Caratteristiche del percolato dei rifiuti
Il percolato da rifiuti si riferisce alle acque reflue generate durante il processo di accatastamento e discarica a causa della fermentazione, della lisciviazione delle precipitazioni, dell'infiltrazione delle acque superficiali e delle falde acquifere. La composizione del percolato da rifiuti è influenzata da fattori quali la composizione dei rifiuti, il tempo di discarica, la tecnologia della discarica e le condizioni climatiche, tra cui il tempo di discarica è il fattore di influenza più importante. Se classificati in base all'età del sito di discarica, generalmente quelli con un tempo di discarica inferiore a 1 anno sono considerati percolati giovani, quelli con un tempo di discarica di 1-5 anni sono considerati percolati di mezza età e quelli con un tempo di discarica di oltre 5 anni sono considerati percolati vecchi [1]. La tabella 1 mostra le caratteristiche dei diversi tipi di percolato da rifiuti [2].
La qualità dell'acqua dei rifiuti generalmente ha le seguenti caratteristiche: (1) composizione complessa, contenente vari inquinanti organici, metalli e nutrienti per le piante; (2) la concentrazione di inquinanti organici è elevata, con COD e BOD che raggiungono decine di migliaia di mg/L; (3) ci sono molti tipi di metalli, inclusi più di 10 tipi di ioni metallici; (4) alto azoto ammoniacale e ampia gamma di variazione; (5) la composizione e la concentrazione subiranno cambiamenti stagionali [2]
Attualmente, i metodi di trattamento del percolato dai rifiuti si basano principalmente su metodi biologici. Tra questi, il percolato giovane ha un contenuto più elevato di materia organica facilmente biodegradabile, un rapporto B/C più elevato e un contenuto inferiore di azoto ammoniacale, il che lo rende adatto all'uso di metodi biologici per il trattamento. Tuttavia, con l'aumentare dell'età della discarica, la biodegradabilità del percolato diminuirà e l'azoto ammoniacale aumenterà in modo significativo, il che inibirà l'efficacia del trattamento biologico. Pertanto, non è adatto utilizzare direttamente il trattamento biologico per il percolato di mezza età e anziano. Inoltre, i metodi biologici sono sensibili alle variazioni di temperatura, qualità e quantità dell'acqua e non possono trattare materia organica difficile da biodegradare. Il metodo fisico-chimico ha un buon effetto di rimozione sul percolato di rifiuti con scarsa biodegradabilità e alto contenuto di azoto ammoniacale e non è influenzato dalle variazioni di qualità e quantità dell'acqua. La qualità dell'acqua effluente è relativamente stabile ed è ampiamente utilizzata per il pretrattamento e il trattamento profondo del percolato di rifiuti. Sulla base delle tecnologie di trattamento fisico e chimico esistenti, l'autore ha esaminato i progressi della ricerca sul metodo di adsorbimento, sul metodo di soffiaggio, sul metodo di precipitazione della coagulazione, sul metodo di precipitazione chimica, sul metodo di ossidazione chimica, sul metodo elettrochimico, sul metodo di ossidazione fotocatalitica, sull'osmosi inversa e sul metodo di nanofiltrazione, al fine di fornire un riferimento per il lavoro pratico.
2 Tecnologie di elaborazione fisica e chimica
2.1 Adsorbimento
Il metodo di adsorbimento consiste nell'utilizzare l'effetto di adsorbimento di sostanze solide porose per rimuovere sostanze tossiche e nocive come materia organica e ioni metallici nel percolato dalla spazzatura. Attualmente, la ricerca sull'adsorbimento del carbone attivo è la più estesa. J. Rodrí guez et al. [4] hanno studiato l'adsorbimento del percolato trattato anaerobico utilizzando carbone attivo, resina XAD-8 e resina XAD-4. I risultati hanno mostrato che il carbone attivo aveva la più forte capacità di adsorbimento e poteva ridurre la COD dell'affluente da 1500 mg/L a 191 mg/LN Aghamohammadi et al. [5] hanno aggiunto carbone attivo in polvere quando hanno utilizzato il metodo dei fanghi attivi per trattare il percolato dalla spazzatura. I risultati hanno mostrato che i tassi di rimozione di COD e cromaticità erano quasi il doppio di quelli senza carbone attivo e anche il tasso di rimozione dell'azoto ammoniacale era migliorato. Zhang Futao et al. [6] hanno studiato il comportamento di adsorbimento del carbone attivo su formaldeide, fenolo e anilina nel percolato di discarica e i risultati hanno mostrato che l'isoterma di adsorbimento del carbone attivo è conforme alla formula empirica di Freundlich. Inoltre, sono stati studiati in una certa misura anche adsorbenti diversi dal carbone attivo. M. Heavey et al. [7] hanno condotto esperimenti di adsorbimento di scorie di carbone utilizzando percolato dalla discarica di Kyletalesha in Irlanda. I risultati hanno mostrato che dopo il trattamento di adsorbimento di scorie di carbone, il percolato con una COD media di 625 mg/L, una BOD media di 190 mg/L e un azoto ammoniacale medio di 218 mg/L aveva un tasso di rimozione della COD del 69%, un tasso di rimozione della BOD del 96,6% e un tasso di rimozione dell'azoto ammoniacale del 95,5%. Grazie alle abbondanti e rinnovabili risorse di scorie di carbone, senza inquinamento secondario, ha buone prospettive di sviluppo. Il problema principale affrontato dal trattamento di adsorbimento con carbone attivo è che il carbone attivo è costoso e non dispone di metodi di rigenerazione semplici ed efficaci, il che ne limita la promozione e l'applicazione. Attualmente, il metodo di adsorbimento per il trattamento del percolato dai rifiuti è per lo più su scala di laboratorio e richiede ulteriori ricerche prima di poter essere applicato nella pratica.
2.2 Metodo di soffiaggio
Il metodo di soffiaggio consiste nell'introdurre gas (gas vettore) nell'acqua e, dopo un contatto sufficiente, le sostanze volatili solubili nell'acqua vengono trasferite alla fase gassosa attraverso l'interfaccia gas-liquido, ottenendo così lo scopo di rimuovere gli inquinanti. L'aria è comunemente utilizzata come gas vettore. Il contenuto di azoto ammoniacale nel percolato di rifiuti di mezza età e anziani è relativamente elevato e il metodo di soffiaggio può rimuovere efficacemente l'azoto ammoniacale da esso. SK Marttinen et al. [8] hanno utilizzato il metodo di soffiaggio per trattare l'azoto ammoniacale nel percolato dei rifiuti. Nelle condizioni di pH = 11, 20 ° C e tempo di ritenzione idraulica di 24 ore, l'azoto ammoniacale è diminuito da 150 mg/L a 16 mg/L. Liao Linlin et al. [9] hanno studiato i fattori che influenzano l'efficienza dello stripping dell'ammoniaca liquida nell'infiltrazione dei rifiuti e hanno scoperto che pH, temperatura dell'acqua e rapporto gas-liquido hanno avuto un impatto significativo sull'efficienza dello stripping. L'effetto di denitrificazione è stato migliorato quando il pH era compreso tra 10,5 e 11; Maggiore è la temperatura dell'acqua, migliore è l'effetto di denitrificazione; Quando il rapporto gas-liquido è 3000~3500 m3/m3, l'effetto di denitrificazione è come mostrato nella nuova canzone di Jay Chou; La concentrazione di azoto ammoniacale ha scarso effetto sull'efficienza di soffiaggio. Wang Zongping et al. [10] hanno utilizzato tre metodi, vale a dire aerazione a getto, aerazione a getto e aerazione superficiale, per pretrattare il percolato con stripping dell'ammoniaca. I risultati hanno mostrato che l'aerazione a getto era efficace alla stessa potenza. Secondo dati esteri, il tasso di rimozione dell'azoto ammoniacale nel percolato trattato con estrazione di gas combinato con altri metodi può raggiungere il 99,5%. Tuttavia, il costo operativo di questo metodo è relativamente elevato e l'NH3 generato deve essere rimosso aggiungendo acido nella torre di soffiaggio, altrimenti causerà inquinamento atmosferico. Inoltre, si verificherà anche la formazione di incrostazioni di carbonato nella torre di soffiaggio.
2.3 Metodo di precipitazione della coagulazione
Il metodo di sedimentazione coagulativa è un metodo di aggiunta di coagulanti al percolato di rifiuti, che fa sì che i solidi sospesi e i colloidi nel percolato si aggreghino e formino fiocchi, per poi separarli. Sono comunemente usati solfato di alluminio, solfato ferroso, cloruro ferrico e altri flocculanti inorganici. Studi hanno dimostrato che l'uso di flocculanti a base di ferro da soli per trattare il percolato di rifiuti può raggiungere un tasso di rimozione del COD del 50%, che è migliore rispetto all'uso di flocculanti a base di alluminio da soli. AA Tatsi et al. [11] hanno pretrattato il percolato con solfato di alluminio e cloruro ferrico. Per il percolato giovane, il tasso di rimozione del COD più alto è stato del 38% quando il COD in ingresso era di 70 900 mg/L; per il percolato di discarica di mezza età e anziani, il tasso di rimozione del COD può raggiungere il 75% quando il COD in ingresso è di 5350 mg/L. Quando il pH è 10 e il coagulante raggiunge 2 g/L, il tasso di rimozione del COD può raggiungere l'80%. Negli ultimi anni, i bioflocculanti sono diventati una nuova direzione di ricerca. AI Zouboulis et al. [12] hanno studiato l'effetto del trattamento dei bioflocculanti sul percolato di discarica e hanno scoperto che erano necessari solo 20 mg/L di bioflocculanti per rimuovere l'85% di acido umico dal percolato di discarica. Il metodo di precipitazione della coagulazione è una tecnologia chiave per il trattamento del percolato dai rifiuti. Può essere utilizzato come tecnologia di pretrattamento per ridurre l'onere dei processi di post-trattamento e come tecnologia di trattamento profondo per diventare la garanzia dell'intero processo di trattamento [3]. Ma il suo problema principale è il basso tasso di rimozione dell'azoto ammoniacale, la generazione di una grande quantità di fanghi chimici e l'aggiunta di coagulanti di sali metallici può causare nuovo inquinamento. Pertanto, lo sviluppo di coagulanti sicuri, efficienti e a basso costo è la base per migliorare l'efficienza del trattamento dei metodi di sedimentazione della coagulazione.
2.4 Metodo di precipitazione chimica
Il metodo di precipitazione chimica consiste nell'aggiungere una determinata sostanza chimica al percolato di immondizia, generare un precipitato tramite reazione chimica e quindi separarlo per raggiungere lo scopo del trattamento. Secondo i dati, gli ioni idrossido di sostanze alcaline come l'idrossido di calcio possono precipitare con ioni metallici, che possono rimuovere dal 90% al 99% dei metalli pesanti nel percolato e dal 20% al 40% di COD. Il metodo di precipitazione con pietra di guano di uccello è ampiamente utilizzato nei metodi di precipitazione chimica. Il metodo di precipitazione con pietra di guano di uccello, noto anche come metodo di precipitazione con fosfato di magnesio e ammonio, prevede l'aggiunta di Mg2+, PO43- e agenti alcalini al percolato di immondizia per reagire con determinate sostanze e formare un precipitato. XZ Li et al. [13] hanno aggiunto MgCl2 · 6H2O e Na2HPO4 · 12H2O al percolato di immondizia. Quando il rapporto tra Mg2+ e NH4+ e PO43- era 1:1:1 e il pH era 8,45-9, l'azoto ammoniacale nel percolato originale diminuiva da 5600 mg/L a 110 mg/L entro 15 minuti. I. Ozturk et al. [14] hanno utilizzato questo metodo per trattare il percolato dalla digestione anaerobica. Quando il COD influente era 4024 mg/L e l'azoto ammoniacale era 2240 mg/L, i tassi di rimozione dell'effluente raggiungevano rispettivamente il 50% e l'85%. Anche B. Calli et al. [15] hanno raggiunto un tasso di rimozione del 98% dell'azoto ammoniacale utilizzando questo metodo. Il metodo di precipitazione chimica è semplice da utilizzare e il precipitato generato contiene componenti fertilizzanti come N, P, Mg e materia organica. Tuttavia, il precipitato può contenere sostanze tossiche e nocive, che presentano potenziali rischi per l'ambiente.
2.6 Metodo elettrochimico
Il metodo elettrochimico è un processo in cui gli inquinanti nel percolato dei rifiuti sono direttamente sottoposti a reazioni elettrochimiche sugli elettrodi sotto l'azione di un campo elettrico, o subiscono reazioni redox utilizzando · OH e ClO - generati sulla superficie dell'elettrodo. Attualmente, l'ossidazione elettrolitica è comunemente utilizzata. PB Moraes et al. [19] hanno utilizzato un reattore elettrolitico continuo per trattare il percolato dei rifiuti. Quando la portata dell'affluente era di 2000 L/h, la densità di corrente era di 0,116 A/cm2, il tempo di reazione era di 180 min, il COD dell'affluente era di 1855 mg/L, il TOC era di 1270 mg/L e l'azoto ammoniacale era di 1060 mg/L, i tassi di rimozione dell'effluente hanno raggiunto rispettivamente il 73%, il 57% e il 49%. NN Rao et al. [20] hanno utilizzato un reattore con elettrodi di carbonio tridimensionale per trattare il percolato con COD elevato (17-18400 mg/L) e azoto ammoniacale elevato (1200-1320 mg/L). Dopo 6 ore di reazione, il tasso di rimozione del COD era del 76%-80% e il tasso di rimozione dell'azoto ammoniacale poteva raggiungere fino al 97%. E. Turro et al. [21] hanno studiato i fattori che influenzano il trattamento di ossidazione elettrolitica del percolato di discarica, utilizzando Ti/IrO2-RuO2 come elettrodo e HClO4 come elettrolita. I risultati hanno mostrato che il tempo di reazione, la temperatura di reazione, la densità di corrente e il pH erano i principali fattori che influenzavano l'effetto del trattamento. Nelle condizioni di temperatura di 80 ℃, densità di corrente di 0,032 A/cm2 e pH=3, il tempo di reazione è stato di 4 ore e il COD è diminuito da 2960 mg/L a 294 mg/L, il TOC è diminuito da 1150 mg/L a 402 mg/L e il tasso di rimozione del colore potrebbe raggiungere il 100%. Il metodo elettrochimico ha un processo semplice, una forte controllabilità, un ingombro ridotto e non genera inquinamento secondario durante il processo di trattamento. Lo svantaggio è che consuma elettricità e ha costi di trattamento elevati. Attualmente, la maggior parte di essi è in scala di ricerca di laboratorio.
2.7 Ossidazione fotocatalitica
L'ossidazione fotocatalitica è un nuovo tipo di tecnologia di trattamento delle acque che è migliore nel trattamento di determinati inquinanti speciali rispetto ad altri metodi e quindi ha buone prospettive di applicazione nel trattamento profondo del percolato dai rifiuti. Il principio di questo metodo è quello di aggiungere una certa quantità di catalizzatore alle acque reflue, generare radicali liberi sotto l'irradiazione della luce e utilizzare la forte proprietà ossidante dei radicali liberi per raggiungere l'obiettivo del trattamento. I catalizzatori utilizzati nell'ossidazione fotocatalitica includono principalmente biossido di titanio, ossido di zinco e ossido di ferro, tra cui il biossido di titanio è ampiamente utilizzato. DE Meeroff et al. [22] hanno condotto esperimenti sull'ossidazione fotocatalitica del percolato utilizzando TiO2 come catalizzatore. Dopo 4 ore di ossidazione fotocatalitica ultravioletta, il tasso di rimozione del COD del percolato ha raggiunto l'86%, il rapporto B/C è aumentato da 0,09 a 0,14, il tasso di rimozione dell'azoto ammoniacale era del 71% e il tasso di rimozione della cromaticità era del 90%; Dopo il completamento della reazione, l'85% di TiO2 può essere recuperato. R. Poblete et al. [23] hanno utilizzato sottoprodotti dell'industria del biossido di titanio (composti principalmente da TiO2 e Fe) come catalizzatori e li hanno confrontati con il TiO2 commerciale in termini di tipo di catalizzatore, velocità di rimozione della materia organica recalcitrante, carico del catalizzatore e tempo di reazione. I risultati hanno mostrato che il sottoprodotto aveva un'attività maggiore e un migliore effetto di trattamento e poteva essere utilizzato come catalizzatore per l'ossidazione fotocatalitica. Uno studio ha scoperto che il contenuto di sali inorganici può influenzare l'efficacia dell'ossidazione fotocatalitica nel trattamento del percolato dai rifiuti. J. Wiszniowski et al. [24] hanno studiato l'effetto dei sali inorganici sull'ossidazione fotocatalitica dell'acido umico nel percolato utilizzando TiO2 sospeso come catalizzatore. Quando nel percolato di immondizia sono presenti solo Cl- (4500 mg/L) e SO42- (7750 mg/L), ciò non influisce sull'efficienza dell'ossidazione fotocatalitica dell'acido umico, ma la presenza di HCO3- riduce notevolmente l'efficienza dell'ossidazione fotocatalitica. L'ossidazione fotocatalitica ha i vantaggi di un funzionamento semplice, basso consumo energetico, resistenza al carico e nessun inquinamento. Tuttavia, per metterla in funzione pratica, è necessario studiare il tipo e la progettazione del reattore, l'efficienza e la durata del catalizzatore e il tasso di utilizzo dell'energia luminosa.
2.8 Osmosi inversa (RO)
La membrana RO ha selettività verso i solventi, utilizzando la differenza di pressione su entrambi i lati della membrana come forza motrice per superare la pressione osmotica dei solventi, separando così varie sostanze nel percolato dalla spazzatura. Fangyue Li et al. [25] hanno utilizzato una membrana RO a spirale per trattare il percolato dalla discarica di Kolenfeld in Germania. Il COD è diminuito da 3100 mg/L a 15 mg/L, il cloruro è diminuito da 2850 mg/L a 23,2 mg/L e l'azoto ammoniacale è diminuito da 1000 mg/L a 11,3 mg/L; I tassi di rimozione di ioni metallici come Al3+, Fe2+, Pb2+, Zn2+, Cu2+, ecc. superano tutti il 99,5%. La ricerca ha dimostrato che il pH ha un impatto sull'efficienza di rimozione dell'azoto ammoniacale. LD Palma et al. [26] hanno prima distillato il percolato dalla spazzatura e poi lo hanno trattato con una membrana RO, riducendo il COD influente da 19000 mg/L a 30,5 mg/L; il tasso di rimozione dell'azoto ammoniacale è più alto a pH 6,4, diminuendo da 217,6 mg/L a 0,71 mg/LM R et al. [27] hanno condotto un esperimento pilota sulla purificazione del percolato dalla spazzatura utilizzando membrane RO continue a due stadi e hanno scoperto che il tasso di rimozione dell'azoto ammoniacale era più alto quando il pH raggiungeva 5, diminuendo da 142 mg/L a 8,54 mg/L. Il metodo dell'osmosi inversa ha un'elevata efficienza, una gestione matura ed è facile da controllare automaticamente, e viene sempre più applicato nel trattamento del percolato dalla spazzatura. Tuttavia, il costo della membrana è relativamente elevato ed è necessario un pretrattamento del percolato prima dell'uso per ridurre il carico della membrana, altrimenti la membrana è soggetta a contaminazione e blocco, con conseguente forte diminuzione dell'efficienza del trattamento.
2.9 Nanofiltrazione (NF)
La membrana NF ha due caratteristiche significative: ha una struttura microporosa di circa 1 nm, che può intercettare molecole con un peso molecolare di 200-2000 u; La membrana NF stessa è carica e ha una certa velocità di ritenzione per gli elettroliti inorganici. HK Jakopovic et al. [28] hanno confrontato la rimozione della materia organica nel percolato di discarica utilizzando tre tecnologie: NF, UF e ozono. I risultati hanno mostrato che in condizioni di laboratorio, diverse membrane UF potrebbero raggiungere una velocità di rimozione del COD del 23% per la nuova canzone di Jay Chou; La velocità di rimozione del COD tramite ozono può raggiungere il 56%; La velocità di rimozione delle nuove canzoni di Jay Chou su COD tramite NF può raggiungere il 91%. NF ha anche un effetto di rimozione relativamente ideale sugli ioni nel percolato. LB Chaudhari et al. [29] hanno utilizzato NF-300 per trattare gli elettroliti nel percolato invecchiato dalla discarica del Gujarat in India. I livelli di solfato nelle due acque sperimentali erano rispettivamente 932 e 886 mg/L, e gli ioni cloruro erano rispettivamente 2268 e 5426 mg/L. I risultati sperimentali hanno mostrato che i tassi di rimozione del solfato erano rispettivamente dell'83% e dell'85%, e i tassi di rimozione degli ioni cloruro erano rispettivamente del 62% e del 65%. Lo studio ha anche scoperto che i tassi di rimozione di Cr3+, Ni2+, Cu2+ e Cd2+ tramite membrana NF hanno raggiunto rispettivamente il 99%, il 97%, il 97% e il 96%. NF combinato con altri processi ha migliori effetti post-trattamento. T. Robinson [30] ha utilizzato il processo combinato MBR+NF per trattare il percolato da Beacon Hill, Regno Unito. COD è diminuito da 5000 mg/L a meno di 100 mg/L, azoto ammoniacale è diminuito da 2000 mg/L a meno di 1 mg/L e SS è diminuito da 250 mg/L a meno di 25 mg/L. La tecnologia NF ha un basso consumo energetico, un alto tasso di recupero e un grande potenziale. Ma il problema più grande è che la membrana si incrosterà dopo un uso prolungato, il che ne influenzerà le prestazioni, come il flusso della membrana e il tasso di ritenzione. Sono necessarie ulteriori ricerche per applicarla alla pratica ingegneristica.
3 Conclusion
Le tecnologie di trattamento fisico e chimico sopra menzionate possono ottenere determinati risultati, ma ci sono anche molti problemi, come la rigenerazione degli adsorbenti, il recupero dei catalizzatori di ossidazione fotocatalitica, l'elevato consumo energetico dei metodi elettrochimici e l'incrostazione delle membrane. Pertanto, è difficile che il percolato dei rifiuti soddisfi gli standard nazionali sulle emissioni attraverso un singolo trattamento fisico e chimico e il suo processo di trattamento dovrebbe essere una combinazione di più tecnologie di trattamento. Il processo di trattamento completo del percolato dei rifiuti generici dovrebbe includere tre parti: pretrattamento, trattamento principale e trattamento profondo. I metodi di pretrattamento come lo spurgo, la precipitazione per coagulazione e la precipitazione chimica sono comunemente usati per rimuovere ioni di metalli pesanti, azoto ammoniacale, cromaticità o migliorare la biodegradabilità del percolato dei rifiuti. Il trattamento principale dovrebbe adottare processi a basso costo e ad alta efficienza, come metodi biologici, ossidazione chimica e altri processi combinati, con l'obiettivo di rimuovere la maggior parte della materia organica e ridurre ulteriormente il contenuto di inquinanti come l'azoto ammoniacale. Dopo le prime due fasi di trattamento, potrebbero essere ancora presenti alcuni inquinanti, per cui è necessario un trattamento profondo, che può essere ottenuto mediante metodi quali l'ossidazione fotocatalitica, l'adsorbimento, la separazione a membrana, ecc.
A causa della complessa composizione del percolato e della sua variabilità nel tempo e nella posizione, nell'ingegneria pratica, è necessario prima misurare la composizione e analizzare le sue caratteristiche in dettaglio prima di trattare il percolato e selezionare le tecniche di trattamento appropriate. Attualmente, le tecnologie di trattamento del percolato dai rifiuti hanno i loro vantaggi e svantaggi. Pertanto, l'aggiornamento e la trasformazione delle tecnologie esistenti, lo sviluppo di nuove ed efficienti tecnologie di trattamento e il rafforzamento della ricerca e sviluppo di integrazione tra diverse tecnologie (come l'integrazione della tecnologia di ossidazione fotocatalitica e della tecnologia di trattamento biochimico, l'integrazione del metodo di precipitazione e del trattamento a membrana), al fine di migliorare l'efficienza complessiva del trattamento del percolato e ridurre i costi di investimento e operativi, saranno al centro della futura ricerca sul percolato dai rifiuti.
