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物化法处理生活垃圾渗滤液新进展

发布时间:2011-12-5 14:06:55  中国污水处理工程网

垃圾渗滤液是一种高浓度的难降解的有机废水,其难降解有机物、氨氮、SS和色度均比较高,并且氮磷比例严重失调。目前垃圾渗滤液处理方法很多,按进程可分为预处理、主处理、深度处理。预处理有物理化学方法,主处理有生物方法,如好氧处理,厌氧处理,厌氧与好氧结合,土地处理等,深度处理有物理化学法和组合的方法。笔者对混凝沉淀法、化学沉淀法、空气吹脱法、吸附法、微波法、光催化氧化法、湿式氧化法、水力空化法、超声波法、电解法和物化组合工艺进行了概述,并展望了物化法处理垃圾渗滤液发展的方向。

1 混凝沉淀法             

在废水中投加某些化学混凝剂,它与废水中可溶性物质反应,产生难溶于水的沉淀物,或混凝吸附水中的细微悬浮物及胶体杂物而下沉。这种净化方法可降低废水浊度和色度,可去除多种高分子物质、有机物、某些金属毒物以及导致富营养化物质氮、磷等可溶性无机物。

混凝沉淀法主要用在垃圾渗滤液的预处理和深度处理上。赵玲等采用PAC混凝一粉煤灰吸附对老龄垃圾渗滤液预处理的研究,结果表明当PAC投量在350mg/L、粉煤灰投量在8.0mg/L,可将渗滤液中CODcr的浓度从1987mg/L降为516.2mg/L,去除率达到74%,渗滤液颜色由原来的深褐色变成浅灰色,可生化性指数BOD5/CODcr由0.19提升到0.35。程建华采用壳聚糖接枝高分子絮凝剂(CAS)处理垃圾渗滤液研究,结果表明CODCr的去除率达到58.7%,色度脱除率达到98.1%,且具有pH适用范围广和产污泥量小的优点,对絮凝垃圾渗滤液前后颗粒的粒径分布测定表明,颗粒增大了357倍,且呈正态分布。

2 化学沉淀法          

镁盐和磷酸盐的氨结晶沉淀工艺,即磷酸铵镁(MAP)法。其有助于高效去除渗滤液中的氨氮。MAP法所生成的六水合磷酸铵镁在0℃时的溶解度仅为0.23g/L,并且同时含有植物生长所需的Mg、N、P,故该产物可作为堆肥、花园土壤或干污泥的添加剂,或用作结构制品的阻火剂,因此MAP法是一种符合可持续发展观点的脱氮方法。        

张记市等采用MAP法对垃圾渗滤液处理研究,在pH值为9.5、反应时间为25 min、Mg2+∶NH4+∶PO43-=1。5∶1∶1.5的最佳条件下,渗滤液中NH3-N浓度由初始3500mg/L,经结晶沉淀后降低至175 mg/L,去除率达95%。汤琪等采用MAP法对垃圾渗滤液处理研究,选用MgO-H3P04作为沉淀剂,在pH=8.25,n(Mg2+: n(P043-):n(N)为1.35:1.20:1.00,反应与沉淀时间均为15min条件下,渗滤液中氨氮最高去除率为94.92%,出水含量为100~130mg/L,COD平均去除率也达到18.52%。                 

3 空气吹脱法         

在废水中,NH3与NH4+之间存在着化学平衡(NH4+→NH3+H+),并受pH和温度的影响。空气吹脱法(ammo n i a stripping)的流程是先将废水pH调节到10.5-11.5;然后把废水泵引至吹脱塔内,通气吹脱废水中的氨;氨可用硫酸回收。一般采用NaOH或CaO调节废水pH,采用冷却塔作为吹脱装置。在pH9.5、吹脱时间为12h的条件下,吹脱法作为垃圾渗滤液中氨氮的预处理,其去除率可达60%。               

4 吸附法         

吸附法是应用某些材料的表面物理化学性质,把污水中污染物富集到自身表面的一种方法,常用在垃圾渗滤液的深度处理上。郭红彦等采用改性粉煤灰对垃圾渗滤液进行预处理研究,结果表明,经过改性的粉煤灰对垃圾渗滤液的COD、NH4-N有较好的去除能力COD去除率至少72%,NH4-N去除率超过83%。改性粉煤灰对渗滤液的重金属也有很好的去除效果 。Cu、Cd、Zn、Pb、Cr指标低于《污水综合排放标准》(GB8978-1997)中规定的污染物最高允许排放浓度。姜浩等采用片沸石对垃圾渗滤液进行处理研究,结果表明片沸石对COD的最大去除量约为31×103,对氨氮的最大去除量约为27×103;去除COD、氨氮的最佳条件分别为:片沸石用量20  g/L、pH为5、温度4℃、振荡时间100 min。

5 微波法         

微波是一种电磁波,由于其特性,可以加速有机物合成,降解废水中的有机物,利用微波去除废水中的有机物物质是一种新的方法。近年来在垃圾渗滤液方面做了大量研究,但是大都是与其他工艺协同作用的。刘晓等采用微波活性炭对垃圾渗滤液处理进行研究,结果表明在 PAC用量5g,pH值为9,水样稀释1倍,微波强度为420W,辐照时间为4min,搅拌时间为45min时处理的效果最好,此时CODcr去除率可达83.12%。微波辐照能改变活性炭的结构,并正在表面产生一些高温“热点”,这些“热点”是导致有机污染物降解的根本原因。微波法具有工艺简单,反应迅速而彻底,无二次污染等优点,同时也具有受浓度,催化剂和吸附剂的性质限制。垃圾渗滤液虽然成分复杂,但它也是高浓度有机废水,含有许多有机污染物,如果将微波催化氧化技术用于垃圾渗滤液的处理之中,并寻找到合适的催化剂及反应条件,相信定会取得满意的处理效果。            

6 光催化氧化法        

赵珊等对垃圾渗滤液原水进行试验,COD去除率达到31.88%,褪色率达到91.06%,对UASB出水再进行光催化氧化,COD去除率达到63.56%,褪色率达到93.80%。潘云霞等采用太阳光催化氧化法研究垃圾渗滤液,结果表明太阳光Fenton法对垃圾渗滤液的COD有较好的去除效果,COD去除率达86.2%。太阳光Fenton法处理垃圾渗滤液的优化条件是:日光辐射时间为120min,pH值为2.5,Fe2+浓度为5mmol/L,H2O2浓度为570mmol/L。太阳光催化氧化法,不仅充分利用了太阳能,而且提高了Fenton试剂的处理效果,是目前很有前景的一种方法。       

7 湿式氧化法           

陈迪等采用Fenton试剂处理难降解垃圾渗滤液,研究结果表明,Fent on试剂处理渗滤液的最佳条件为初始pH值4,FeS04·7H2O(20%)投加量0.6mL/100 ml,H202(30%)投加量3.0 mL/100 ml,反应2  h,此条件下处理可使 COD 去除率为84.77%,色度去除率为60%。Fenton法处理渗滤液时,大分子有机物的去除主要靠氧化作用。Fenton处理可有效地将大分子有机物降解为小分子的有机物,小分子有机物主要通过絮凝去除。吴彦瑜等采用Fenton试剂对垃圾渗滤液中腐殖酸的去除研究,当初始pH为 4,c(H202)为240mmol/L,c(Fe2+)为40mmol/L,反应时间为2h时,CODcr和UV254的氧化/混凝去除率比最大,CODcr、UV254、HA和FA去除率分别达到62.5、78.2%,、95%和62.7%。湿式氧化法由于可以破坏难降解有机分子结构,改善其生化性或彻底对其矿化而在垃圾渗滤液处理领域得到应用。

8 水力空化法         

水力空化效应产生局部高温(5000K)、高压(>150MPa),促使水分子产生·0H和H 自由基,这些含有未配对电子的自由基,直接氧化水溶液中的芳香族有机化合物等有机物,使之降解。一些学者对此进行了实验研究,结果表明水力空化技术可以利用在废水中,并成为一个新兴的方法。李晓红等采用水力空化技术队垃圾渗滤液处理研究,得出了空化水射流能降解有机物,从而显著提高渗滤液的可生化性的结论,同时确定了最佳空化条件是围压0.6MPa,pH值9.0,空化处理时间90rnin,泵压10MPa。在最佳条件下空化处理垃圾渗滤液,COD和BOD分别上升了124.8%和293.3%,BOD/COD也提高了52.44%,色度降低,SS提高了191.5%,为后续处理创造有利条件。          

9 超声波技术           

超声波技术具有简便、高效、无污染或少污染的特点,已受到国内外研究者的关注,并开始用于处理垃圾渗滤液。 Evelyne Gonze等对高频超声波处理垃圾渗滤液进行了研究,实验表明超声波可以降低毒性和提高可生化性。随着超声波特定能量的增加,毒性物质增加,当特定能量达到20GJ/m3时,毒性物质的含量达到最大,而后随着能量的增加,毒性物质开始下降,当能量超过 80GJ/m3时,毒性物质基本消失。在能量达到80GJ/m3时,TOC去除率可达70%。当能量达到63GJ/m3时,BOD5从0提高到29mg/L。         

10 电解法        

陈日耀等采用阴阳离子双隔膜三室电解槽,将电渗析技术与Fenton试剂法结合,去除垃圾渗滤液中氨氮和CODcr。垃圾渗滤液中的氨氮通过电渗析技术富集到阴极液中,随后用化学沉淀法加以去除。同时,在铁阳极上生成的Fe2+离子,与滴加入阳极液中的H2O2反应生成Fenton试剂,降解有机物,降低CODcr。实验结果表明,模拟废水中的氨氮透过率达80%,垃圾渗滤液中氨氮浓度和CODcr由原来的1982和2248mg/L分别降至200和127mg/L。姚小丽等采用电解法处理垃圾渗滤液研究,在电解氧化过程中,NH3-N优先于COD被氧化去除。当电流密度较小时,用电解法对垃圾渗滤液进行预处理,垃圾渗滤液中COD、NH3-N的去除效率很低,增大电流密度有助于增强电解效果,当电流密度为50.0mA/cm2时,电解5小时COD去除50%,氨氮去除100%。用电解法对垃圾渗滤液进行深度处理,电流密度较小时,渗滤液中COD、NH3-N即可呈现稳定降解的趋势。      

11 物化组合工艺 物化组合工艺        

渗滤液是一种高浓度有机废水,由于其水质水量的不稳定性,以及渗滤液中含有大量难降解的萘、菲等非氯化芳香族化合物和氨氮等毒性物质,并且营养不平衡,含有一定量的重金属,所以渗滤液的处理非常困难。现有的单一方法不能有效的处理,工程和研究上通常是多个工艺协同作用。近年来采用物理化学方法协同预处理或深度处理垃圾渗滤液的研究和工程发展比较快。具体参见http://www.topicons.com更多相关技术文档。

吴迪等采用O3-H2O2高级氧化结合催化O3氧化技术对晚期垃圾渗滤液进行预处理,考察了颗粒活性炭负载二氧化钛(TiO2/GAC)催化剂的催化效果,并研究了反应体系中O3和H2O2投加量以及pH等因素对COD去除效果的影响。结果表明,当O3投加量为1.8g/L,H2O2投加量为0.27g/L,催化剂投加质量分数为15%时,反应90min的COD去除率达到40%;对出水调节pH≥11.4,经过沉淀后,COD去除率提高到58%。出水澄清透明,BOD5/COD从<0.1提高到0.26。水质得到较大改善,可生化性明显提高,为后续的生化处理工艺起到较好的预处理作用。于霞等用混凝-活性碳-过氧化氢组合工艺处理垃圾渗滤液,探讨了不同处理技术的最佳工艺条件和处理效果。结果表明,pH为4、投加200mg/L氯化铁、慢速搅拌25min、静置60min时混凝效果最好;而后在室温、pH=3、H2O2(质量分数为30%)投加量为5mL/L、活性碳与H2O2的质量比为1:2、反应120min时,COD去除率最好。经混凝-活性炭-H2O2组合工艺处理后,垃圾渗滤液中COD、UV254、UV410和UV436的去除率分别能达到89.44%、82.13%、90.625%和91.35%,其中出水中COD为75.69mg/L,达到GB16889--2008中污染物的排放限值。晏飞来等采用超声波强化TiO2光催化技术处理垃圾渗滤液。研究了TiO2催化剂用量、光照作用、超声波作用、pH值、曝气作用等因素对垃圾渗滤液COD和氨氮去除率的影响。结果表明,在TiO2粉末的投加量为2g/L、pH值为11时,先采用功率为292.5W的超声波辐射3min,再以高压汞灯(250W)照射3min,垃圾渗滤液中的COD和NH4-N去除率分别达到50.1%和75%。若在同一条件下进行饱和曝气可以使NH4-N去除率进一步达到85.3%,但会降低COD的去除率。          

12 展望     

应用在垃圾渗滤液处理的方法除以上所述外,还有气浮法、超临界法、臭氧氧化法、折点加氯法、电渗析法。物理化学方法是垃圾渗滤液中被广泛应用预处理和深度处理中,特别是GB16889-2008《生活垃圾填埋场污染物控制》新标准出台以后,物化法处理垃圾渗滤液显得尤为重要了。综上所述,笔者认为今后物化法发展方向有以下几个:         

⑴ 开发针对垃圾渗滤液处理的性能优良价格低廉的絮凝剂、脱色剂,提高混凝沉淀的去除效果。       

⑵  开发高效广谱的、没有二次污染的物化处理工艺,在各物化工艺协同作用的机理和条件上深入研究。

⑶ 水力空化技术具有处理彻底、不许加药和没有二次污染的优点,但是条件控制要求苛刻,今后应在水力空化理论和设备上优化研究。                 

⑷  光催化氧化是水处理中新兴的技术,应用在垃圾渗滤液处理上应有广阔的前景,但是催化剂易中毒,针对这种状况应深入研究,开发高效的催化剂、催化剂载体和催化工艺。

⑸ 我国硅酸盐矿物比较丰富,而硅酸盐矿物又有良好的吸附性、离子交换性、催化活性等优点。可通过硅酸盐原矿、废矿或加工副产品开发新型高效的水处理材料应用在垃圾渗滤液处理中。(西安科技大学)

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