公布日：2022.05.27
申请日：2022.02.28
分类号：C02F9/06(2006.01)I;C02F101/10(2006.01)N;C02F101/16(2006.01)N;C02F103/06(2006.01)N
摘要
本发明属于环保领域，公开了一种垃圾填埋场的地下水处理系统及其方法。所述系统包括催化电解脱氨氮装置、物化净化装置和污泥处理装置，其中，催化电解脱氨氮装置包括电解机、脱气塔、催化剂投加装置和电极清洗装置；物化装置为气浮净化装置或混凝沉淀净化装置。本发明提供的系统和方法能够高效去除垃圾填埋场地下水中的氨氮、总氮、CODCr、BOD5、总磷和色度，处理后的废水氨氮≤1mg/L，总氮≤1.5mg/L，总磷≤0.3mg/L，CODCr≤50mg/L，BOD5≤6mg/L，其他污染物指标符合排放标准，特别适合于氨氮超标而CODCr≤80mg/L的垃圾填埋场的地下水的处理。
权利要求书
1.一种垃圾填埋场地下水的处理系统，其特征在于，该处理系统包括催化电解脱氨氮装置、物化净化装置和污泥处理装置；所述催化电解脱氨氮装置包括电解机、脱气塔、催化剂投加装置和电极清洗装置，所述催化剂投加装置设置有催化剂溶液贮罐和催化剂溶液输送泵，所述电解机的进水管上沿着水流方向依次安装有碱液投加装置和管道混合器，所述催化剂投加装置的出口与管道混合器的进口连接，所述电解机的出水口与脱气塔的进水口连接，所述脱气塔的进水管与安装在脱气塔内底部的布水器连接，所述脱气塔的出水口与物化净化装置中pH调节池的进水口连接，所述脱气塔出水口下部设置有回流口，所述回流口通过管道和回流泵与电解机的进水口连接；所述电极清洗装置包括酸洗溶液贮罐和酸洗溶液输送泵，所述酸洗溶液贮罐的出口与电解机的出水口连接且酸洗溶液输送泵设置在两者的连接管路上，所述酸洗溶液贮罐的进口与电解机的进水口连接；所述物化净化装置为气浮净化装置或混凝沉淀净化装置；所述气浮净化装置包括依次连接的pH调节池、混凝池、助凝池、气浮池和中间水池，所述气浮池的上部还设有浮渣出口，所述气浮池的下部设有清水出口，所述清水出口与中间水池的进水口连接，所述浮渣出口则与污泥处理装置的污泥泵连接；或所述混凝沉淀净化装置包括依次连接的pH调节池、混凝池、助凝池、沉淀池和中间水池，所述沉淀池的顶部设有上清液出口，所述上清液出口与中间水池的进水口连接，所述沉淀池的底部设有污泥出口，所述污泥出口与污泥处理装置的污泥泵连接；所述污泥处理装置包括污泥泵、污泥浓缩池、理化调节池、脱水机和污泥池，所述污泥泵的进口与物化净化装置中气浮池的浮渣出口或沉淀池的污泥出口连接，所述污泥泵的出口与污泥浓缩池的进口连接，所述污泥浓缩池的上部设有上清液出水口且底部设有浓缩污泥出口，所述上清液出水口与物化净化装置中pH调节池的进水口连接，所述浓缩污泥出口与理化调节池的进口连接，所述理化理化调节池的出口与脱水机的进口连接，所述脱水机的出泥口与污泥池连接。
2.根据权利要求1所述的垃圾填埋场地下水的处理系统，其特征在于，该处理系统还包括设置在催化电解脱氨氮装置之前的调节池；所述调节池的出水口与催化电解脱氨氮装置中电解机的进水管通过提升泵连接。
3.根据权利要求1所述的垃圾填埋场地下水的处理系统，其特征在于，所述脱气塔的顶部还设有刮渣器和浮渣收集槽，所述刮渣器用于将脱气塔中液体表面的气泡刮入气泡收集槽中。
4.根据权利要求1所述的垃圾填埋场地下水的处理系统，其特征在于，所述脱气塔的底部设有排渣口，所述排渣口与污泥处理装置的污泥浓缩池的进口连接。
5.根据权利要求1所述的垃圾填埋场地下水的处理系统，其特征在于，所述混凝池设置有混凝剂加药装置和混凝搅拌机；所述助凝池设置有助凝剂加料装置和助凝搅拌机。
6.根据权利要求1所述的垃圾填埋场地下水的处理系统，其特征在于，所述物化净化装置还包括污泥回流泵，所述污泥回流泵的输入口与气浮池的浮渣出口或沉淀池的污泥出口连接，所述污泥回流泵的输出口则与混凝池的输入口连接。
7.根据权利要求1所述的垃圾填埋场地下水的处理系统，其特征在于，所述污泥浓缩池为重力浓缩池，所述污泥泵的输出口与重力浓缩池的入口连接；所述重力浓缩池内包括由上至下的上层的清液区和下层的污泥浓缩区，所述上层的清液区的出水口与物化净化装置的进水口连接，所述下层的污泥浓缩区的出口与理化调节池的进口连接。
8.一种垃圾填埋场地下水的处理方法，其特征在于，该方法利用权利要求1-7中任意一项所述垃圾填埋场地下水的处理系统且按照如下步骤进行：(1)催化电解脱氨氮：采用碱液投加装置将垃圾填埋场地下水的pH值调节至9-9.5，再与源自催化剂投加装置的氯离子催化剂在管道混合器中混合均匀之后引入电解机中进行催化电解脱氨氮，所述氯离子催化剂的用量以将引入电解机中垃圾填埋场地下水的氯离子浓度控制在100-300mg/L为准；将催化电解脱氨氮后的出水输送至脱气塔中进行脱气，所得上清液经pH值调节至9-9.5并经氯离子浓度调节至100-300mg/L之后再次泵入电解机中进一步进行催化电解脱氮至氨氮和总氮合格；(2)物化净化：将步骤(1)脱气塔所得合格的催化电解脱氨氮出水输入pH调节池内并将其pH值调节至8-9，之后将调节后的地下水送入混凝池中并以60-120g/m3的量加入混凝剂且以100-200r/min的速率搅拌混凝3-5min，所述混凝剂选自三氯化铁、聚合铁、硫酸铁、硫酸铝和聚合氯化铝中的至少一种，搅拌混凝出水引入助凝池中并以0.1-1g/m3的量加入聚丙烯酰胺且以20-50r/min的速率搅拌混合1-2min，所述助凝池的出水引入气浮池或沉淀池中进行固液分离得到澄清液和泥渣；(3)污泥脱水：将步骤(2)所得泥渣经由污泥泵输送至污泥浓缩池内进行重力浓缩，形成由上至下的上层清液区和下层污泥浓缩区；将上层清液区的液体输送至物化净化装置的pH调节池中进一步处理，将下层污泥浓缩区的污泥输入至理化调节池中并加入理化调理剂进行理化调节，再输送至脱水机内进行脱水处理，所述理化调理剂选自石灰、三氯化铁和聚合氯化铝中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的垃圾填埋场地下水的处理方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氯离子催化剂为次氯酸钠或氯化钠；所述次氯酸钠的浓度为10-12％且投入量为水体体积的0.3-1‰；所述氯化钠的投入量为150-300g/m3；所述催化电解脱氨氮的条件包括工作电压为5-100V、电流密度为10-150mA/cm2且电解时间为60-180s。
10.根据权利要求8所述的垃圾填埋场地下水的处理方法，其特征在于，步骤(2)中，当将助凝池的出水引入气浮池或沉淀池中进行固液分离时，需要根据助凝池内形成的矾花的大小和数量判断沉淀量是否充足，若不足则开启污泥回流泵，部分污泥从气浮池或沉淀池回流至助凝池，促进絮状沉淀生成。
发明内容
本发明的目的在于针对当前垃圾填埋场的高氨氮和总氮地下水处理工艺存在占地大、投资大、出水质量差、出水氨氮不达标、运行成本高等缺陷，而提供一种新的垃圾填埋场的地下水处理系统及其方法，该垃圾填埋场的地下水处理系统及其方法将催化电解脱氨氮、物化净化以及污泥脱水相结合，工艺流程短、占地面积小、投资小、出水水质高、运行成本低、对废水水质的适应性强、持续效果好。
具体地，本发明提供了一种垃圾填埋场的地下水处理系统，其中，该处理系统包括催化电解脱氨氮装置、物化净化装置和污泥处理装置；
所述催化电解脱氨氮装置包括电解机、脱气塔、催化剂投加装置和电极清洗装置，所述催化剂投加装置设置有催化剂溶液贮罐和催化剂溶液输送泵，所述电解机的进水管上沿着水流方向依次安装有碱液投加装置和管道混合器，所述催化剂投加装置的出口与管道混合器的进口连接，所述电解机的出水口与脱气塔的进水口连接，所述脱气塔的进水管与安装在脱气塔内底部的布水器连接，所述脱气塔的出水口与物化净化装置中pH调节池的进水口连接，所述脱气塔出水口下部设置有回流口，所述回流口通过管道和回流泵与电解机的进水口连接；所述电极清洗装置包括酸洗溶液贮罐和酸洗溶液输送泵，所述酸洗溶液贮罐的出口与电解机的出水口连接且酸洗溶液输送泵设置在两者的连接管路上，所述酸洗溶液贮罐的进口与电解机的进水口连接；
所述物化净化装置为气浮净化装置或混凝沉淀净化装置；所述气浮净化装置包括依次连接的pH调节池、混凝池、助凝池、气浮池和中间水池，所述气浮池的上部还设有浮渣出口，所述气浮池的下部设有清水出口，所述清水出口与中间水池的进水口连接，所述浮渣出口则与污泥处理装置的污泥泵连接；或所述混凝沉淀净化装置包括依次连接的pH调节池、混凝池、助凝池、沉淀池和中间水池，所述沉淀池的顶部设有上清液出口，所述上清液出口与中间水池的进水口连接，所述沉淀池的底部设有污泥出口，所述污泥出口与所述污泥处理装置的污泥泵连接；
所述污泥处理装置包括污泥泵、污泥浓缩池、理化调节池、脱水机和污泥池，所述污泥泵的进口与物化净化装置中气浮池的浮渣出口或沉淀池的污泥出口连接，所述污泥泵的出口与污泥浓缩池的进口连接，所述污泥浓缩池的上部设有上清液出水口且底部设有浓缩污泥出口，所述上清液出水口与物化净化装置中pH调节池的进水口连接，所述浓缩污泥出口与理化调节池的进口连接，所述理化理化调节池的出口与脱水机的进口连接，所述脱水机的出泥口与污泥池连接。
在一种优选实施方式中，所述垃圾填埋场地下水的处理系统还包括设置在催化电解脱氨氮装置之前的调节池；所述调节池的出水口与催化电解脱氨氮装置中电解机的进水管通过提升泵连接。
在一种优选实施方式中，所述脱气塔的顶部还设有刮渣器和浮渣收集槽，所述刮渣器用于将脱气塔中液体表面的气泡刮入气泡收集槽中。
在一种优选实施方式中，所述脱气塔的底部设有排渣口，所述排渣口与污泥处理装置的污泥浓缩池的进口连接。
在一种优选实施方式中，所述混凝池设置有混凝剂加药装置和混凝搅拌机。
在一种优选实施方式中，所述助凝池设置有助凝剂加料装置和助凝搅拌机。
在一种优选实施方式中，所述物化净化装置还包括污泥回流泵，所述污泥回流泵的输入口与气浮池的浮渣出口或沉淀池的污泥出口连接，所述污泥回流泵的输出口则与混凝池的输入口连接。
在一种优选实施方式中，所述污泥浓缩池为重力浓缩池，所述污泥泵的输出口与重力浓缩池的入口连接；所述重力浓缩池内包括由上至下的上层的清液区和下层的污泥浓缩区，所述上层的清液区的出水口与物化净化装置的进水口连接，所述下层的污泥浓缩区的出口与所述理化调节池的进口连接。
本发明还提供了一种垃圾填埋场地下水的处理方法，其中，该方法利用上述垃圾填埋场地下水的处理系统且按照如下步骤进行处理：
(1)催化电解脱氨氮：采用碱液投加装置将垃圾填埋场地下水的pH值调节至9-9.5，再与源自催化剂投加装置的氯离子催化剂在管道混合器中混合均匀之后引入电解机中进行催化电解脱氨氮，所述氯离子催化剂的用量以将引入电解机中垃圾填埋场地下水的氯离子浓度控制在100-300mg/L为准；将催化电解脱氨氮后的出水输送至脱气塔中进行脱气，所得上清液经pH值调节至9-9.5并经氯离子浓度调节至100-300mg/L之后再次泵入电解机中进一步进行催化电解脱氮至氨氮和总氮合格；
(2)物化净化：将步骤(1)脱气塔所得合格的催化电解脱氨氮出水输入pH调节池内并将其pH值调节至8-9，之后将调节后的地下水送入混凝池中并以60-120g/m3的量加入混凝剂且以100-200r/min的速率搅拌混凝3-5min，所述混凝剂选自三氯化铁、聚合铁、硫酸铁、硫酸铝和聚合氯化铝中的至少一种，搅拌混凝出水引入助凝池中并以0.1-1g/m3的量加入聚丙烯酰胺且以20-50r/min的速率搅拌混合1-2min，所述助凝池的出水引入气浮池或沉淀池中进行固液分离得到澄清液和泥渣；
(3)污泥脱水：将步骤(2)所得泥渣经由污泥泵输送至污泥浓缩池内进行重力浓缩，形成由上至下的上层清液区和下层污泥浓缩区；将上层清液区的液体输送至物化净化装置的pH调节池中进一步处理，将下层污泥浓缩区的污泥输入至理化调节池中并加入理化调理剂进行理化调节，再输送至脱水机内进行脱水处理，所述理化调理剂选自石灰、三氯化铁和聚合氯化铝中的至少一种。
在一种优选实施方式中，步骤(1)中，所述氯离子催化剂为次氯酸钠或氯化钠；所述次氯酸钠的浓度为10-12％且投入量为水体体积的0.3-1‰；所述氯化钠的投入量为150-300g/m3。
在一种优选实施方式中，步骤(1)中，所述催化电解脱氨氮的条件包括工作电压为5-100V、电流密度为10-150mA/cm2且电解时间为60-180s。
在一种优选实施方式中，步骤(2)中，当将助凝池的出水引入气浮池或沉淀池中进行固液分离时，需要根据助凝池内形成的矾花的大小和数量判断沉淀量是否充足，若不足则开启污泥回流泵，部分污泥从气浮池或沉淀池回流至助凝池，促进絮状沉淀生成。
本发明与现有技术相比，具有以下明显优势：
(1)水质高、变废水为可循环使用的水资源
采用本发明提供的垃圾填埋场的地下水系统及其处理方法对垃圾填埋场的地下水处理后，CODCr≤40mg/L、BOD5≤6mg/L、氨氮≤1mg/L、总氮≤2mg/L、总磷≤0.3mg/L，其他指标达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)表1的Ⅳ类水质标准，因此，已经将垃圾填埋场的地下水转变成了可以循环使用的水资源，排入自然水体中，能够有效提高水体的溶解氧，有效抑制藻类的生长，全面改善和提升水质，同时能作为工农业生产和商业用水。
(2)工艺流程简单、运行简单
采用本发明提供的系统及其方法对垃圾填埋场的地下水进行处理仅包括催化电解脱氨氮、物化净化、污泥脱水三道主要工序，生产工艺流程较现有的垃圾填埋场的地下水处理生产工艺流程更为简单，建筑构筑物更少，操作运行更简单。
(3)从源头上根除氮磷污染
当前，现有的污水厂执行的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)表1中污水的排放标准是氨氮≤5mg/L，总氮≤15mg/L，总磷≤0.5mg/L，大量的氮、磷随着污水处理厂的排放水进入水体，造成水体氮大量富集，因此，污水处理厂的排放水是江河、湖泊水体中氮磷的主要来源之一，水体中的氮磷日积月累，导致氮磷严重超标，造成江河、湖泊水体的富营养化，致使我国主要湖泊的蓝藻年复一年的爆发。为了根治蓝藻，我国投入了大量财力、人力、物力，但收效不高。采用本发明的垃圾填埋场的地下水处理系统及其方法对垃圾填埋场的地下水进行处理后，水体的氨氮≤1mg/L，总氮≤1.5mg/L，总磷≤0.3mg/L，能够从源头上彻底根除水体的氮磷污染。
(4)节省十分之九以上的土地面积
目前，国内外采用活性污泥法建设的垃圾填埋场的地下水处理厂对垃圾填埋场的地下水进行处理时，多数停留时间在62小时以上，占地面积大。采用本发明提供的系统及其方法对垃圾填埋场的地下水进行处理时，水体的停留时间只有1.0-2.0小时，装置占地面积不到现有传统装置的十分之一，占地面积小，可以大量节省土地资源。
(5)运行成本低
采用本发明提供的系统及其方法对垃圾填埋场的地下水进行处理的运行成本较现有的垃圾填埋场的地下水处理厂的运行成本低得多，但水质却高得多，出水已是可以循环使用的水资源，因此，运行成本低。
(6)施工周期短
本发明提供的垃圾填埋场的地下水处理系统包括催化电解脱氨氮装置、物化净化装置和污泥处理装置，这些设备都是定型设备，主要设备都在工厂生产，采用这些设备建设水处理厂时，只要将这些定型设备在污水处理厂进行装配，无需大量建设构筑物，所以，废水处理厂的建设周期较传统建厂的建设工期将缩短一半以上，建设施工周期短。
（发明人：罗依依;孔玲芬;黄艺武）