Kenmerken van percolaat uit afval
Percolaat uit afval verwijst naar het afvalwater dat wordt gegenereerd tijdens het stapel- en stortproces als gevolg van fermentatie, neerslaguitloging, oppervlaktewater en grondwaterinfiltratie. De samenstelling van percolaat uit afval wordt beïnvloed door factoren zoals de samenstelling van het afval, storttijd, storttechnologie en klimatologische omstandigheden, waarvan de storttijd de belangrijkste beïnvloedende factor is. Als ze worden geclassificeerd op basis van de leeftijd van de stortplaats, worden over het algemeen die met een storttijd van minder dan 1 jaar beschouwd als jong percolaat, die met een storttijd van 1-5 jaar worden beschouwd als middeloud percolaat en die met een storttijd van meer dan 5 jaar worden beschouwd als oud percolaat [1]. Tabel 1 toont de kenmerken van verschillende soorten percolaat uit afval [2].
De waterkwaliteit van afval heeft over het algemeen de volgende kenmerken: (1) complexe samenstelling, met verschillende organische verontreinigende stoffen, metalen en voedingsstoffen voor planten; (2) de concentratie organische verontreinigende stoffen is hoog, waarbij COD en BOD tienduizenden mg/L bereiken; (3) er zijn veel soorten metalen, waaronder meer dan 10 soorten metaalionen; (4) een hoog ammoniakstikstofgehalte en een breed scala aan variaties; (5) de samenstelling en concentratie zullen seizoensgebonden veranderingen ondergaan [2]
Momenteel vertrouwen de behandelingsmethoden voor afvalwater uit afval voornamelijk op biologische methoden. Jong afvalwater heeft een hoger gehalte aan gemakkelijk biologisch afbreekbaar organisch materiaal, een hogere B/C-verhouding en een lagere ammoniakstikstof, waardoor het geschikt is om biologische methoden voor behandeling te gebruiken. Naarmate de leeftijd van de stortplaats echter toeneemt, zal de biologische afbreekbaarheid van het afvalwater afnemen en zal de ammoniakstikstof aanzienlijk toenemen, wat de effectiviteit van biologische behandeling zal belemmeren. Daarom is het niet geschikt om biologische behandeling rechtstreeks te gebruiken voor afvalwater van middelbare en oudere leeftijd. Bovendien zijn biologische methoden gevoelig voor veranderingen in temperatuur, waterkwaliteit en waterhoeveelheid en kunnen ze moeilijk biologisch afbreekbaar organisch materiaal niet behandelen. De fysisch-chemische methode heeft een goed verwijderingseffect op afvalwater met een slechte biologische afbreekbaarheid en een hoog ammoniakstikstofgehalte en wordt niet beïnvloed door veranderingen in waterkwaliteit en -kwantiteit. De kwaliteit van het afvalwater is relatief stabiel en wordt veel gebruikt voor voorbehandeling en diepe behandeling van afvalwater. Op basis van bestaande fysische en chemische behandelingstechnologieën heeft de auteur de onderzoeksvoortgang van de adsorptiemethode, de blow-offmethode, de coagulatieprecipitatiemethode, de chemische neerslagmethode, de chemische oxidatiemethode, de elektrochemische methode, de fotokatalytische oxidatiemethode, de omgekeerde osmose en de nanofiltratiemethode beoordeeld om enige referentie voor praktisch werk te bieden.
2 Fysische en chemische verwerkingstechnologieën
2.1 Adsorptie
Adsorptiemethode is het gebruik van het adsorptie-effect van poreuze vaste stoffen om giftige en schadelijke stoffen zoals organische stoffen en metaalionen in percolaat uit afval te verwijderen. Momenteel is het onderzoek naar adsorptie van actieve kool het meest uitgebreid. J. Rodríguez et al. [4] bestudeerden de adsorptie van anaëroob behandeld percolaat met behulp van actieve kool, hars XAD-8 en hars XAD-4. De resultaten toonden aan dat actieve kool de sterkste adsorptiecapaciteit had en de COD van influent kon verlagen van 1500 mg/L tot 191 mg/LN Aghamohammadi et al. [5] voegden actieve koolpoeder toe bij gebruik van de geactiveerde slibmethode om percolaat uit afval te behandelen. De resultaten toonden aan dat de verwijderingssnelheden van COD en kleurkwaliteit bijna twee keer zo hoog waren als die zonder actieve kool, en de verwijderingssnelheid van ammoniakstikstof werd ook verbeterd. Zhang Futao et al. [6] bestudeerde het adsorptiegedrag van actieve kool op formaldehyde, fenol en aniline in stortplaats-percolaat, en de resultaten toonden aan dat de adsorptie-isotherm van actieve kool overeenkomt met de empirische formule van Freundlich. Daarnaast zijn ook andere adsorbentia dan actieve kool in enige mate bestudeerd. M. Heavey et al. [7] voerden adsorptie-experimenten uit met kolenslak met behulp van percolaat van de stortplaats Kyletalesha in Ierland. De resultaten toonden aan dat na adsorptiebehandeling van kolenslak het percolaat met een gemiddelde COD van 625 mg/L, een gemiddelde BOD van 190 mg/L en een gemiddelde ammoniakstikstof van 218 mg/L een COD-verwijderingspercentage had van 69%, een BOD-verwijderingspercentage van 96,6% en een ammoniakstikstofverwijderingspercentage van 95,5%. Vanwege de overvloedige en hernieuwbare kolenslakbronnen, zonder secundaire vervuiling, heeft het goede ontwikkelingsvooruitzichten. Het grootste probleem bij adsorptiebehandeling met actieve kool is dat actieve kool duur is en dat er geen eenvoudige en effectieve regeneratiemethoden zijn, wat de promotie en toepassing ervan beperkt. Momenteel is de adsorptiemethode voor de behandeling van percolaat uit afval meestal op laboratoriumschaal en vereist verder onderzoek voordat het in de praktijk kan worden toegepast.
2.2 Blow-off-methode
De blow-off-methode is om gas (dragergas) in water te introduceren en na voldoende contact worden de vluchtige oplosbare stoffen in het water via de gas-vloeistofinterface naar de gasfase overgebracht, waardoor het doel van het verwijderen van verontreinigende stoffen wordt bereikt. Lucht wordt vaak gebruikt als dragergas. Het ammoniakstikstofgehalte in het percolaat van afval van middelbare en oudere leeftijd is relatief hoog en de blow-off-methode kan de ammoniakstikstof er effectief uit verwijderen. SK Marttinen et al. [8] gebruikten de blow-off-methode om ammoniakstikstof in percolaat van afval te behandelen. Onder de omstandigheden van pH = 11, 20 ° C en een hydraulische retentietijd van 24 uur, daalde de ammoniakstikstof van 150 mg/L tot 16 mg/L. Liao Linlin et al. [9] bestudeerden de factoren die de efficiëntie van vloeibare ammoniakstripping bij afvalinfiltratie beïnvloeden en ontdekten dat pH, watertemperatuur en gas-vloeistofverhouding een aanzienlijke impact hadden op de stripping-efficiëntie. Het denitrificatie-effect werd verbeterd wanneer de pH tussen 10,5 en 11 lag; Hoe hoger de watertemperatuur, hoe beter het denitrificatie-effect; Wanneer de gas-vloeistofverhouding 3000~3500 m3/m3 is, is het denitrificatie-effect zoals getoond in Jay Chou's nieuwe lied; De concentratie van ammoniakstikstof heeft weinig effect op de blaasefficiëntie. Wang Zongping et al. [10] gebruikten drie methoden, namelijk straalbeluchting, straalbeluchting en oppervlaktebeluchting, om percolaat voor te behandelen met ammoniakstripping. De resultaten toonden aan dat straalbeluchting effectief was bij hetzelfde vermogen. Volgens buitenlandse gegevens kan het verwijderingspercentage van ammoniakstikstof in percolaat dat is behandeld met gasextractie in combinatie met andere methoden oplopen tot 99,5%. De bedrijfskosten van deze methode zijn echter relatief hoog en de gegenereerde NH3 moet worden verwijderd door zuur toe te voegen in de afblaastoren, anders veroorzaakt het luchtvervuiling. Bovendien zal er ook carbonaataanslag optreden in de afblaastoren.
2.3 Coagulatieprecipitatiemethode
De coagulatie-sedimentatiemethode is een methode om coagulanten toe te voegen aan het percolaat van afval, waardoor zwevende vaste stoffen en colloïden in het percolaat aggregeren en vlokken vormen, en deze vervolgens te scheiden. Aluminiumsulfaat, ijzersulfaat, ijzerchloride en andere anorganische flocculanten worden veel gebruikt. Onderzoeken hebben aangetoond dat het gebruik van alleen ijzergebaseerde flocculanten om percolaat van afval te behandelen een COD-verwijderingspercentage van 50% kan bereiken, wat beter is dan het gebruik van alleen aluminiumgebaseerde flocculanten. AA Tatsi et al. [11] behandelden het percolaat voor met aluminiumsulfaat en ijzerchloride. Voor jong percolaat was het hoogste COD-verwijderingspercentage 38% wanneer de influent COD 70-900 mg/L was; voor stortplaatspercolaat van middelbare en oudere leeftijden kan het COD-verwijderingspercentage 75% bereiken wanneer de influent COD 5350 mg/L is. Wanneer de pH 10 is en het coagulant 2 g/L bereikt, kan de COD-verwijderingssnelheid oplopen tot 80%. De laatste jaren zijn bioflocculanten een nieuwe onderzoeksrichting geworden. AI Zouboulis et al. [12] bestudeerden het behandelingseffect van bioflocculanten op stortplaatspercolaat en ontdekten dat slechts 20 mg/L bioflocculanten nodig was om 85% van het humuszuur uit stortplaatspercolaat te verwijderen. De coagulatieprecipitatiemethode is een belangrijke technologie voor de behandeling van percolaat van afval. Het kan worden gebruikt als een voorbehandelingstechnologie om de last van nabehandelingsprocessen te verminderen, en als een diepe behandelingstechnologie om de garantie te worden van het hele behandelingsproces [3]. Maar het grootste probleem is de lage verwijderingssnelheid van ammoniakstikstof, de generatie van een grote hoeveelheid chemische slib en de toevoeging van metaalzoutcoagulanten kan nieuwe vervuiling veroorzaken. Daarom is het ontwikkelen van veilige, efficiënte en goedkope coagulanten de basis voor het verbeteren van de behandelingsefficiëntie van coagulatiesedimentatiemethoden.
2.4 Chemische neerslagmethode
De chemische neerslagmethode is om een bepaalde chemische substantie toe te voegen aan het percolaat van afval, een neerslag te genereren door een chemische reactie en het vervolgens te scheiden om het doel van de behandeling te bereiken. Volgens gegevens kunnen hydroxide-ionen van alkalische stoffen zoals calciumhydroxide neerslaan met metaalionen, die 90% tot 99% van de zware metalen in percolaat en 20% tot 40% van de COD kunnen verwijderen. De vogelguanosteen-precipitatiemethode wordt veel gebruikt in chemische neerslagmethoden. De vogelguanosteen-precipitatiemethode, ook bekend als de ammoniummagnesiumfosfaat-precipitatiemethode, omvat het toevoegen van Mg2+, PO43- en alkalische middelen aan het percolaat van afval om te reageren met bepaalde stoffen en een neerslag te vormen. XZ Li et al. [13] voegden MgCl2 · 6H2O en Na2HPO4 · 12H2O toe aan het percolaat van afval. Toen de verhouding van Mg2+ tot NH4+ tot PO43- 1:1:1 was en de pH 8,45-9, daalde de ammoniakstikstof in het oorspronkelijke percolaat van 5600 mg/L tot 110 mg/L binnen 15 minuten. I. Ozturk et al. [14] gebruikten deze methode om percolaat van anaërobe vergisting te behandelen. Toen de influent COD 4024 mg/L was en ammoniakstikstof 2240 mg/L, bereikten de verwijderingspercentages van het effluent respectievelijk 50% en 85%. B. Calli et al. [15] bereikten ook een verwijderingspercentage van 98% van ammoniakstikstof met behulp van deze methode. De chemische precipitatiemethode is eenvoudig te bedienen en het gegenereerde neerslag bevat meststofcomponenten zoals N, P, Mg en organisch materiaal. Het neerslag kan echter giftige en schadelijke stoffen bevatten, die potentiële gevaren voor het milieu met zich meebrengen.
2.6 Elektrochemische methode
Elektrochemische methode is een proces waarbij verontreinigende stoffen in percolaat van afval rechtstreeks worden onderworpen aan elektrochemische reacties op elektroden onder invloed van een elektrisch veld, of redoxreacties ondergaan met behulp van · OH en ClO - gegenereerd op het elektrodeoppervlak. Momenteel wordt elektrolytische oxidatie algemeen gebruikt. PB Moraes et al. [19] gebruikten een continue elektrolytische reactor om percolaat van afval te behandelen. Toen de influentstroomsnelheid 2000 L/u was, de stroomdichtheid 0,116 A/cm2 was, de reactietijd 180 min was, de influent COD 1855 mg/L was, TOC 1270 mg/L was en ammoniakstikstof 1060 mg/L was, bereikten de verwijderingspercentages van het effluent respectievelijk 73%, 57% en 49%. NN Rao et al. [20] gebruikte een driedimensionale koolstofelektrodereactor om percolaat te behandelen met een hoge COD (17-18400 mg/L) en hoge ammoniakstikstof (1200-1320 mg/L). Na 6 uur reactie was de COD-verwijderingssnelheid 76% -80% en kon de ammoniakstikstofverwijderingssnelheid oplopen tot 97%. E. Turro et al. [21] bestudeerden de factoren die van invloed zijn op de elektrolytische oxidatiebehandeling van stortplaatspercolaat, waarbij Ti/IrO2-RuO2 als elektrode en HClO4 als elektrolyt werden gebruikt. De resultaten toonden aan dat reactietijd, reactietemperatuur, stroomdichtheid en pH de belangrijkste factoren waren die van invloed waren op het behandelingseffect. Onder de omstandigheden van een temperatuur van 80 ℃, een stroomdichtheid van 0,032 A/cm2 en pH=3, was de reactietijd 4 uur en daalde de COD van 2960 mg/L naar 294 mg/L, daalde de TOC van 1150 mg/L naar 402 mg/L en kon de kleurverwijderingssnelheid 100% bereiken. De elektrochemische methode heeft een eenvoudig proces, sterke controleerbaarheid, kleine voetafdruk en genereert geen secundaire vervuiling tijdens het behandelingsproces. Het nadeel is dat het elektriciteit verbruikt en hoge behandelingskosten heeft. Momenteel bevinden de meeste zich op laboratoriumonderzoekschaal.
2.7 Fotokatalytische oxidatie
Fotokatalytische oxidatie is een nieuw type waterbehandelingstechnologie dat beter is in het behandelen van bepaalde speciale verontreinigende stoffen dan andere methoden, en daarom goede toepassingsvooruitzichten heeft in de diepe behandeling van percolaat uit afval. Het principe van deze methode is om een bepaalde hoeveelheid katalysator aan het afvalwater toe te voegen, vrije radicalen te genereren onder bestraling met licht, en de sterke oxiderende eigenschap van vrije radicalen te gebruiken om het behandelingsdoel te bereiken. De katalysatoren die worden gebruikt bij fotokatalytische oxidatie omvatten voornamelijk titaniumdioxide, zinkoxide en ijzeroxide, waarvan titaniumdioxide veel wordt gebruikt. DE Meeroff et al. [22] voerden experimenten uit met fotokatalytische oxidatie van percolaat met behulp van TiO2 als katalysator. Na 4 uur ultraviolette fotokatalytische oxidatie bereikte de COD-verwijderingssnelheid van percolaat 86%, de B/C-verhouding steeg van 0,09 tot 0,14, de ammoniakstikstofverwijderingssnelheid was 71%, en de chromaticiteitsverwijderingssnelheid was 90%; Nadat de reactie is voltooid, kan 85% van TiO2 worden teruggewonnen. R. Poblete et al. [23] gebruikten bijproducten van de titaniumdioxide-industrie (voornamelijk samengesteld uit TiO2 en Fe) als katalysatoren en vergeleken deze met commercieel TiO2 in termen van katalysatortype, verwijderingssnelheid van recalcitrante organische materie, katalysatorbelading en reactietijd. De resultaten toonden aan dat het bijproduct een hogere activiteit en een beter behandelingseffect had en kon worden gebruikt als katalysator voor fotokatalytische oxidatie. Een onderzoek heeft aangetoond dat het gehalte aan anorganische zouten de effectiviteit van fotokatalytische oxidatie bij de behandeling van percolaat uit afval kan beïnvloeden. J. Wiszniowski et al. [24] bestudeerden het effect van anorganische zouten op de fotokatalytische oxidatie van humuszuur in percolaat met behulp van gesuspendeerd TiO2 als katalysator. Wanneer alleen Cl- (4500 mg/L) en SO42- (7750 mg/L) aanwezig zijn in het percolaat van afval, heeft dit geen invloed op de fotokatalytische oxidatie-efficiëntie van humuszuur, maar de aanwezigheid van HCO3- vermindert de fotokatalytische oxidatie-efficiëntie aanzienlijk. Fotokatalytische oxidatie heeft de voordelen van eenvoudige bediening, laag energieverbruik, belastingweerstand en geen vervuiling. Om het echter in de praktijk te brengen, is het noodzakelijk om het type en ontwerp van de reactor, de efficiëntie en levensduur van de katalysator en de benuttingsgraad van lichtenergie te bestuderen.
2.8 Omgekeerde osmose (RO)
RO-membraan is selectiviteit voor oplosmiddelen, waarbij het drukverschil aan beide zijden van het membraan wordt gebruikt als drijvende kracht om de osmotische druk van oplosmiddelen te overwinnen, waardoor verschillende stoffen in percolaat van afval worden gescheiden. Fangyue Li et al. [25] gebruikten een spiraalvormig RO-membraan om het percolaat van de stortplaats Kolenfeld in Duitsland te behandelen. COD daalde van 3100 mg/L naar 15 mg/L, chloride daalde van 2850 mg/L naar 23,2 mg/L en ammoniakstikstof daalde van 1000 mg/L naar 11,3 mg/L; de verwijderingssnelheden van metaalionen zoals Al3+, Fe2+, Pb2+, Zn2+, Cu2+, enz. overschrijden allemaal 99,5%. Onderzoek heeft aangetoond dat pH een impact heeft op de verwijderingsefficiëntie van ammoniakstikstof. LD Palma et al. [26] destilleerde eerst het percolaat uit het afval en behandelde het vervolgens met een RO-membraan, waardoor de influent COD werd verlaagd van 19000 mg/L naar 30,5 mg/L; De verwijderingssnelheid van ammoniakstikstof is het hoogst bij pH 6,4, afnemend van 217,6 mg/L naar 0,71 mg/LM R et al. [27] voerden een pilot-experiment uit met het zuiveren van percolaat uit afval met behulp van continue RO-membranen in twee fasen en ontdekten dat de verwijderingssnelheid van ammoniakstikstof het hoogst was toen de pH 5 bereikte, afnemend van 142 mg/L naar 8,54 mg/L. De omgekeerde osmosemethode heeft een hoge efficiëntie, een volwassen beheer en is eenvoudig automatisch te regelen, en wordt steeds vaker toegepast bij de behandeling van percolaat uit afval. De membraankosten zijn echter relatief hoog en voorbehandeling van het percolaat vóór gebruik is vereist om de membraanbelasting te verminderen, anders is het membraan gevoelig voor verontreiniging en verstopping, wat resulteert in een scherpe daling van de behandelingsefficiëntie.
2.9 Nanofiltratie (NF)
NF-membraan heeft twee belangrijke kenmerken: het heeft een microporeuze structuur van ongeveer 1 nm, die moleculen met een moleculair gewicht van 200-2000 u kan onderscheppen; Het NF-membraan zelf is geladen en heeft een bepaalde retentiegraad voor anorganische elektrolyten. HK Jakopovic et al. [28] vergeleken de verwijdering van organisch materiaal in stortplaats-percolaat met behulp van drie technologieën: NF, UF en ozon. De resultaten toonden aan dat onder laboratoriumomstandigheden verschillende UF-membranen een COD-verwijderingsgraad van 23% konden bereiken voor Jay Chou's nieuwe lied; De verwijderingsgraad van COD door ozon kan 56% bereiken; De verwijderingsgraad van Jay Chou's nieuwe liedjes op COD door NF kan 91% bereiken. NF heeft ook een relatief ideaal verwijderingseffect op ionen in percolaat. LB Chaudhari et al. [29] gebruikten NF-300 om elektrolyten te behandelen in verouderd percolaat van de stortplaats Gujarat in India. De sulfaatniveaus in de twee experimentele wateren waren respectievelijk 932 en 886 mg/L, en de chloride-ionen waren respectievelijk 2268 en 5426 mg/L. De experimentele resultaten toonden aan dat de verwijderingspercentages van sulfaat respectievelijk 83% en 85% waren, en de verwijderingspercentages van chloride-ionen respectievelijk 62% en 65%. De studie vond ook dat de verwijderingspercentages van Cr3+, Ni2+, Cu2+ en Cd2+ door NF-membraan respectievelijk 99%, 97%, 97% en 96% bereikten. NF gecombineerd met andere processen heeft betere effecten na de behandeling. T. Robinson [30] gebruikte het gecombineerde MBR+NF-proces om het percolaat van Beacon Hill, VK, te behandelen. COD daalde van 5000 mg/L naar onder de 100 mg/L, ammoniakstikstof daalde van 2000 mg/L naar onder de 1 mg/L en SS daalde van 250 mg/L naar onder de 25 mg/L. NF-technologie heeft een laag energieverbruik, een hoge recovery rate en een groot potentieel. Maar het grootste probleem is dat het membraan zal schalen na langdurig gebruik, wat de prestaties zal beïnvloeden, zoals membraanflux en retentiesnelheid. Er is meer onderzoek nodig om het toe te passen in de ingenieurspraktijk.
3 Conclusie
De hierboven genoemde fysische en chemische behandelingstechnologieën kunnen bepaalde resultaten opleveren, maar er zijn ook veel problemen, zoals de regeneratie van adsorbentia, het herstel van fotokatalytische oxidatiekatalysatoren, het hoge energieverbruik van elektrochemische methoden en membraanvervuiling. Daarom is het moeilijk voor percolaat uit afval om te voldoen aan de nationale emissienormen door middel van een enkele fysische en chemische behandeling, en het behandelingsproces zou een combinatie moeten zijn van meerdere behandelingstechnologieën. Het volledige behandelingsproces van algemeen afvalpercolaat zou drie delen moeten omvatten: voorbehandeling, hoofdbehandeling en diepe behandeling. Voorbehandelingsmethoden zoals afblazen, coagulatieprecipitatie en chemische neerslag worden vaak gebruikt om zware metaalionen, ammoniakstikstof, kleurkwaliteit te verwijderen of de biologische afbreekbaarheid van percolaat uit afval te verbeteren. De hoofdbehandeling zou goedkope en zeer efficiënte processen moeten aannemen, zoals biologische methoden, chemische oxidatie en andere gecombineerde processen, met als doel het verwijderen van het grootste deel van de organische materie en het verder verminderen van het gehalte aan verontreinigende stoffen zoals ammoniakstikstof. Na de eerste twee behandelingsfasen kunnen er nog steeds bepaalde verontreinigende stoffen aanwezig zijn. In dat geval is een grondige behandeling noodzakelijk. Deze kan worden uitgevoerd met behulp van methoden zoals fotokatalytische oxidatie, adsorptie, membraanscheiding, enz.
Vanwege de complexe samenstelling van percolaat en de variabiliteit ervan in de tijd en op locatie, is het in de praktijk noodzakelijk om eerst de samenstelling te meten en de kenmerken ervan gedetailleerd te analyseren voordat percolaat wordt behandeld en geschikte behandelingstechnieken worden geselecteerd. Momenteel hebben de behandelingstechnologieën voor percolaat uit afval hun eigen voor- en nadelen. Daarom zal het upgraden en transformeren van bestaande technologieën, het ontwikkelen van nieuwe en efficiënte behandelingstechnologieën en het versterken van het integratieonderzoek en de ontwikkeling tussen verschillende technologieën (zoals de integratie van fotokatalytische oxidatietechnologie en biochemische behandelingstechnologie, de integratie van neerslagmethode en membraanbehandeling) de focus zijn van toekomstig onderzoek naar percolaat uit afval om de algehele behandelingsefficiëntie van percolaat te verbeteren en investerings- en bedrijfskosten te verlagen.
