Характеристики фильтрата из мусора
К фильтрату мусора относятся сточные воды, образующиеся в процессе складирования и захоронения мусора в результате ферментации, выщелачивания осадками, проникновения поверхностных и грунтовых вод. На состав фильтрата мусора влияют такие факторы, 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, фильтраты со сроком захоронения менее 1 года считаются молодыми фильтратами, фильтраты со сроком захоронения 1–5 лет считаются фильтратами среднего возраста, а фильтраты со сроком захоронения на свалке – фильтратом среднего возраста. старше 5 лет считаются старым фильтратом [1]. В таблице 1 приведены характеристики различных видов фильтрата мусора [2].
Качество воды мусора обычно имеет следующие характеристики: (1) сложный состав, содержащий различные органические загрязнители, металлы и питательные вещества для растений; (2) Концентрация органических загрязнителей высока: ХПК и БПК достигают десятков тысяч мг/л; (3) Существует много типов металлов, в том числе более 10 типов ионов металлов; (4) Высокий уровень аммиачного азота и широкий диапазон вариаций; (5) Состав и концентрация будут претерпевать сезонные изменения [2]
В настоящее время методы очистки сточных вод 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 меньшее количество 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 увеличиваться, что будет снижать эффективность биологической очистки. Поэтому нецелесообразно напрямую использовать биологическую очистку фильтрата среднего и пожилого возраста. Более того, биологические методы чувствительны к изменениям температуры, качества и количества воды и не могут обрабатывать органические вещества, которые трудно биоразлагаются. Физико-химический метод хорошо удаляет мусорный фильтрат с плохой биоразлагаемостью и высоким содержанием аммиачного азота, на него не влияют изменения качества и количества воды. Качество сточных вод относительно стабильно, и они широко используются для предварительной и глубокой очистки фильтрата мусора. На основе существующих технологий физической и химической очистки автор рассмотрел ход исследований метода адсорбции, метода продувки, метода коагуляционного осаждения, метода химического осаждения, метода химического окисления, электрохимического метода, метода фотокаталитического окисления, метода обратного осмоса и метода нанофильтрации. чтобы дать справку для практической работы.
2 технологии физической и химической обработки
2.1 Адсорбционный метод
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. Дж. Родригес 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 наибольшей адсорбционной способностью и может снизить ХПК поступающей воды с 1500 мг/л до 191 мг/л. Aghamohammadi et al. [5] добавляли порошкообразный активированный уголь при использовании метода активного 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 также улучшилась скорость удаления аммиачного азота. Чжан Футао и др. [6] изучали адсорбционное поведение активированного угля на формальдегиде, феноле и анилине в фильтрате свалок и результаты показали, что изотерма адсорбции активированного угля соответствует эмпирической формуле Фрейндлиха. Кроме того, в некоторой степени изучены и другие адсорбенты, помимо активированного угля. М. Хиви и др. [7] провели эксперименты по адсорбции угольного шлака с использованием фильтрата со свалки Кайлеталеша в Ирландии. Результаты показали, что после адсорбционной обработки угольного шлака фильтрат со средним значением ХПК 625 мг/л, средним значением БПК 190 мг/л и средним значением 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 адсорбционная обработка активированным углем, заключается в том, что активированный уголь дорог и не имеет простых и эффективных методов регенерации, что ограничивает его продвижение и применение. В настоящее время адсорбционный метод очистки фильтрата мусора носит преимущественно лабораторный характер и требует дальнейших исследований, прежде чем его можно будет применить на практике.
2.2 Метод продувки
Метод продувки заключается во введении газа (газа-носителя) в воду, и после достаточного контакта летучие растворимые вещества в воде переходят в газовую фазу через границу раздела газ-жидкость, тем самым достигая цели удаления загрязняющих веществ. В качестве газа-носителя обычно используется воздух. Содержание аммиачного азота в фильтрате мусора среднего и пожилого возраста относительно велико, и метод продувки позволяет эффективно удалить из него аммиачный азот. С.К. Марттинен и др. [8] использовали метод продувки для очистки аммиачного азота в фильтрате мусора. В условиях рН=11, 20°С и времени гидравлического удерживания 24 часа содержание аммиачного азота снизилось со 150 мг/л до 16 мг/л. Ляо Линьлинь и др. [9] изучили факторы, влияющие на эффективность удаления жидкого аммиака при инфильтрации мусора, и обнаружили, что pH, температура воды и соотношение газ-жидкость оказывают существенное влияние на эффективность удаления. Эффект денитрификации улучшался, когда pH составлял от 10,5 до 11; Чем выше температура воды, тем лучше эффект денитрификации; Когда соотношение газ-жидкость составляет 3000–3500 м3/м3, эффект денитрификации такой же, как показано 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, струйную аэрацию и поверхностную аэрацию, для предварительной обработки фильтрата отгонкой аммиака. Результаты показали, что струйная аэрация эффективна при той же мощности. По зарубежным данным, степень удаления аммиачного азота в фильтрате, обработанном газоэкстракцией в сочетании с другими методами, может достигать 99,5%. Однако эксплуатационные расходы этого метода относительно высоки, а образовавшийся NH3 необходимо удалять путем добавления кислоты в продувочную колонну, иначе это приведет к загрязнению воздуха. Кроме того, в продувочной башне также будет происходить отложение карбонатов.
2.3 Метод коагуляционного осаждения
Метод коагуляционной седиментации — это метод добавления коагулянтов в фильтрат мусора, в результате чего взвешенные вещества и коллоиды в фильтрате агрегируются 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 очистки фильтрата из мусора может обеспечить степень удаления ХПК на 50%, что лучше, чем использование только флокулянтов на основе алюминия. А.А. Таци и др. [11] предварительно обрабатывали фильтрат сульфатом алюминия и хлоридом железа. Для молодого фильтрата самый высокий уровень удаления ХПК составил 38%, когда ХПК входящего потока составлял 70 900 мг/л; Для фильтрата свалок среднего и пожилого возраста степень удаления ХПК может достигать 75%, когда поступающий ХПК составляет 5350 мг/л. Когда pH равен 10 и концентрация коагулянта достигает 2 г/л, степень удаления ХПК может достигать 80%. В последние годы биофлокулянты стали новым направлением исследований. А.И. Зубулис и др. [12] изучали влияние обработки биофлокулянтами фильтрата свалок и обнаружили, что для удаления 85% гуминовой кислоты из фильтрата свалок требуется всего 20 мг/л биофлокулянтов. Метод коагуляционного осаждения является ключевой технологией очистки фильтратов мусора. Его можно использовать как технологию предварительной очистки для снижения нагрузки на процессы последующей обработки, а также как технологию глубокой очистки, чтобы стать гарантией всего процесса очистки [3]. Но его главная проблема — низкая скорость удаления аммиачного азота, образование большого количества химических шламов, а добавление коагулянтов на основе солей металлов может привести к новым загрязнениям. Таким образом, разработка безопасных, эффективных и недорогих коагулянтов является основой повышения эффективности очистки методами коагуляционной седиментации.
2.4 Метод химического осаждения
Метод химического осаждения заключается в добавлении определенного химического вещества к фильтрату мусора, образовании осадка в результате химической реакции, а затем его отделении для достижения цели очистки. Согласно данным, гидроксид-ионы щелочных веществ, таких как гидроксид кальция, могут осаждаться вместе с ионами металлов, что позволяет удалить от 90% до 99% тяжелых металлов в фильтрате и от 20% до 40% ХПК. Метод осаждения птичьего помета широко используется в методах химического осаждения. Метод осаждения птичьего гуано, также известный как метод осаждения фосфатом аммония-магния, включает добавление Mg2+, PO43- и щелочных агентов в фильтрат мусора для реакции с определенными веществами и образования осадка. XZ Ли и др. [13] добавляли в фильтрат из мусора MgCl2 · 6H2O и Na2HPO4 · 12H2O. При соотношении Mg2+ к NH4+ и PO43- 1:1:1 и pH 8,45-9 содержание аммиачного азота в исходном фильтрате снижалось с 5600 мг/л до 110 мг/л в течение 15 минут. И. Озтюрк и др. [14] использовали этот метод для очистки фильтрата анаэробного сбраживания. Когда ХПК входящего потока составлял 4024 мг/л, а аммиачного азота - 2240 мг/л, степень удаления сточных вод достигала 50% и 85% соответственно. Б. Калли и др. [15] с помощью этого метода также достигли степени удаления аммиачного азота на 98%. Метод химического осаждения прост в использовании, а образующийся осадок содержит такие компоненты удобрений, как N, P, Mg и органические вещества. Однако осадок может содержать токсичные и вредные вещества, представляющие потенциальную опасность для окружающей среды.
2.5 Метод химического окисления
Метод химического окисления может эффективно разлагать неподатливые органические соединения в фильтрате и улучшать биоразлагаемость фильтрата, что полезно для последующей биологической очистки. Поэтому он широко используется для очистки фильтратов среднего и пожилого возраста с плохой биоразлагаемостью. Передовые технологии окисления могут генерировать сильно окисляющие · OH, которые позволяют более эффективно очищать фильтрат из мусора, в основном включая метод Фентона, метод окисления озоном и т. д. A. Lopez et al. [16] использовали метод Фентона для очистки фильтрата мусора. Результаты показали, что в условиях дозировки Fe2+ 275 мг/л, дозировки H2O2 3300 мг/л, pH 3 и времени реакции 2 часа соотношение B/C увеличивалось с 0,2 до 0,5; При дозировке Fe2+ 830 мг/л и дозировке H2O2 10000 мг/л скорость удаления ХПК может достигать 60%, снижаясь с 10540 мг/л до 4216 мг/л. Е Шаофан и др. [17] использовали синергетическую глубокую очистку фильтрата из мусора, адсорбцию активированным углем Фентона. Метод добавления адсорбционного активированного угля в течение 30 минут, а затем добавления реагента Фентона в течение 150 минут позволяет достичь наилучшего эффекта удаления ХПК. С. Кортес и др. [18] обрабатывали выдержанный мусорный фильтрат методом O3/H2O2. При скорости поступления O3 5,6 г/ч, дозировке H2O2 400 мг/л, pH 7, времени реакции 1 час, средний ХПК стоков составлял 340 мг/л, а скорость удаления достигала 72%, B/C увеличилась с 0,01 до 0,24, а аммиачный азот снизился с 714 мг/л до 318 мг/л. Метод Фентона недорог и прост в эксплуатации, но требует условий с низким pH и разделения ионов в очищенных сточных водах. Стоимость метода озонового окисления относительно высока, а промежуточные продукты, образующиеся в процессе реакции, могут повысить токсичность фильтрата. Необходимы дальнейшие исследования для адаптации к все более строгим экологическим требованиям.
2.6 Электрохимический метод
Электрохимический метод — это процесс, при котором загрязняющие вещества в фильтрате мусора непосредственно подвергаются электрохимическим реакциям на электродах под действием электрического поля или вступают в окислительно-восстановительные реакции с использованием · OH и ClO, образующихся на поверхности электрода. В настоящее время широко используется электролитическое оксидирование. П.Б. Мораес и др. [19] использовали электролитический реактор непрерывного действия для очистки фильтрата мусора. При скорости входящего потока 2000 л/ч, плотности тока 0,116 А/см2, времени реакции 180 мин, ХПК входящего потока 1855 мг/л, ТОС 1270 мг/л и аммиачного азота 1060 мг/л. L степень удаления стоков достигла 73%, 57% и 49% соответственно. Н.Н. Рао и др. [20] использовали реактор с трехмерным угольным электродом для очистки фильтрата с высоким содержанием ХПК (17-18400 мг/л) и высоким содержанием аммиачного азота (1200-1320 мг/л). После 6 часов реакции степень удаления ХПК составила 76–80%, а степень удаления аммиачного азота могла достигать 97%. Э. Турро и др. [21] изучали факторы, влияющие на электролитическое окисление фильтрата свалок, используя Ti/IrO2-RuO2 в качестве электрода и HClO4 в качестве электролита. Результаты показали, что время реакции, температура реакции, плотность тока и pH являются основными факторами, влияющими на эффект лечения. В условиях температуры 80 ℃, плотности тока 0,032 А/см2 и рН=3 время реакции составило 4 часа, ХПК снизился с 2960 мг/л до 294 мг/л, ТОС снизился с 1150 мг/л. до 402 мг/л, а степень удаления цвета может достигать 100%. Электрохимический метод отличается простотой процесса, высокой управляемостью, небольшой занимаемой площадью и не создает вторичного загрязнения в процессе очистки. Недостатком является то, что он потребляет электроэнергию и требует высоких затрат на лечение. В настоящее время большинство из них находятся в масштабах лабораторных исследований.
2.7 Фотокаталитическое окисление
Фотокаталитическое окисление — это новый тип технологии очистки воды, который лучше справляется с некоторыми особыми загрязнителями, чем другие методы, и поэтому имеет хорошие перспективы применения при глубокой очистке фильтрата из 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 УФ-фотокаталитического окисления степень удаления ХПК из фильтрата достигла 86%, соотношение B/C увеличилось с 0,09 до 0,14, степень удаления аммиачного азота составила 71%, а степень удаления цветности составила 90%; После завершения реакции можно восстановить 85% TiO2. Р. Поблете и др. [23] использовали побочные продукты производства диоксида титана (в основном состоящие из TiO2 и Fe) в качестве катализаторов и сравнивали их с коммерческим TiO2 с точки зрения типа катализатора, скорости удаления упорных органических веществ, загрузки катализатора и времени реакции. Результаты показали, что побочный продукт обладает более высокой активностью и лучшим эффектом очистки и может использоваться в качестве катализатора фотокаталитического окисления. Исследование показало, что содержание неорганических солей может влиять на эффективность фотокаталитического окисления при очистке фильтрата из мусора. Дж. Вишневский и др. [24] изучали влияние неорганических солей на фотокаталитическое окисление гуминовых кислот в фильтрате с использованием суспендированного 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 фотокаталитическое окисление. эффективность. Фотокаталитическое окисление имеет такие преимущества, как простота эксплуатации, низкое энергопотребление, устойчивость к нагрузкам и отсутствие загрязнения. Однако для его практической эксплуатации необходимо изучить тип и конструкцию реактора, эффективность и срок службы катализатора, коэффициент использования световой энергии.
2.8 Обратный осмос (ОО)
Мембрана RO обладает селективностью по отношению к растворителям, используя разницу давлений по обе стороны мембраны в качестве движущей силы для преодоления осмотического давления растворителей, тем самым отделяя различные вещества в фильтрате от мусора. Фангюэ Ли и др. [25] использовали спиральную мембрану обратного осмоса для очистки фильтрата со свалки Коленфельд в Германии. ХПК снизился 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; Степень 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. Л.Д. Пальма и др. [26] сначала перегнали фильтрат из мусора, а затем обработали его мембраной обратного осмоса, снизив поступающий ХПК с 19 000 мг/л до 30,5 мг/л; Скорость удаления аммиачного азота наиболее высока при pH 6,4, снижаясь с 217,6 мг/л до 0,71 мг/л.м. R et al. [27] провели пилотный эксперимент по очистке фильтрата от мусора с использованием двухступенчатых мембран обратного осмоса непрерывного действия и обнаружили, что скорость удаления аммиачного азота была максимальной при достижении рН 5, снижаясь со 142 мг/л до 8,54 мг/л. Метод обратного осмоса обладает высокой эффективностью, продуманным управлением, легко контролируется автоматически и все чаще применяется при очистке фильтратов из мусора. Однако стоимость мембраны относительно высока, и для снижения нагрузки на мембрану требуется предварительная обработка фильтрата перед использованием, в противном случае мембрана склонна к загрязнению и закупорке, что приводит к резкому снижению эффективности очистки.
2.9 Нанофильтрация (НФ)
Мембрана NF имеет две существенные характеристики: она имеет микропористую структуру размером около 1 нм, способную перехватывать молекулы с молекулярной массой 200-2000 ед.; Сама мембрана NF заряжена и имеет определенную степень удержания неорганических электролитов. Х.К. Якопович и др. [28] сравнили NF UF. Удаление органических веществ из фильтрата свалок с использованием трех озоновых технологий показало, что в лабораторных условиях различные УФ-мембраны могут обеспечить степень удаления ХПК 23% для выдержанного фильтрата свалок; Степень удаления ХПК озоном может достигать 56%; Уровень удаления новых песен Джея Чоу на COD by NF может достигать 91%. NF также обладает относительно идеальным эффектом удаления ионов в фильтрате. Л.Б. Чаудхари и др. [29] использовали NF-300 для очистки электролитов в старом фильтрате со свалки Гуджарат в Индии. Содержание сульфатов в двух опытных водах составило 932 и 886 мг/л соответственно, а хлорид-ионов – 2268 и 5426 мг/л соответственно. Результаты эксперимента показали, что степень удаления сульфата составила 83% и 85% соответственно, а степень удаления хлорид-ионов - 62% и 65% соответственно. Исследование также показало, что скорость удаления Cr3+, Ni2+, Cu2+ и Cd2+ мембраной NF достигает 99%, 97%, 97%, 96%. NF в сочетании с другими процессами дает лучший эффект после лечения. Т. Робинсон [30] использовал комбинированный процесс MBR+NF для очистки фильтрата из Бикон-Хилл, Великобритания. ХПК 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 после длительного использования мембрана будет накипи, что повлияет на ее характеристики, такие как поток мембраны и скорость удержания. Для применения этого подхода в инженерной практике необходимы дальнейшие исследования.
3 Заключение
Вышеупомянутые технологии физико-химической очистки позволяют достичь определенных результатов, но существует и множество проблем, таких как регенерация адсорбентов, восстановление катализаторов фотокаталитического окисления, высокая энергозатратность электрохимических методов, загрязнение мембран. Таким образом, фильтрату из мусора трудно соответствовать национальным стандартам выбросов за счет одной физической и химической обработки, и процесс его очистки должен представлять собой комбинацию нескольких технологий очистки. Полный процесс очистки фильтрата общего мусора должен состоять из трех частей: предварительная обработка, основная обработка и глубокая очистка. 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. В качестве основной обработки следует 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 этапов очистки некоторые загрязняющие вещества могут все еще существовать, поэтому необходима глубокая очистка, которую можно достичь с помощью таких методов, как фотокаталитическое окисление, адсорбция, мембранное разделение и т. д.
Из-за сложного состава фильтрата и его изменчивости во времени и месте в практической инженерии необходимо сначала измерить состав и подробно проанализировать его характеристики, прежде чем обрабатывать фильтрат, а также выбирать соответствующие методы очистки. В настоящее время технологии очистки фильтрата мусора имеют свои преимущества и недостатки. Таким образом, модернизация и преобразование существующих технологий, разработка новых и эффективных технологий очистки, а также усиление интеграционных исследований и разработок между различными технологиями (такими как интеграция технологии фотокаталитического окисления и технологии биохимической очистки, интеграция метода осаждения и мембранной обработки) в Чтобы повысить общую эффективность очистки фильтрата и снизить инвестиционные и эксплуатационные затраты, они будут в центре внимания будущих исследований фильтрата из мусора.
