所述氧化絮凝步骤中，向加有硫酸铁和过氧化氢的快速反应器中还加入粉末活性炭。全文摘要提供了一种经济有效地净化产自生活垃圾填埋场的渗滤液和产自食物垃圾处理工艺的上清液的方法。该方法包括混合食物垃圾上清液和生活垃圾填埋场渗滤液到适于氮处理的水平，通过厌氧消化步骤来进行预处理，进行反硝化和/或硝化来去除氮和有机物，通过使用硫酸铁进行化学絮凝来去除剩余的不能生物降解的有机物，和通过同时加入粉末活性炭、硫酸铁和过氧化氢进行氧化絮凝来去除颜色。根据该方法，将上清液与渗滤液混合并处理，其中所述上清液包含高浓度的氮和不能生物降解的有机物，并且根据常规方法主要将其排放到海洋中。通过这样做，可以大大降低在渗滤液处理工艺中使用昂贵的外加碳源(甲醇)的费用，同时提供具有高处理效率并且能阻止由于将食物垃圾上清液排放到海洋中而造成的海洋污染的经济有效的净化方法。文档编号C02F9/14GK101219841SQ200710306870公开日2008年7月16日申请日期2007年11月30日优先权日2006年11月30日发明者元锺哲,洪性均,郑载宽申请人:首都圈埋立地管理公社