Il percolato di rifiuti si riferisce a acque reflue organiche ad alta concentrazione formate dall'umidità contenuta nei rifiuti stessi, pioggia, neve e altra umidità che entrano nella discarica, deducendo la capacità di ritenzione di acqua satura dei rifiuti e coprendo lo strato di terreno e passando attraverso i rifiuti. strato e strato di terreno di copertura.C'è anche acqua accumulata fuoriuscita dai rifiuti preparati per l'incenerimento.
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1、 La fase di generazione del percolato di rifiuti
Le proprietà del percolato dai rifiuti variano con il tempo di funzionamento della discarica, determinate principalmente dal processo di stabilizzazione dei rifiuti in discarica.Il processo di stabilizzazione delle discariche è solitamente suddiviso in cinque fasi, ovvero la fase di aggiustamento iniziale, la fase di transizione, la fase acida, la fase di fermentazione del metano e la fase di maturazione.
1. Fase di adeguamento iniziale: i rifiuti vengono riempiti nella discarica e la fase di stabilizzazione della discarica entra nella fase di adeguamento iniziale.Durante questa fase, i componenti facilmente degradabili presenti nei rifiuti subiscono rapidamente reazioni di biodegradazione aerobica con l'ossigeno trasportato dai rifiuti, generando anidride carbonica (CO2) e acqua, rilasciando una certa quantità di calore.
2. Fase di transizione: durante questa fase, l'ossigeno nella discarica è esaurito e all'interno della discarica iniziano a formarsi condizioni anaerobiche.La degradazione dei rifiuti passa dalla degradazione aerobica alla degradazione anaerobica facoltativa.In questa fase, il nitrato e il solfato presenti nei rifiuti vengono ridotti rispettivamente ad azoto (N2) e idrogeno solforato (H2S) e il pH del percolato inizia a diminuire.
3. Fase di acidificazione: quando nella discarica viene prodotto continuamente gas idrogeno (H2), significa che la stabilizzazione della discarica entra nella fase di acidificazione.In questa fase, i microrganismi che svolgono un ruolo importante nella degradazione dei rifiuti sono batteri anaerobici facoltativi e specializzati.I componenti principali del gas di discarica sono l'anidride carbonica (CO2), il COD del percolato, gli VFA e le concentrazioni di ioni metallici, che continuano a crescere fino a raggiungere valori elevati nella fase intermedia e successivamente a diminuire gradualmente;Il pH continua a diminuire fino a un valore basso e successivamente aumenta gradualmente.
4. Fase di fermentazione del metano: quando il contenuto di H2 nella discarica diminuisce fino a raggiungere un livello basso, la discarica entra nella fase di fermentazione del metano.In questo momento, i batteri metanogeni convertono gli acidi organici e l'H2 in metano.La concentrazione di materia organica, ioni metallici e conduttività diminuiscono rapidamente, con una diminuzione del BOD/COD e una diminuzione della biodegradabilità.Allo stesso tempo, il valore del pH inizia ad aumentare.
5. Fase di maturità: quando i componenti facilmente biodegradabili dei rifiuti della discarica sono sostanzialmente degradati, la discarica entra nella fase di maturità.In questa fase, poiché la stragrande maggioranza dei nutrienti presenti nei rifiuti sono stati scaricati con il percolato, solo una piccola quantità di microrganismi degrada alcune sostanze difficili da degradare presenti nei rifiuti.In questo momento il pH rimane leggermente alcalino e la biodegradabilità del percolato diminuisce ulteriormente.Il BOD/COD sarà inferiore a 0,1.Ma la concentrazione del filtrato è già molto bassa.
2、 Confronto e selezione dei processi di trattamento del percolato
Il trattamento del percolato proveniente dalle discariche urbane è sempre stato un problema molto impegnativo nella progettazione, funzionamento e gestione delle discariche.Il percolato è il prodotto del flusso per gravità dei liquidi nelle discariche, derivato principalmente dalle precipitazioni e dall'acqua contenuta nei rifiuti stessi.A causa dei numerosi fattori che possono influenzare le proprietà del filtrato durante il processo di flusso, inclusi fattori fisici, chimici e biologici, le proprietà del filtrato possono variare in un intervallo considerevole.In generale, il suo valore pH varia da 4 a 9, il COD varia da 2000 a 62000 mg/L e il BOD5 varia da 60 a 45000 mg/L.La concentrazione di metalli pesanti è sostanzialmente coerente con quella delle acque reflue urbane.
3、 Lo stato attuale della tecnologia di trattamento del percolato
I metodi di trattamento del percolato di discarica comprendono metodi fisico-chimici e biologici.I metodi fisici e chimici comprendono principalmente l'adsorbimento di carbone attivo, la precipitazione chimica, la separazione della densità, l'ossidazione chimica, la riduzione chimica, lo scambio ionico, la dialisi a membrana e l'ossidazione umida con sollevamento di gas.Quando il COD è pari a 2.000-4.000 mg/l, il tasso di rimozione del COD tramite metodi fisici e chimici può raggiungere il 50-87%.Rispetto al trattamento biologico, il trattamento fisico e chimico non è influenzato dai cambiamenti nella qualità e quantità dell’acqua e la qualità dell’effluente è relativamente stabile, soprattutto per il percolato con bassi rapporti BOD5/COD (0,07-0,20) che sono difficili da biotrattare.Ha un buon effetto terapeutico.Tuttavia, i metodi fisici e chimici hanno costi di lavorazione elevati e non sono adatti al trattamento di grandi quantità di percolato dai rifiuti.Pertanto, i metodi biologici vengono utilizzati principalmente per il trattamento del percolato dai rifiuti.
I metodi biologici si dividono in trattamento biologico aerobico, trattamento biologico anaerobico e una combinazione dei due.Il trattamento aerobico comprende il processo a fanghi attivi, la vasca di ossidazione e aerazione, la vasca di stabilizzazione aerobica, la tavola rotante biologica e il filtro antigoccia.Il trattamento anaerobico comprende letti di fanghi a riflusso, bioreattori anaerobici immobilizzati, reattori misti e bacini di stabilizzazione anaerobica.
4、 Introduzione al processo di trattamento del percolato
Il percolato di rifiuti ha caratteristiche diverse dai liquami urbani generali, come alte concentrazioni di BOD5 e COD, alto contenuto di metalli, cambiamenti significativi nella qualità e quantità dell’acqua, alto contenuto di azoto ammoniacale e proporzione squilibrata di nutrienti microbici.Tra i metodi di trattamento del percolato, l'abbinamento del percolato con i liquami urbani è il metodo più semplice.Tuttavia, le discariche sono spesso lontane dalle città, per cui vi sono difficoltà specifiche nel combinare il percolato con i liquami urbani per il trattamento, e spesso devono essere trattate separatamente.I metodi di elaborazione comunemente utilizzati sono i seguenti
4.1 Trattamento aerobico
Esistono esperienze di successo nell'uso di metodi aerobici come il metodo dei fanghi attivi, il canale di ossidazione, il bacino di stabilizzazione aerobica e la tavola rotante biologica per trattare il percolato.Il trattamento aerobico può ridurre efficacemente BOD5, COD e azoto ammoniacale e può anche rimuovere altri inquinanti come ferro, manganese e altri metalli.Tra i metodi aerobici, l'aerazione ritardata è il metodo più comunemente utilizzato, così come i bacini di stabilizzazione dell'aerazione e le piattaforme girevoli biologiche (utilizzate principalmente per la rimozione dell'azoto).Di seguito verranno introdotti separatamente.
4.1.1 Metodo a fanghi attivi
Processo tradizionale a fanghi attivi
Il percolato può essere trattato singolarmente o in combinazione con metodi biologici, flocculazione chimica, adsorbimento di carbonio, filtrazione su membrana, adsorbimento di lipidi ed estrazione di gas.Tra questi, il metodo a fanghi attivi è ampiamente utilizzato grazie al suo basso costo e all’elevata efficienza.I risultati operativi di diversi impianti di trattamento delle acque reflue a fanghi attivi negli Stati Uniti e in Germania mostrano che aumentando la concentrazione dei fanghi per ridurre il carico organico dei fanghi, il metodo dei fanghi attivi può ottenere risultati soddisfacenti nel trattamento del percolato di discarica.Ad esempio, l'impianto di trattamento delle acque reflue di Fall Township in Pennsylvania, USA, ha un COD di 6.000-21.000 mg/l, un BOD5 di 3.000-1.300 mg/l e un azoto ammoniacale di 200-2.000 mg/l.La concentrazione dei fanghi (MLVSS) del serbatoio di aerazione è 6000-1200 mg/l, ovvero 3-6 volte superiore alla concentrazione generale dei fanghi.Quando il carico organico volumetrico è 1,87 kgBOD5/(m3 · d), il tasso di rimozione di BOD5 è del 97% con F/M compreso tra 0,15 e 0,31 kgBOD5/(kgMLSS · d);Quando il carico organico in volume è 0,3 kg BOD5/(m3 · d), F/M è 0,03-0,05 kg BOD5/(kgMLSS · d) e il tasso di rimozione di BOD5 è del 92%.I dati provenienti dalla fabbrica mostrano che finché la concentrazione del metodo a fanghi attivi viene adeguatamente aumentata, il F/M dovrebbe essere compreso tra 0,03-0,31 kgBOD5/(kgMLSS · d) (non troppo alto) e l'uso del metodo a fanghi attivi può trattare efficacemente il percolato di discarica.
Molti studiosi hanno anche scoperto che i fanghi attivi possono rimuovere il 99% del BOD5 dal percolato e oltre l’80% del carbonio organico può essere rimosso dai fanghi attivi.Anche se il carbonio organico nell'affluente raggiunge i 1.000 mg/l, il biofilm dei fanghi può adattarsi e degradarsi rapidamente.Il sistema a fanghi attivi che funziona a basso carico può rimuovere dall'80% al 90% di COD dal percolato e il BOD5 dell'effluente è inferiore a 20 mg/l.Per il percolato con COD 4.000-13.000 mg/L, BOD 51.600-1.100 mg/L e NH3-N 87-590 mg/L, il metodo misto a fanghi attivi aerobici può raggiungere un tasso di rimozione stabile del COD superiore al 90%.Numerosi sistemi di trattamento del percolato di discarica effettivamente operativi hanno dimostrato che il metodo a fanghi attivi ha effetti di trattamento migliori rispetto ad altri metodi come l'ossidazione chimica.
Processo a fanghi attivi aerobici a basso contenuto di ossigeno
I processi a fanghi attivi migliorati come il processo a fanghi attivi aerobici a basso contenuto di ossigeno e il processo SBR sono più efficaci dei processi a fanghi attivi convenzionali grazie alla loro capacità di mantenere un carico operativo elevato e un consumo in breve tempo.Xu Dimin e altri dell'Università di Tongji hanno utilizzato il metodo dei fanghi attivi aerobici a basso contenuto di ossigeno per trattare il percolato proveniente dalle discariche.L'esperimento ha dimostrato che, in condizioni operative controllate, il percolato proveniente dalle discariche è stato trattato con il metodo dei fanghi attivi aerobici a basso contenuto di ossigeno con risultati eccellenti.I valori medi di COD, BOD5 e SS dell'effluente finale sono diminuiti rispettivamente dai valori originali di 6.466 mg/l, 3.502 mg/l e 239,6 mg/l a COD<300 mg/l, BOD5<50 mg/l (media 13,3 mg/l ) e SS<100 mg/L (media 27,8 mg/L).I tassi di rimozione totali sono rispettivamente COD 96,4%, BOD5 99,6% e SS 83,4%.
Se l'effluente trattato viene ulteriormente coagulato chimicamente con cloruro di alluminio alcalino, il COD dell'effluente può essere ridotto al di sotto di 100 mg/l.
Il metodo a due stadi è anche migliore del metodo biologico generale nel trattamento dell'azoto e del fosforo nel percolato.Il tasso medio di rimozione del fosforo è del 90,5%;Il tasso medio di rimozione dell'azoto è del 67,5%.Inoltre, il funzionamento di questo metodo compensa le carenze del metodo di trattamento biologico anaerobico aerobico a due fasi, in cui il primo stadio forma più NH3-N, rendendo difficile l'esecuzione del secondo stadio e i due trattamenti aerobici richiedono troppo tempo .
Sistema di trattamento composito a fanghi attivi fisico-chimici
A causa dell’elevata percentuale di composti polimerici difficili da degradare nel percolato e dell’effetto inibitorio dei metalli pesanti, per trattare il percolato delle discariche viene comunemente utilizzato un sistema composito che combina metodi chimici biologici e fisici.Per il percolato con BOD5 1500 mg/L, Cl-800 mg/L, durezza (calcolata come CaCO3) 800 mg/L, ferro totale 600 mg/L, azoto organico 100 mg/L, TSS 300 mg/L e SO2-4300 mg/L, alcuni gli studiosi hanno utilizzato questo metodo per il trattamento e hanno scoperto che l'effetto è molto buono.I tassi di rimozione di BOD5, COD, NH3-N e Fe sono rispettivamente del 99%, 95%, 90% e 99,2%.Dopo che l'acqua in ingresso nel sistema passa attraverso il serbatoio di regolazione, può evitare l'elevata concentrazione istantanea di sostanze tossiche e inibire l'attività biologica dei fanghi attivi;L'aggiunta di calce al serbatoio di chiarificazione può rimuovere i metalli pesanti e parte della materia organica;Il serbatoio di sollevamento dell'aria (aerazione, aggiunta di NaOH quando la temperatura è bassa) può rimuovere il 50% dell'NH3-N in ingresso, mantenendo così la concentrazione di NH3 al di sotto del livello inibitorio;A causa della precipitazione del fosforo nelle acque reflue a causa della calce aggiunta e dell'elevato valore del pH, è necessario aggiungere fosforo e sostanze acide;Il sistema a fanghi attivi può essere utilizzato in serie o in parallelo e durante il funzionamento è possibile selezionare metodi di trattamento di aerazione convenzionali o ritardati regolando il rapporto di riflusso dei fanghi, che presenta una grande flessibilità operativa.
