Характеристики фильтрата от мусора
Фильтрат от мусора относится к сточным водам, образующимся в процессе складирования и захоронения в результате ферментации, выщелачивания осадков, инфильтрации поверхностных и грунтовых вод. Состав фильтрата от мусора зависит от таких факторов, как состав мусора, время захоронения, технология захоронения и климатические условия, среди которых время захоронения является наиболее важным влияющим фактором. Если классифицировать в соответствии с возрастом свалки, то, как правило, те, у которых время захоронения составляет менее 1 года, считаются молодым фильтратом, те, у которых время захоронения составляет 1-5 лет, считаются фильтратом среднего возраста, а те, у которых время захоронения составляет более 5 лет, считаются старым фильтратом [1]. В таблице 1 показаны характеристики различных типов фильтрата от мусора [2].
Качество воды в мусоре обычно имеет следующие характеристики: (1) сложный состав, содержащий различные органические загрязнители, металлы и питательные вещества для растений; (2) концентрация органических загрязнителей высока, при этом ХПК и БПК достигают десятков тысяч мг/л; (3) присутствует много типов металлов, включая более 10 типов ионов металлов; (4) высокое содержание аммиачного азота и широкий диапазон колебаний; (5) состав и концентрация будут претерпевать сезонные изменения [2]
В настоящее время методы очистки фильтрата от мусора в основном основаны на биологических методах. Среди них молодой фильтрат имеет более высокое содержание легко биоразлагаемых органических веществ, более высокое соотношение B/C и более низкое содержание аммиачного азота, что делает его пригодным для использования биологических методов очистки. Однако по мере увеличения возраста свалки биоразлагаемость фильтрата будет снижаться, а содержание аммиачного азота значительно увеличится, что будет подавлять эффективность биологической очистки. Поэтому нецелесообразно напрямую использовать биологическую очистку для фильтрата среднего и пожилого возраста. Более того, биологические методы чувствительны к изменениям температуры, качества воды и количества воды и не могут обрабатывать трудно биоразлагаемые органические вещества. Физико-химический метод оказывает хорошее удаляющее действие на мусорный фильтрат с плохой биоразлагаемостью и высоким содержанием аммиачного азота и не зависит от изменений качества и количества воды. Качество сточных вод относительно стабильно, и оно широко используется для предварительной очистки и глубокой очистки мусорного фильтрата. На основе существующих технологий физико-химической обработки автор рассмотрел ход исследований метода адсорбции, метода продувки, метода коагуляционного осаждения, метода химического осаждения, метода химического окисления, электрохимического метода, метода фотокаталитического окисления, обратного осмоса и метода нанофильтрации, чтобы предоставить некоторую справочную информацию для практической работы.
2 Технологии физической и химической обработки
2.1 Адсорбция
Метод адсорбции заключается в использовании эффекта адсорбции пористых твердых веществ для удаления токсичных и вредных веществ, таких как органические вещества и ионы металлов, из фильтрата из мусора. В настоящее время исследования по адсорбции активированным углем являются наиболее обширными. J. Rodr í guez и др. [4] изучали адсорбцию анаэробно обработанного фильтрата с использованием активированного угля, смолы XAD-8 и смолы XAD-4. Результаты показали, что активированный уголь обладает самой сильной адсорбционной способностью и может снизить ХПК входящего потока с 1500 мг/л до 191 мг/лН Aghamohammadi и др. [5] добавляли порошкообразный активированный уголь при использовании метода активированного ила для очистки фильтрата из мусора. Результаты показали, что скорость удаления ХПК и цветности была почти в два раза выше, чем без активированного угля, а скорость удаления аммиачного азота также была улучшена. Zhang Futao и др. [6] изучали адсорбционное поведение активированного угля на формальдегиде, феноле и анилине в фильтрате свалки, и результаты показали, что изотерма адсорбции активированного угля соответствует эмпирической формуле Фрейндлиха. Кроме того, в некоторой степени были изучены и другие адсорбенты, помимо активированного угля. M. Heavey и др. [7] провели эксперименты по адсорбции угольного шлака с использованием фильтрата свалки Kyletalesha в Ирландии. Результаты показали, что после обработки адсорбцией угольного шлака фильтрат со средним ХПК 625 мг/л, средним БПК 190 мг/л и средним содержанием аммиачного азота 218 мг/л имел степень удаления ХПК 69%, степень удаления БПК 96,6% и степень удаления аммиачного азота 95,5%. Благодаря обильным и возобновляемым ресурсам угольного шлака, без вторичного загрязнения, он имеет хорошие перспективы развития. Основная проблема, с которой сталкивается обработка адсорбцией активированного угля, заключается в том, что активированный уголь дорог и не имеет простых и эффективных методов регенерации, что ограничивает его продвижение и применение. В настоящее время метод адсорбции для обработки фильтрата из мусора в основном применяется в лабораторных масштабах и требует дополнительных исследований, прежде чем его можно будет применять на практике.
2.2 Метод продувки
Метод продувки заключается в том, чтобы ввести газ (носитель) в воду, и после достаточного контакта летучие растворимые вещества в воде переносятся в газовую фазу через интерфейс газ-жидкость, тем самым достигая цели удаления загрязняющих веществ. Воздух обычно используется в качестве носителя. Содержание аммиачного азота в фильтрате среднего и старого мусора относительно высокое, и метод продувки может эффективно удалить аммиачный азот из него. SK Marttinen и др. [8] использовали метод продувки для обработки аммиачного азота в фильтрате из мусора. В условиях pH = 11, 20 ° C и времени гидравлического удержания 24 часа аммиачный азот снизился со 150 мг/л до 16 мг/л. Ляо Линьлинь и др. [9] изучили факторы, влияющие на эффективность отдувки жидким аммиаком при инфильтрации мусора, и обнаружили, что pH, температура воды и соотношение газ-жидкость оказывают значительное влияние на эффективность отдувки. Эффект денитрификации был улучшен, когда pH был между 10,5 и 11; Чем выше температура воды, тем лучше эффект денитрификации; Когда соотношение газ-жидкость составляет 3000~3500 м3/м3, эффект денитрификации показан в новой песне Джея Чоу; Концентрация аммиачного азота мало влияет на эффективность продувки. Ван Цзунпин и др. [10] использовали три метода, а именно струйную аэрацию, взрывную аэрацию и поверхностную аэрацию, для предварительной обработки фильтрата с помощью отдувки аммиаком. Результаты показали, что струйная аэрация была эффективна при той же мощности. Согласно зарубежным данным, скорость удаления аммиачного азота в фильтрате, обработанном газовой экстракцией в сочетании с другими методами, может достигать 99,5%. Однако эксплуатационные расходы этого метода относительно высоки, и образующийся NH3 необходимо удалять путем добавления кислоты в продувочную башню, в противном случае это вызовет загрязнение воздуха. Кроме того, в продувочной башне также будет происходить образование карбонатных отложений.
2.3 Метод коагуляционного осаждения
Метод коагуляционного осаждения представляет собой метод добавления коагулянтов в фильтрат мусора, в результате чего взвешенные твердые частицы и коллоиды в фильтрате объединяются и образуют хлопья, а затем их разделяют. Обычно используются сульфат алюминия, сульфат железа, хлорид железа и другие неорганические флокулянты. Исследования показали, что использование только флокулянтов на основе железа для обработки фильтрата мусора может достичь степени удаления ХПК 50%, что лучше, чем использование только флокулянтов на основе алюминия. AA Tatsi и др. [11] предварительно обрабатывали фильтрат сульфатом алюминия и хлоридом железа. Для молодого фильтрата самая высокая степень удаления ХПК составила 38%, когда ХПК на входе составляло 70 900 мг/л; для фильтрата свалок среднего и пожилого возраста степень удаления ХПК может достигать 75%, когда ХПК на входе составляет 5350 мг/л. Когда pH равен 10, а коагулянт достигает 2 г/л, скорость удаления ХПК может достигать 80%. В последние годы биофлокулянты стали новым направлением исследований. AI Zouboulis и др. [12] изучали эффект обработки биофлокулянтами фильтрата свалки и обнаружили, что для удаления 85% гуминовой кислоты из фильтрата свалки требуется всего 20 мг/л биофлокулянтов. Метод коагуляционного осаждения является ключевой технологией для очистки фильтрата от мусора. Его можно использовать как технологию предварительной обработки для снижения нагрузки на процессы последующей обработки, а также как технологию глубокой очистки, чтобы стать гарантией всего процесса очистки [3]. Но его главной проблемой является низкая скорость удаления аммиачного азота, образование большого количества химического шлама, а добавление коагулянтов на основе солей металлов может вызвать новое загрязнение. Таким образом, разработка безопасных, эффективных и недорогих коагулянтов является основой повышения эффективности методов коагуляционного осаждения.
2.4 Метод химического осаждения
Метод химического осаждения заключается в добавлении определенного химического вещества к фильтрату мусора, образовании осадка посредством химической реакции, а затем его отделении для достижения цели обработки. Согласно данным, гидроксид-ионы щелочных веществ, таких как гидроксид кальция, могут осаждаться с ионами металлов, что может удалить от 90% до 99% тяжелых металлов в фильтрате и от 20% до 40% ХПК. Метод осаждения камня птичьего гуано широко используется в методах химического осаждения. Метод осаждения камня птичьего гуано, также известный как метод осаждения аммоний-магний-фосфатом, включает добавление Mg2+, PO43- и щелочных агентов к фильтрату мусора для реакции с определенными веществами и образования осадка. XZ Li и др. [13] добавили MgCl2 · 6H2O и Na2HPO4 · 12H2O к фильтрату из мусора. Когда соотношение Mg2+ к NH4+ к PO43- было 1:1:1, а pH был 8,45-9, аммиачный азот в исходном фильтрате снизился с 5600 мг/л до 110 мг/л в течение 15 минут. I. Ozturk и др. [14] использовали этот метод для очистки фильтрата от анаэробного сбраживания. Когда входящий поток ХПК составлял 4024 мг/л, а аммиачный азот был 2240 мг/л, скорость удаления сточных вод достигала 50% и 85% соответственно. B. Calli и др. [15] также достигли 98% скорости удаления аммиачного азота с помощью этого метода. Метод химического осаждения прост в эксплуатации, а образующийся осадок содержит компоненты удобрений, такие как N, P, Mg и органические вещества. Однако осадок может содержать токсичные и вредные вещества, которые имеют потенциальную опасность для окружающей среды.
2.6 Электрохимический метод
Электрохимический метод - это процесс, при котором загрязняющие вещества в фильтрате от мусора напрямую подвергаются электрохимическим реакциям на электродах под действием электрического поля или подвергаются окислительно-восстановительным реакциям с использованием · OH и ClO - , образующихся на поверхности электрода. В настоящее время обычно используется электролитическое окисление. PB Moraes и др. [19] использовали непрерывный электролитический реактор для обработки фильтрата от мусора. Когда скорость потока входящего потока составляла 2000 л/ч, плотность тока составляла 0,116 А/см2, время реакции составляло 180 мин, ХПК входящего потока составляло 1855 мг/л, ООУ - 1270 мг/л, а аммиачный азот - 1060 мг/л, скорость удаления сточных вод достигала 73%, 57% и 49% соответственно. NN Rao и др. [20] использовали трехмерный реактор с углеродным электродом для обработки фильтрата с высоким содержанием ХПК (17-18400 мг/л) и высоким содержанием аммиачного азота (1200-1320 мг/л). После 6 часов реакции скорость удаления ХПК составила 76% -80%, а скорость удаления аммиачного азота могла достигать 97%. Э. Турро и др. [21] изучали факторы, влияющие на электролитическую окислительную обработку фильтрата свалки, используя Ti/IrO2-RuO2 в качестве электрода и HClO4 в качестве электролита. Результаты показали, что время реакции, температура реакции, плотность тока и pH были основными факторами, влияющими на эффект обработки. При температуре 80 ℃, плотности тока 0,032 А/см2 и pH=3 время реакции составило 4 часа, а ХПК снизилось с 2960 мг/л до 294 мг/л, ТОС снизился с 1150 мг/л до 402 мг/л, а скорость удаления цвета может достигать 100%. Электрохимический метод отличается простотой процесса, высокой управляемостью, малыми размерами и не создает вторичных загрязнений в процессе обработки. Недостатком является то, что он потребляет электроэнергию и имеет высокие затраты на обработку. В настоящее время большинство из них находятся в масштабе лабораторных исследований.
2.7 Фотокаталитическое окисление
Фотокаталитическое окисление — это новый тип технологии очистки воды, который лучше других методов справляется с определенными особыми загрязнителями, и поэтому имеет хорошие перспективы применения при глубокой очистке фильтрата от мусора. Принцип этого метода заключается в добавлении определенного количества катализатора в сточные воды, генерации свободных радикалов под воздействием света и использовании сильных окислительных свойств свободных радикалов для достижения цели очистки. Катализаторы, используемые при фотокаталитическом окислении, в основном включают диоксид титана, оксид цинка и оксид железа, среди которых широко используется диоксид титана. DE Meeroff и др. [22] провели эксперименты по фотокаталитическому окислению фильтрата с использованием TiO2 в качестве катализатора. После 4 часов ультрафиолетового фотокаталитического окисления скорость удаления ХПК фильтрата достигла 86%, соотношение B/C увеличилось с 0,09 до 0,14, скорость удаления аммиачного азота составила 71%, а скорость удаления цветности составила 90%; После завершения реакции можно восстановить 85% TiO2. R. Poblete и др. [23] использовали побочные продукты из промышленности диоксида титана (в основном состоящие из TiO2 и Fe) в качестве катализаторов и сравнили их с коммерческим TiO2 с точки зрения типа катализатора, скорости удаления неподатливых органических веществ, загрузки катализатора и времени реакции. Результаты показали, что побочный продукт имел более высокую активность и лучший эффект обработки и мог использоваться в качестве катализатора для фотокаталитического окисления. Исследование показало, что содержание неорганических солей может влиять на эффективность фотокаталитического окисления при очистке фильтрата от мусора. J. Wiszniowski и др. [24] изучали влияние неорганических солей на фотокаталитическое окисление гуминовой кислоты в фильтрате с использованием взвешенного TiO2 в качестве катализатора. Когда в фильтрате мусора присутствуют только Cl - (4500 мг/л) и SO42- (7750 мг/л), это не влияет на эффективность фотокаталитического окисления гуминовой кислоты, но присутствие HCO3- значительно снижает эффективность фотокаталитического окисления. Фотокаталитическое окисление имеет такие преимущества, как простота эксплуатации, низкое потребление энергии, сопротивление нагрузке и отсутствие загрязнения. Однако для того, чтобы внедрить его в практическую эксплуатацию, необходимо изучить тип и конструкцию реактора, эффективность и срок службы катализатора, а также коэффициент использования световой энергии.
2.8 Обратный осмос (ОО)
Мембрана обратного осмоса обладает селективностью по отношению к растворителям, используя разницу давления по обе стороны мембраны в качестве движущей силы для преодоления осмотического давления растворителей, тем самым отделяя различные вещества в фильтрате от мусора. Фэньюэ Ли и др. [25] использовали спиральную мембрану обратного осмоса для очистки фильтрата свалки Коленфельд в Германии. ХПК снизилось с 3100 мг/л до 15 мг/л, хлорид снизился с 2850 мг/л до 23,2 мг/л, а аммиачный азот снизился с 1000 мг/л до 11,3 мг/л; Скорость удаления ионов металлов, таких как Al3+, Fe2+, Pb2+, Zn2+, Cu2+ и т. д., превышает 99,5%. Исследования показали, что pH влияет на эффективность удаления аммиачного азота. LD Palma и др. [26] сначала перегнали фильтрат из мусора, а затем обработали его мембраной обратного осмоса, снизив входящий ХПК с 19000 мг/л до 30,5 мг/л; Скорость удаления аммиачного азота самая высокая при pH 6,4, снижаясь с 217,6 мг/л до 0,71 мг/л. R et al. [27] провели пилотный эксперимент по очистке фильтрата от мусора с использованием двухступенчатых непрерывных мембран обратного осмоса и обнаружили, что скорость удаления аммиачного азота была самой высокой, когда pH достигал 5, снижаясь со 142 мг/л до 8,54 мг/л. Метод обратного осмоса имеет высокую эффективность, продуманное управление и легко автоматически контролируется, и все чаще применяется при очистке фильтрата от мусора. Однако стоимость мембраны относительно высока, и требуется предварительная обработка фильтрата перед использованием для снижения нагрузки на мембрану, в противном случае мембрана склонна к загрязнению и засорению, что приводит к резкому снижению эффективности очистки.
2.9 Нанофильтрация (НФ)
Мембрана NF имеет две существенные характеристики: она имеет микропористую структуру около 1 нм, которая может перехватывать молекулы с молекулярной массой 200-2000 а.е.м.; Сама мембрана NF заряжена и имеет определенную скорость удержания неорганических электролитов. HK Jakopovic и др. [28] сравнили удаление органических веществ из фильтрата свалки с использованием трех технологий: NF, UF и озон. Результаты показали, что в лабораторных условиях различные мембраны UF могут достичь скорости удаления ХПК 23% для новой песни Джея Чоу; Скорость удаления ХПК озоном может достигать 56%; Скорость удаления новых песен Джея Чоу о ХПК с помощью NF может достигать 91%. NF также имеет относительно идеальный эффект удаления ионов в фильтрате. LB Chaudhari и др. [29] использовали NF-300 для обработки электролитов в старом фильтрате со свалки Гуджарат в Индии. Уровни сульфата в двух экспериментальных водах составили 932 и 886 мг/л соответственно, а хлорид-ионов — 2268 и 5426 мг/л соответственно. Экспериментальные результаты показали, что скорость удаления сульфата составила 83% и 85% соответственно, а скорость удаления хлорид-ионов — 62% и 65% соответственно. Исследование также показало, что скорость удаления Cr3+, Ni2+, Cu2+ и Cd2+ мембраной NF достигла 99%, 97%, 97% и 96% соответственно. NF в сочетании с другими процессами дает лучшие эффекты после обработки. T. Robinson [30] использовал комбинированный процесс MBR+NF для очистки фильтрата из Бикон-Хилл, Великобритания. COD снизился с 5000 мг/л до менее 100 мг/л, аммиачный азот снизился с 2000 мг/л до менее 1 мг/л, а SS снизился с 250 мг/л до менее 25 мг/л. Технология NF имеет низкое энергопотребление, высокую скорость восстановления и большой потенциал. Но самая большая проблема заключается в том, что мембрана будет наслаиваться после длительного использования, что повлияет на ее производительность, такую как поток мембраны и скорость удержания. Необходимы дальнейшие исследования для применения ее в инженерной практике.
3 Заключение
Вышеупомянутые технологии физической и химической обработки могут достичь определенных результатов, но также существует множество проблем, таких как регенерация адсорбентов, восстановление катализаторов фотокаталитического окисления, высокое энергопотребление электрохимических методов и загрязнение мембран. Поэтому фильтрату из мусора трудно соответствовать национальным стандартам выбросов с помощью одной физической и химической обработки, и процесс его обработки должен представлять собой комбинацию нескольких технологий обработки. Полный процесс обработки фильтрата общего мусора должен включать три части: предварительную обработку, основную обработку и глубокую обработку. Методы предварительной обработки, такие как продувка, коагуляционное осаждение и химическое осаждение, обычно используются для удаления ионов тяжелых металлов, аммиачного азота, цветности или улучшения биоразлагаемости фильтрата из мусора. Основная обработка должна использовать недорогие и высокоэффективные процессы, такие как биологические методы, химическое окисление и другие комбинированные процессы, с целью удаления большей части органических веществ и дальнейшего снижения содержания загрязняющих веществ, таких как аммиачный азот. После первых двух стадий очистки в воде могут оставаться определенные загрязняющие вещества, поэтому необходима глубокая очистка, которую можно осуществить с помощью таких методов, как фотокаталитическое окисление, адсорбция, мембранное разделение и т. д.
Из-за сложного состава фильтрата и его изменчивости во времени и местоположении в практическом проектировании необходимо сначала измерить состав и подробно проанализировать его характеристики перед обработкой фильтрата и выбрать соответствующие методы обработки. В настоящее время технологии обработки фильтрата от мусора имеют свои преимущества и недостатки. Поэтому модернизация и преобразование существующих технологий, разработка новых и эффективных технологий обработки и укрепление интеграционных исследований и разработок между различными технологиями (такими как интеграция технологии фотокаталитического окисления и технологии биохимической обработки, интеграция метода осаждения и мембранной обработки) с целью повышения общей эффективности очистки фильтрата и снижения инвестиционных и эксплуатационных расходов будут в центре внимания будущих исследований фильтрата от мусора.
