【分析】垃圾渗滤液处理技术特点及发展趋势

垃圾渗滤液是城市生活垃圾卫生填埋后产生的二次污染。在大气降水和垃圾自身降解等作用下 ,直接或间接地污染地表径流 ,以及污染地下水体 ,极大地影响了人们对自然水体的利用。为保护自然环境 ,切实保证人们正常的生产、生活 ,对垃圾渗滤液进行有效、合理地污染治理成为一项势在必行并且异常艰巨的任务。

1、垃圾渗滤液的性质

垃圾渗滤液的产生受众多因素影响 ,根据几个主要的产生来源 (降水、地下水侵入、垃圾组成结构、填埋场顶部的地表径流和水分蒸发等 )分析 ,渗滤液不仅水量变化大 ,而且不呈周期性变化 ,由此引起了水质的较大变化。污染物种类繁多 ,渗滤液中可检出几十种有机污染物 ,包括单环芳烃类、多环芳烃类、杂环类、烷烃及烯烃类、醇及酚类、酮类、羧酸及酯类、胺等 ,污染物浓度高 ,浓度变化范围大。不仅如此 ,垃圾渗滤液水质也会由垃圾填埋场场龄的不同 ,各有特点 ,生物难降解有机物的比重呈直线上升趋势。Chian和Scott等人对渗滤液水质与垃圾填埋场场龄规律进行了研究并得出结论 :场龄小于5a的垃圾渗滤液水质特点是pH值较低 ,CODcr和BOD5浓度较高 ,且BOD5/CODcr的比值较高,且BOD5/ CODcr 的比值较高,同时各类重金属离子的浓度也较高;场龄大于5 a 以上的渗滤液的主要水质特点是pH值接近中性, CODcr 和BOD5 浓度相对较低, 且BOD5/ CODcr 的比值较低,而NH3 - N浓度较高,重金属离子浓度则开始下降。

2、垃圾渗滤液处理工艺

垃圾渗滤液的处理方法主要包括物理化学法、生物法两大类。

2. 1 物理化学法

主要有化学沉淀、膜分离技术、化学氧化、光电催化氧化等多种方法。

2. 1. 1 化学沉淀法

以水玻璃、硫酸、硫酸铝和废铁屑为原料制出的聚硅酸硫酸铝铁类混凝剂(PSAFCA) 处理垃圾渗滤液, 结果表明: 沉淀处理后垃圾渗滤液CODcr 去除率达58%, 如果结合臭氧氧化渗滤液,CODcr 去除率可达70. 6%,BOD5 去除率达75. 4%,色度去除率为94%。A. A. Tatsi 等使用铁系、铝系混凝剂对不同场龄的垃圾渗滤液进行了研究,研究表明, 在pH为10 的条件下, 投加2 g/ L 的铁系混凝剂,垃圾渗滤液CODcr 去除率可达80%。

化学沉淀对于重金属离子的去除是比较有效的, 但该法对于去除渗滤液中的其它有机污染物是不完全的, 处理后废水的CODcr 值仍然远远高于国家有关的排放标准。为此,该法不能作为单一工艺来处理垃圾渗滤液, 同时沉淀物的后处理仍将带来新的问题。

2. 1. 2 膜分离技术

国外正逐渐采用新型的膜分离技术处理和净化垃圾渗滤液, 其中反渗透(RO) 分离技术的应用最为广泛,并取得了很好的效果。1977 年,Chian 和Krug 相继肯定了反渗透技术处理渗滤液是最有效方法之一。Hurd 等选用3 种低压聚酰胺RO膜处理TrailRoad 垃圾填埋场渗滤液的试验结果表明, 透过液的流量取决于操作压力大小及TOC 的浓度,当操作压力小于1. 03 ×106 Pa 时,透过液的流量为26 L/ (m2 •h) ～54 L/ (m2 •h) , TOC和Cl -的去除率> 96% ,NH3 - N的去除率> 88%。

膜分离污染物的效果是显而易见的, 经分离后的出水能够达到国家相应的排放标准, 该法能连续化操作, 机械化程度高, 易于管理, 水质的不稳定性对膜处理效果的影响较小。但该技术在国内迟迟不能被用于实际工程, 究其原因为膜材料成本高,且膜在处理这种受污染较严重的水体时,膜极易被污染,较难清洗,难以再次利用。开发一种成本低廉的膜产品以及相应的膜清洗技术对该法的实际工程应用价值的提高具有深远意义。

2. 1. 3 化学氧化法

化学氧化法是利用强氧化剂将废水中的有机物氧化成小分子的碳氢化合物或完全矿化成CO2和H2O ,H2O2 和O3 是最常用的两种氧化剂。

以活性炭作催化剂、H2O2 作氧化剂处理垃圾渗滤液。结果表明,在H2O2/ CODcr = 1. 5 ,活性炭/ H2O2 = 0. 6 , pH值为2 的条件下反应可以在180 min 内结束,其中CODcr 及色度的去除率分别为82. 8 %和85. 5 %。国外也有人以Fenton’ s 试剂对处于成熟期的垃圾填埋场的渗滤液的预处理效果进行了研究。研究表明:CODcr 初始浓度为10540 mg/ L , 经Fenton’ s 试剂预处理后, CODcr 的去除率达到60 % ,B/ C也由原来的0. 2 变为0. 5 , 大大提高了渗滤液的可生化性。

O3 的氧化能力比氯强,能迅速而广泛地氧化分解水中大部分有机物。但是O3极易分解,且它只能将大分子有机物质氧化成小分子有机物质, 而不能将大分子有机物质氧化成CO2和H2O。垃圾渗滤液中Cl -浓度较高, 如用H2O2和O3 化学氧化处理, 极有可能在氧化有机物的同时, 产生具有较大毒性的氯代有机物, 非但不能彻底去除渗滤液中有机物污染,更大程度上加重了对水体的污染。

2. 1. 4 光、电催化氧化法

光催化氧化反应是利用光催化半导体TiO2在紫外光照下, 使得TiO2 产生电子空穴, 在吸附H2O 后, 形成吸附态的•OH, •OH基团是一种具有强氧化活性的自由基,它与有机物结合后,能够很快发生氧化- 还原反应, 达到降解有机物的目的。电催化氧化反应的基本原理也与光催化氧化反应类似,不同之处就是能量的来源是电能,并且能量的大小可以通过电流密度的调节实现。

采用光催化氧化法对垃圾渗滤液深度处理的研究表明:投加一定量的TiO2 后,反应时间控制在1. 5 ～2 h ,具有较好的处理效果,一般CODcr 去除率可达40 %～50 % ,脱色率可达70 %～80 %。国外采用TiO2 作光催化半导体处理垃圾渗滤液也有类似的报道, 有人分别使用H2O2、O3 和紫外/ 可见光3 种光增强氧化法对渗滤液的作用,经处理后,渗滤液CODcr 的去除率为40 %～50 % ,脱色率70 %～80 %。

采用电解氧化法对垃圾渗滤液进行深度处理的研究结果表明, 电解氧化过程中,NH3 - N优先于CODcr 被氧化去除, CODcr 去除率为90. 6 % ,NH3 - N的去除率为100 %。同样,CossuR 以Ti/ PbO2 和Ti/ SnO2 作为阳极材料, CODcr 值从1 200 mg/ L 降到150 mg/ L , 去除率达到87. 5 % ,NH3 - N基本能够完全地被去除。

光、电催化氧化反应同样也存在着运行费用高这一主要缺点,有机物降解的快慢与•OH基团产生的数量、快慢有直接的关系, 有资料表明, •OH基团与有机物的反应为一级反应,其反应速度与•OH基团以及有机污染物的浓度都直接相关,在工程处理中, 为达到一定的光、电催化氧化效果,提高•OH基团的浓度,势必加大电能的消耗,根据Cossu R 的电解实验,电流的有效利用率仅为30 %。欲采用该方法处理渗滤液,其首要问题是提高电流的利用效率, 所以选择优良的电极材料以及设计•OH基团时空产率高的光、电催化反应器已经成为该法处理渗滤液的两大主要研究方向。

延伸阅读：

老大难：垃圾渗滤液6类生物处理工艺方法的综合分析