一种垃圾渗滤膜浓缩液的处理装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电化学技术及生物降解技术，具体涉及一种利用微生物电化学反应器进行分离处理垃圾渗滤膜浓缩液的方法。
【背景技术】
[0002]随着城市化进程的加快，“垃圾围城”现象屡见不鲜。目前最常见的垃圾处理处置方法是卫生填埋。在垃圾填埋过程中会产生一种高浓度有机废水一垃圾渗滤液，如未经妥善处理，会严重污染生态环境和危害人体健康。为了满足我国2008年颁布实施《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008)对渗滤液出水的更高要求，膜法(包括超滤、纳滤、反渗透等)作为渗滤液的最终处理工艺得到较为广泛的应用。垃圾渗滤液在经过多级生化处理后再经膜处理可使出水稳定达到新标准排放。然而，膜的另一面却残留着更难处理、环境危害更大的副产物一一垃圾渗滤膜浓缩液，环境风险显著，亟需有效处理。膜浓缩液中含有大量的难降解有机污染物，如腐殖酸，同时还含有较高浓度的盐度与重金属浓度。过量重金属离子的存在会取代微生物细胞内结合位点的必需元素，与配位基团反应，导致核酸、蛋白质构象改变，干扰氧化磷酸化及渗透压的平衡，对微生物产生毒害作用；高盐度则会导致微生物细胞脱水而死亡。因而膜浓缩液中较高浓度重金属以及高盐度导致其难以生物降解，同时利用物理化学法来达标处理膜浓缩液成本较高。目前还没有合适的技术方法来处理膜浓缩液，若不对其进行合理、有效的处理，势必会对生态环境和人类健康产生极大的风险。
[0003]目前，针对垃圾渗滤膜浓缩液的处理，华南理工大学利用臭氧氧化的方法；上海交通大学利用电化学氧化来处理膜浓缩液；天津海普尔膜科技有限公司发明了一种通过预处理-管式膜过滤-纳滤-反渗透对膜浓缩液进行减量的处理方法；广东省工程技术研究所采用铁炭微电解-微波协同氧化技术对膜浓缩液进行预处理。
[0004]公开号为CN104591432A的中国发明专利申请公开了一种垃圾渗滤液膜浓缩液的处理方法，该处理方法包括以下步骤:(1)将所述垃圾渗滤液膜浓缩液软化后进行微滤，获得截留液和透过液；(2)将所述透过液经DTR0膜过滤后，直接排放；所述的软化包括:(a)往垃圾渗滤液膜浓缩液中添加氢氧化钙，调节pH值至10?10.5 ;(b)再加入氢氧化钠和镁盐，调节pH值至11?12 ;(c)沉降、固液分离，固相进行板框压滤，滤液返回步骤(1);往液相添加沉淀剂，控制钙、镁离子的含量少于20mg/L，可溶性二氧化硅的含量少于10mg/L，再进行微滤。该方法可最大限度降低浓缩液中重金属离子及钙、镁离子的含量，有效控制后续膜系统结垢问题，提高垃圾渗滤液膜浓缩液的回收效率。
[0005]公开号为CN104496079A的中国发明专利申请公开了一种垃圾渗滤液膜浓缩液的处理方法，该方法主要包括如下步骤:将垃圾渗滤液纳滤膜浓缩液送入分离膜装置中，以去除浓缩液中的腐殖酸等难降解性有机物，其出水和反渗透浓缩液混合后，采用软化、沉淀、过滤处理，以去除浓缩液中的Ca2+、Mg2+等结垢离子以及其他无机物质，出水进入反渗透膜进一步浓缩处理，产水达标排放，最终浓水回喷至焚烧炉焚烧、蒸发结晶或外运处理。
[0006]公开号为CN 104628201A的中国发明专利申请公开了一种垃圾填埋场渗滤液膜滤浓缩液的处理工艺。该垃圾填埋场渗滤液膜滤浓缩液的处理工艺包括:废水调节、混凝沉淀、pH调节、微波氧化、中和沉淀、砂滤、碳滤、排放等工艺。该处理方法工艺较为复杂、成本较高、条件不易控制，并且无法真正去除膜浓缩液中的污染物，也无法解决其中高重金属浓度的问题。
[0007]但是上述方法会存在耐盐度不高、操作复杂、成本高或处理效果不理想等问题。
【发明内容】
[0008]本发明提供一种垃圾渗滤膜浓缩液的处理装置及方法，膜处理与生物电化学处理相结合，处理效果好，装置结构简单，操作方便，能在高盐的条件下更有效处理膜浓缩液中的难降解有机物以及重金属。
[0009]一种垃圾渗滤膜浓缩液的处理装置，包括:
[0010]由外至内依次为外壳、阴极套管和阳极套管的三个同心套管，外壳与阴极套管之间的空间为还原区，阴极套管与阳极套管之间的空间为膜处理区，阳极套管内部为氧化区，氧化区内驯养微生物；
[0011]所述膜处理区填充若干膜组件，膜组件的入口连通垃圾渗滤膜浓缩液注入口，膜组件的出口连通氧化区，氧化区的出水口为净水出口 ；
[0012]相邻膜组件之间的空隙为浓缩区，浓缩区的进口连通清水注入口，浓缩区的出口连通还原区，还原区的出口为纯盐水出口 ；
[0013]所述阴极套管与阳极套管与稳压电源相连。
[0014]本发明的处理原理如下:
[0015]在反应器体系两端，即阳极和阴极两端连接稳压电源，所添加电压为1.5-2.5V。在电压作用下，阳极电极表面带正电荷，阴极电极表面带负电荷。首先，垃圾渗滤膜浓缩液进入膜组件，污水中的正电污染物即重金属、盐离子(Na+)在阴极负电荷作用下，透过阳离子膜进入浓缩区，废水中的阴离子(C1 )透过阴离子膜后同样进入浓缩区。随后，膜组件的出水进入氧化区，在微生物作用下，其中的有机污染物得到去除，使得废水出水达标；浓缩区的水打入还原区，重金属在电化学作用下被还原成低价态污染物，降低毒性，此端最终出水则为纯盐水。
[0016]本发明将膜处理与生物电化学方法有机结合，本方法中膜处理动力来源于电子流动，因此仅有正负盐离子会在牵引力下透过膜转移，相比传统压力过膜而言，有机物不会迀移到膜上从而堵塞膜孔。
[0017]本发明方法中阳极降解有机物从而产生电子并转移至阳极，从而大大降低了外加电压的功率，降低了耗电。
[0018]本发明方法中将阳极与阴极室创造性的转移到电极间外侧，从而避免了因阳极液体(脱盐后液体)低盐度而增加反应器电阻的弊端。
[0019]作为优选，阳极室微生物采用兼氧微生物，即氧化区内驯养兼氧污泥，最大限度地提高微生物降解污染物的性能。
[0020]阳极与阴极材料选用碳系、不锈钢、钛、二氧化铅等，进一步优选，阳极电极材料优选为钛基底二氧化铅镀层电极，因为其导电性能佳、化学性质稳定、耐腐蚀；进一步优选，阴极材料也选用钛基底二氧化铅镀层电极，理由同前。
[0021]阴阳极两端添加电压为1.5-2.5V，电压过低会导致离子牵引力不足，从而降低脱盐效果，而且过低的阴极电势无法实现金属还原，因此在阴极没有任何效；过高则会在阳极产生氧自由基，对微生物具有毒害作用，且消耗了大量不必要的电能。
[0022]优选地，所述膜组件由两层同心圆膜组成，内层为阴离子膜，外层为阳离子膜。
[0023]进一步地，所有膜组件与阳极套管相平行布置，所有膜组件同一端的开口为入口，另一端的开口为出口。
[0024]更进一步优选，所述膜组件中阴离子膜与阳离子膜的间距为2_5mm，相邻膜组件之间的间距为2-5mm0
[0025]阴离子/阳离子膜组件间距离过短会导致膜与膜直接接触，形成局部短路，致使脱盐效果不稳定；膜组件数量过多会导致电阻迅速增加，从而降低阴阳极对离子的牵引力；各组件距离过大，可能会导致阴阳极间距增大，从而也会导致电阻增加。因此作为优选，各阴离子/阳离子膜组件间距为2-5mm。同上理由，阴离子膜与阳离子膜的间距优选为2-5mm0在本发明优选范围内，处理效果更佳。
[0026]优选地，所述外壳与阴极套管间隔2-10mm，阴极套管与阳极套管间隔100-150mm，阳极套管内部管径为20-50mm。
[0027]装置外壳与阴极间隔2-10mm，若阴极与外壳距离过小可能存在导致阴极室体积过小，使得停留时间减短，从而降低金属还原效果的问题；若距离过大，可能会导致提升阴极还原区体积，但是电极面积没有改变，因此重金属难以接触电极发生还原反应。阴极与阳极间隔100-150mm，阴阳极距离过大会导致反应器内阻过大，过小会导致膜组件数量不足，处理效果受影响。阳极内部管径为20-50mm，过小会导致氧化区停留时间不足，从而影响阳极微生物降解效果。所述外壳与阴极套管间隔、阴极套管与阳极套管间隔阳极套管内部管径在本发明优选组合范围内，处理效果更佳。
[0028]本发明中三个同心套管可以为立式同心圆套管，也可以为卧式同心圆套管，优选地，所述三个同心套管为立式同心圆套管。
[0029]当三个同心套管优选为立式同心圆套管时，进一步优选地，所述膜组件由两层立式同心圆膜组成，内层为阴离子膜，外层为阳离子膜；膜组件的顶部开口连通垃圾渗滤膜浓缩液注入口，底部开口连通氧化区；所述浓缩区的底部开口连通清水注入口，顶部开口连通还原区。
[0030]更进一步地，所述膜组件中阴离子膜与阳离子膜的间距为2-5_，相邻膜组件之间的间距为2-5mm。
[0031]当三个同心套管优选为立式同心圆套管时，进一步优选地，所述立式同心圆套管的高度为0.3-lm。
[0032]单套装置高度高度太低，可能会导致废水停留时间不足，从而污染物处理效果会变差；高度太高可能会导致反应器内部膜组件高度太大，容易发生变形。进水流速为
0.1-0.2m/h,流速过快，会使得废水停留时间短，且导致氧化室污泥流失，导致处理效果不佳；流速过慢则消耗多余成本。
[0033]进一步优选地，所述氧化区的顶部出书区设置三相分离器。
[0034]一种优选的方案，本发明的装置主要由三个立式同心圆套管组成，在本发明进一步优选地装置高度、三个同心圆套管分隔的区域的进一步限定及膜组件的优选结构的组合下(即膜组件中阴离子膜与阳离子膜的间距为2-5mm，相邻膜组件之间的间距为2_5mm ;同心圆套管的高度为0.3-lm;外壳与阴极套管