专利名称：处理生活垃圾焚烧厂的垃圾渗沥液的设备及其方法
技术领域：
本发明涉及高浓度有机废水的处理设备及其方法，具体说，涉及一种应用膜生物反应和反渗透技术处理生活垃圾焚烧厂的垃圾渗沥液的设备及其方法。
背景技术：
生活垃圾焚烧厂的垃圾渗沥液是垃圾堆放过程中产生的高浓度有机污水，主要来源于有机物降解和垃圾本身的内含水，据测定含有93种有害物质，其中有22种已被列入我国和美国国家环保署的重点控制名单，其中1种可直接致癌，5种可诱发致癌，除此之外渗沥液中还含有大量重金属离子、细菌、病毒等。以其污染负荷计算，一吨渗沥液对环境的贡献相当于200～500吨城市污水。再加上中国的生活垃圾是混合收集的，受生活条件，生活习惯，地区和季节的影响很大，使得其成分极为复杂、水质浓度和水量变化更大，根据有关统计数据生活垃圾焚烧厂渗沥液的化学需氧量(COD)在50000-80000mg/L之间，甚至更高，而悬浮物(SS)在8000mg/L以上，氨氮在500-1500mg/L之间，而pH值小于6，有时会低于3，另外还有卤代芳烃，重金属和病毒等污染，如不加以处理，直接排放将会对周围的地下水体、地表水体、土壤及生态环境带来不可估量的污染和危害，对周边人民群众的身体健康产生严重威胁。
国外的生活垃圾采用焚烧方法处理生活垃圾时，由于其生活垃圾是分类收集的，垃圾热值高、含水率低，因此产生的渗沥液量小，所以直接回喷到焚烧炉内焚烧处理。而我国的生活垃圾是混合收集的，垃圾热值低、含水率高，因此在采用焚烧工艺时，需要将垃圾堆放三到七天，以降低含水率，然后再进行焚烧处理。所以在中国，生活垃圾焚烧厂的渗沥液回喷到焚烧炉内焚烧处理，是不合理的，也是不现实的，只能进行单独处理。
由于生活垃圾焚烧在中国起步较晚，现有的垃圾焚烧设备大部分处理量小，没有形成规模，且运行状况也不稳定，自2000年上海市成功引进国外技术建成处理量1000吨/天的上海御桥生活垃圾焚烧厂后，国内的生活垃圾焚烧市场才逐渐开始形成规模，因此焚烧厂的渗沥液处理逐渐提上日程，此前大多是直接排放或外运至市政污水处理厂处理，这使得渗沥液在运输和装卸过程中的滴漏，无形中使得污染源外移，并增加了运输和处理过程中对环境污染的潜在危机，不符合国家环保政策中关于在污染源就地处理的规定。
垃圾焚烧厂的渗沥液和垃圾填埋场的渗滤液有所不同，垃圾焚烧厂的渗沥液来源于垃圾本身的水分、垃圾降解产生的废水，而填埋场的渗滤液除此之外还有自然降水等，因此垃圾焚烧厂渗沥液比垃圾填埋场渗滤液的有机物、盐类、重金属以及有毒有害物质浓度更高。故填埋场的渗滤液处理工艺，如氧化塘工艺、厌氧—好氧工艺、生物膜法工艺及其派生的许多工艺，若单纯地套用于焚烧厂的垃圾渗沥液处理是不适合的。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺可靠、适应性强、出水水质好的处理生活垃圾焚烧厂的垃圾渗沥液的设备及其方法。
本发明所述的处理生活垃圾焚烧厂的垃圾渗沥液的设备包括预处理系统、与预处理系统依次连接的膜生物反应系统和碟管式反渗透系统，所述预处理系统包括渗沥液储罐，通过水泵与渗沥液储罐连接的密封式离心脱水装置和与离心脱水装置连接的中间水池，所述膜生物反应系统包括生物反应器，通过水泵连接的超滤装置，生物反应器连接有鼓风机，所述碟管式反渗透系统包括与超滤装置连接的储水罐，通过水泵与储水罐连接的碟管式反渗透装置。
本发明所述的设备还具有温度调节装置，该温度调节装置包括冷却塔，通过水泵与冷却塔连接的、位于膜生物反应系统的超滤系统和渗沥液储罐之间的第二热交换器和通过水泵与膜生物反应系统的生化反应器连接的第一热交换器，该交换器的出水端与第二热交换器的回水管路连接。
本发明所述的处理生活垃圾焚烧厂的垃圾渗沥液的方法，其步骤包括(1)预处理采用密封式离心脱水进行固液分离，去除悬浮物，离心脱水后的污泥用污泥泵输送到垃圾焚烧厂的垃圾坑焚烧处理，分离后的渗沥液通过泵排入中间水池(2)膜生物反应处理采用膜生物反应系统进行处理，用泵将中间水池的渗沥液输送到膜生物反应系统的生化反应器，采用潜水搅拌曝气进行好氧处理，使生化污泥驯化成高活性的好氧微生物菌群，渗沥液经生化处理后通过超滤分离净化水和污泥，分离后的高浓度污泥回流回到生化反应器中，起降解作用。
(3)反渗透处理采用碟管式反渗透处理系统截留绝大部分污染物质，用泵将经膜生物反应系统处理后的渗滤液输入碟管式反渗沥装置通过压力使渗沥液中的水分透过反渗透膜，把绝大部分污染物质截留。
所述生化反应温度≤37℃；所述反渗透处理的温度≤30℃。
本发明所述的设备还具有温度调节装置，该温度调节装置包括冷却塔，通过水泵与冷却塔连接的、位于膜生物反应系统的超滤系统和渗沥液储罐之间的第二热交换器和通过水泵与膜生物反应系统的生化反应器连接的第一热交换器，该交换器的出水端与第二热交换器的回水管路连接。
本发明所述的处理生活垃圾焚烧厂的垃圾渗沥液的设备及其方法的优点和积极效果1、整个处理系统即预处理系统(即离心脱水系统)、膜生物反应(MBR)系统和碟管式反渗透(DTRO)系统均高效集成，占地面积小；2、系统适应性强系统对生活垃圾焚烧厂的渗沥液高浓度进水水质适应性很强，即使进水生化需氧量BOD5＞40000mg/L、化学需氧量CODcr＞50000mg/L、悬浮物SS＞8000mg/L、氨氮NH3-N＞2000mg/L时也可以正常运行；3、污泥负荷(F/M)低，剩余污泥量小；4、出水水质好，无细菌和悬浮物出水可达到中国《生活垃圾卫生填埋场污染控制标准》(GB16889-1997)中的一级排放限值，其中悬浮物SS可达到生活杂用水水质标准，其性价比高；5、自动化程度高整个处理系统采用PLC控制，设有报警装置，系统安全、维修简单、操作方便。
图1是本发明所述设备的结构示意图。
具体实施例方式
参见图1，本发明所述的处理生活垃圾焚烧厂的垃圾渗沥液的设备，包括预处理系统、与预处理系统依次连接的膜生物反应系统和碟管式反渗透系统。所述预处理系统包括渗沥液储罐1，通过水泵2与渗沥液储罐1连接的离心脱水装置3和与离心脱水装置3连接的中间水池4，以去除悬浮物。所述膜生物反应系统包括生物反应器5(可市购)，通过水泵11连接的超滤装置12(可市购)，生物反应器5连接有鼓风机17。所述碟管式反渗透系统包括与超滤装置12连接的储水罐14，通过水泵15与储水罐14连接的碟管式反渗透装置16(可市购)。
整个系统的运行实施方式渗沥液储罐1内的渗沥液用泵2输送到离心脱水机3进行泥水分离，分离后的污泥回到垃圾焚烧炉焚烧，渗沥液排至中间水池4再用泵18输送到生化反应器5进行好氧生物降解处理，生化反应器5的曝气方式为鼓风机17曝气，经过生化反应器5处理后用泵11输送到超滤装置12去除悬浮物。经超滤后的渗沥液排至储水罐14，再用泵15输送到碟管式反渗透装置16进行反渗透处理，处理后的清液即可达标排放或会用，浓缩液回到垃圾焚烧炉焚烧。
在夏季温度过高，需要对其渗透液进行降温处理，因此本发明所述的系统还具有温度调节装置。该温度调节装置包括冷却塔7，通过水泵8与冷却塔7连接的、位于膜生物反应系统的超滤系统12和渗沥液储罐14之间的第二热交换器13和通过水泵6与膜生物反应系统的生化反应器5连接的第一热交换器9，该交换器的出水端与第二热交换器13的回水管路连接。
若生化反应器5内的渗沥液温度超过37摄氏度时，泵10工作，渗沥液通过第一热交换器9降温后返回生化反应器，以保证生化系统的正常运行；若经超滤系统12处理后的渗沥液温度超过30摄氏度时，泵8工作，渗沥液需经过第二热交换器13冷却后再进入储水罐11，由泵15输送到碟管式反渗透装置16。
本发明所述的设备还设置PLC控制系统、报警装置。
本发明所述的处理生活垃圾焚烧厂的垃圾渗沥液的方法包括(1)预处理垃圾焚烧厂渗沥液中的悬浮物SS很高，一般大于8000mg/L，因此预处理主要是去除悬浮物，本方法采用离心脱水进行固液分离，去除率在85～90％之间。由于垃圾焚烧厂对环境的要求高，为避免臭味产生，采用密闭式、操作方便的离心脱水机。离心脱水后的污泥用污泥泵输送到垃圾焚烧厂的垃圾坑焚烧处理，分离后的渗沥液通过泵排入中间水池，以保证系统的连续进水和膜生物反应系统的正常连续运行。
(2)膜生物反应处理采用膜生物反应系统进行处理，用泵将中间水池的渗沥液输送到膜生物反应系统的生化反应器，采用高效的潜水搅拌曝气进行好氧处理，生化污泥可以通过曝气培养或把城市污水处理厂的污泥不断驯化成高活性的好氧微生物菌群，渗沥液经生化处理后通过超滤分离净化水和污泥，分离后的高浓度污泥回流回到生化反应器中，使得污泥浓度达到10-30g/L，能够降解约90％左右的可生化降解的有机物，而且对难生物降解的有机物也能逐步降解，并使部分氨氮和有机氮通过生物合成和氧化去除，剩余未去除的污染物最终通过碟管式反渗透DTRO系统截留。
生化系统的出水进入超滤(UF)系统，与传统生化处理工艺相比，微生物菌体通过高效超滤系统分离，确保大于0.02μm的颗粒物、微生物和与化学需氧量COD相关的悬浮物安全地截留在系统内，超滤最大压力为6bar。超滤清液进入储水罐，保证后续的碟管式反渗透系统的连续稳定运行以及系统清洗时清洗水的存储。
经过膜生物反应系统(MBR)处理后，生化需氧量COD可去除90％、悬浮物SS可达到100％的去除率、氨氮可去除50％左右，但其出水指标与规定的有关排放标准相差甚远，因此后续需要采用膜法工艺处理以达到国家规定的排放标准。
生化系统在夏季运行时，在水温本底值高的情况下，生物降解释放出的能量和高效曝气产生的热能使得水温会高于37摄氏度，但这对生化系统中生物细菌的活性是不利的，因此需要在通过冷却系统降温。冷却系统包括冷却塔、热交换器和循环泵，渗沥液经过热交换器和冷水源(用自来水即可)热交换降温，冷水源用泵输送到冷却塔，通过冷却塔降温后，再回到热交换器循环使用。
(3)反渗透处理采用碟管式反渗透处理系统(DTRO)截留绝大部分污染物质，用泵将经膜生物反应系统处理后的渗滤液输入碟管式反渗沥装置通过压力使渗沥液中的水分透过反渗透膜，把绝大部分污染物质截留。采用碟管式反渗透处理系统。
反渗透是与自然渗透过程相反的现象，即在外界压力作用下，使溶剂通过半透膜析出的过程，DTRO系统就是利用反渗透技术的原理，通过压力使渗透液中的水分子透过反渗透膜，把所有污染物质包括小分子溶质，如氨氮等大于1nm的分子及离子截留，从而达到净化渗沥液的目的。碟管式反渗透DTRO系统在本工艺中主要通过去除小分子的有机物、氨氮以及调整pH值，保证整个处理系统的出水达到有关标准，最高可以达到《城市污水再生利用城市杂用水水质标准》(GB/T 18920-2002)。由于DT-RO膜组具有特殊的流体力学设计，使之适于处理高浑浊度和高含砂系数的废水，进入膜组的废水SDI值可以达到20，而含砂系数也可达到40。DT-RO处理系统安装、维修简单，操作方便，自动化程度高。
碟管式反渗透DTRO系统采用一级反渗透，回收率为80％左右，系统包括芯式过滤部分、膜柱部分、加药部分和清洗部分。用硫酸将pH值调到小于6.5，然后进入芯式过滤器，其精度为公称10μm，滤芯在压差达到0.2～0.25MPa时需要更换滤芯。经过芯式过滤器的渗沥液由柱塞泵泵入一级碟管式反渗透膜柱系统，经反渗透处理后的出水即可达到《生活垃圾卫生填埋场污染控制标准》(GB16889-1997)中的一级排放限值，浓缩液用泵输送到焚烧厂内的垃圾坑焚烧处理。
由于碟管式反渗透DTRO系统的进水温度不能超过30摄氏度，而经膜生物反应系统MBR处理后的渗沥液温度在37摄氏度左右，因此需要通过热交换器与冷水源进行热量交换，使得温度降至30摄氏度以下，冷水源用泵输送到膜生物反应系统MBR处理系统中的冷却塔一起冷却处理。
当运行一段时间后，需要对超滤膜组和碟管式反渗透膜组进行清洗，清洗系统包括计量泵、储药罐等。清洗过程有系统清洗和化学清洗两种系统冲洗膜组的冲洗在每次系统关闭时必须进行。系统故障时自动停机，也执行冲洗程序。冲洗的主要目的是防止渗沥液中的污染物在膜片表面沉积。冲洗分为两种，一种是用渗沥液冲洗，一种是净水，可用本发明系统处理后的清液冲洗，两种冲洗的时间一般都在2～5分钟。
为保持膜片的性能，膜组应该定期进行化学清洗。清洗剂分酸性清洗剂A和碱性清洗剂C两种(北京天地人环保科技有限公司生产出售)，碱性清洗剂的主要作用是清除有机物的污染，酸性清洗剂的主要作用是清除无机物污染。通常先进行碱性清洗，再进行酸性清洗，在清洗时，清洗剂溶液在膜组系统内循环，以除去沉积在膜片上的污染物质，清洗时间一般为1～2个小时，但可以随时终止。清洗完毕后的液体排出系统到预曝气池。清洗剂一般稀释到5～10％后使用。化学清洗周期清洗时间间隔的长短取决于进水中的污染物质浓度，推荐如下参数碱性清洗周期为100～200个小时。
酸性清洗周期为200～400个小时。
权利要求
1.处理生活垃圾焚烧厂的垃圾渗沥液的设备，其特征是包括预处理系统、与预处理系统依次连接的膜生物反应系统和碟管式反渗透系统，所述预处理系统包括渗沥液储罐(1)，通过水泵(2)与渗沥液储罐(1)连接的密封式离心脱水装置(3)和与离心脱水装置(3)连接的中间水池(4)，所述膜生物反应系统包括生物反应器(5)，通过水泵(11)连接的超滤装置(12)，生物反应器(5)连接有鼓风机(17)，所述碟管式反渗透系统包括与超滤装置(12)连接的储水罐(14)，通过水泵(15)与储水罐(14)连接的碟管式反渗透装置(16)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征是还具有温度调节装置，该温度调节装置包括冷却塔(7)，通过水泵(8)与冷却塔(7)连接的、位于膜生物反应系统的超滤系统(12)和渗沥液储罐(14)之间的第二热交换器(13)和通过水泵(6)与膜生物反应系统的生化反应器(5)连接的第一热交换器(9)，该交换器的出水端与第二热交换器(13)的回水管路连接。
3.处理生活垃圾焚烧厂的垃圾渗沥液的方法，其步骤包括(1)预处理采用密封式离心脱水进行固液分离，去除悬浮物，离心脱水后的污泥用污泥泵输送到垃圾焚烧厂的垃圾坑焚烧处理，分离后的渗沥液通过泵排入中间水池(2)膜生物反应处理采用膜生物反应系统进行处理，用泵将中间水池的渗沥液输送到膜生物反应系统的生化反应器，采用潜水搅拌曝气进行好氧处理，使生化污泥驯化成高活性的好氧微生物菌群，渗沥液经生化处理后通过超滤分离净化水和污泥，分离后的高浓度污泥回流回到生化反应器中，起降解作用。(3)反渗透处理采用碟管式反渗透处理系统截留绝大部分污染物质，用泵将经膜生物反应系统处理后的渗滤液输入碟管式反渗沥装置通过压力使渗沥液中的水分透过反渗透膜，把绝大部分污染物质截留。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是所述生化反应温度≤37℃；所述反渗透处理的温度≤30℃。
全文摘要
本发明涉及处理生活垃圾焚烧厂的垃圾渗沥液的设备及方法，包括具有渗沥液储罐，通过水泵与渗沥液储罐连接的离心脱水装置和与离心脱水装置连接的中间水池的预处理系统，具有生物反应器，通过水泵连接的超滤装置的膜生物反应系统和具有与超滤装置连接的储水罐，通过水泵与储水罐连接的碟管式反渗透装置的碟管式反渗透系统。方法采用密封式离心脱水进行固液分离，去除悬浮物，采用膜生物反应系统进行生化反应和采用碟管式反渗透装置反渗沥处理。设备高效集成，占地面积小，适应性强，处理后污泥负荷低，剩余污泥量小，采用本方法和设备处理后，出水水质好达到我国《生活垃圾卫生填埋场污染控制标准》中的一级排放限值，其中悬浮物达到生活杂用水水质标准。
文档编号C02F1/44GK1765767SQ20051010294
公开日2006年5月3日 申请日期2005年9月14日 优先权日2005年9月14日
发明者韩德民, 齐小力, 王晶 申请人:北京天地人环保科技有限公司