垃圾滲濾液處理工藝及催化劑介紹

隨著我國城鎮化的不斷推進與發展，人口越來越多向城市集中,隨之帶來的問題則是城市生活垃圾的清運量近幾年漲勢明顯，垃圾產生量的增加導致滲濾液產生量也持續增高,隨著我國對地面和地表水環境要求日趨嚴格,垃圾滲濾液是否能夠做到合理處置已成為重要的環境問題。雖然目前我國對垃圾滲濾液的處理方法已有較多研究，但整體工程應用的新技術不夠多。垃圾滲濾液由于其污染物含量較高且種類豐富等特點，尤其是很多地方的垃圾滲濾液中混合著餐廚垃圾、化妝品以及藥品等，甚至摻雜著工業垃圾，這些多重因素造成了垃圾滲濾液的處理難度大和成本高。

目前，垃圾滲濾液的處理可分為物理法、生物法、高級氧化法和其他組合工藝。

1 生物法

生物法處理垃圾滲濾液是通過微生物的分解作用來實現的,其包括3種處理工藝:好氧處理、厭氧處理和好氧-厭氧結合處理。

在好氧條件下,垃圾滲濾液中的有機物被微生物分解成二氧化碳和污泥,可以有效降低其中的金屬含量,具有效率高、運轉費用低等優點。然而,這種方法也存在一定的缺點,即垃圾滲濾液中的化學物質隨著時間的推移而變得不穩定。

在厭氧條件下,其中的有機物被微生物分解成沼氣(CO,和CH,的混合氣)。該方法具有成本低。產余泥少、所需營養物質少等優點,同時,厭氧生物處理能克服因水質停留時間過長的問題

對比這兩種方法的優缺點,在處理垃圾滲濾液的過程中,最廣泛應用的是好氧-厭氧結合處理法,好氧與厭氧具有良好的互補性,更加經濟合理。

通過分析可知,生物法在處理垃圾滲濾液時操作簡單,對于初期垃圾滲濾液,含有較多的易降解有機物,并具有較高的 BOD/COD值,可采用生物法處理。而在實際操作過程中,老齡垃圾滲濾液中含有較多的腐殖酸、富里酸等,難以被生物分解,經生物處理后的出水中還存在難降解的有機物,很難達到排放標準,還須進一步深度處理。

2 物理法

目前,處置垃圾滲濾液的物理法主要包括混凝法、吸附法和膜分離法,這3種物理方法的對比情況見下表。

3 高級氧化技術(AOPs)

高級氧化技術(Advanced Oxidation Process.AOPs)在反應過程中會產生羥基自由基(·0H)，·OH的氧化能力較強,僅次于F。·0H幾乎能夠氧化所有的有機物,如烯類、脂類、芳香族和脂肪族有機物,同時也能氧化無機物,包括陰離子和陽離子高級氧化技術在處理垃圾滲濾液的過程中，0H可將其中的難降解有機物氧化成易生化的小分子,甚至可以將其氧化成C0,和H0,從而提高垃圾滲濾液的可生化性。根據產生自由基的方式及反應條件的不同,常用處理滲濾液的 AOPs包括Fenton氧化、濕式催化氧化、臭氧氧化法及催化臭氧化技術。 

1.1 Fenton氧化法

Fenton 法是以 Fe為催化劑,將H0,分解成·0H的氧化技術,分解過程中產生的強氧化性的·0H可將有機物氧化。在垃圾滲濾液的處理中Fenton氧化法已被廣泛應用。利用Fenton氧化法處理垃圾滲濾液,可以提高其可生化性,且對 COD有一定的去除效果。

然而,盡管Fenton氧化法具有對環境友善、操作彈性大、氧化能力強等優點,但是其也存在產生污泥量大、COD去除率有限的缺點,需要持續改良。

3.2 臭氧氧化法

0₃的氧化能力強,可將難降解的物質轉化成易分解的物質,如能將復雜的長鏈腐殖酸分解為短鏈有機酸。同時,臭氧能對滲濾液脫色,且脫色較快主要是因為垃圾滲濾液中顯色有機物大部分都含有乙烯基、氧化偶氮基、偶氮基、羰基、硫酮基等發色基團,鍵能較弱,能迅速被0₃或·0H破壞。盡管臭氧氧化法對垃圾滲濾液中COD的去除率較低，但對 BOD有很大的提高,進而能提高垃圾滲濾液的可生化性。

臭氧氧化對有機物降解能力較強,且對色度有很好的去除效果,但是對于成分復雜的垃圾滲濾液,單獨臭氧處理會存在一些問題,如臭氧利用率低、難以將有機物徹底降解、反應速率慢且具有一定的選擇性等,這會導致處理成本增加。因此,利用單獨臭氧化處理垃圾滲濾液在實際應用中受到限制,為了提高0₃的利用率及其氧化能力,催化臭氧化技術目前是處理垃圾滲濾液的研究方向之一。

3.3 催化臭氧化技術

催化臭氧化技術是利用0₃的強氧化性與催化劑的催化特征、吸附作用對廢水中的有機物進行處理的方法。與單獨臭氧化相比,催化臭氧化可在較低pH值下利用催化劑促使0₃分解成·0H,反應速度快且無選擇性,可顯著提高TOC和COD的去除率及垃圾滲濾液的可生化性。因此,催化臭氧化技術已成為處理垃圾滲濾液的重要手段之一。根據催化劑形態的不同,一般將催化臭氧化技術分為均相催化臭氧化和多相催化臭氧化。

3.3.1 均相催化臭氧化技術。

均相催化臭氧化采用一些過渡金屬離子作催化劑,包括 Cu²⁺，Zn²⁺、Mn²⁺ 、Fe²⁺和Fe³⁺等,這些金屬離子能引發臭氧產生·0H,從而促使有機物分解。過渡金屬離子不但會影響臭氧化的速率,而且也會影響反應選擇性和臭氧消耗量。

盡管均相催化臭氧化對垃圾滲濾液中的有機物有較好的去除率且可顯著提高其可生化性能,但是金屬離子會有一定程度的流失且不易回收,造成處理成本增加,且對水質易造成二次污染。為了避免對水質造成污染,可用多相催化臭氧化來處理垃圾滲濾液。

3.3.2 多相催化臭氧化技術。

多相催化臭氧化技術在常溫常壓下能將難降解有機物氧化,是一種新型的臭氧氧化技術,其催化劑易分離,不會引起二次污染。多相催化臭氧化技術中所用的催化劑包括金屬氧化物、活性炭及載體負載金屬氧化物,利用這些催化劑可以提高臭氧利用率及有機物的去除率。

多相催化臭氧化過程中所用到的催化劑的活性組分一般是金屬和金屬氧化物,其中金屬主要有Cu、Pt、Pb、Pd和 Ag等。目前,金屬氧化物催化劑在垃圾滲濾液臭氧氧化處理領域應用較為廣泛,常用的金屬氧化物催化劑有 Mn0,、Ti0,、AL0,和 Co0等,其具有較高的催化活性,目前已有眾多研究。

催化臭氧化技術可以有效降低水中反應物組分的活化能,甚至改變氧化有機物的作用機理,使水中的有機污染物被高效去除。

深圳科力邇自主研發的專利非均相臭氧催化氧化劑能夠顯著提高臭氧利用率，具有以下技術特點：

高效性：非均相臭氧催化氧化技術能夠顯著提高臭氧體系產生羥基自由基的能力，從而改善臭氧直接氧化有機物的能力，達到高效、高度礦物化程度的有機物去除效果。

穩定性好：催化劑載體和活性成分的選擇與設計使催化劑具有較好的穩定性，能夠長時間內保持高效的催化活性。

可再生重復使用：催化劑可以再生重復使用，降低了處理成本。

應用廣泛：該技術不僅應用于污水處理領域，還在空氣污染治理、化學品合成、能源轉化等領域具有廣泛的應用前景。

技術優勢：

提高臭氧利用率：非均相臭氧催化劑能夠加速臭氧在水中的自分解，增加水中產生的·0H濃度，從而提高臭氧氧化效果，氧化效率比單純臭氧氧化提升2-5倍。

減少二次污染：催化劑以固態形式存在，易與水分離，減少了催化劑的流失和二次污染。

適應能力強：催化劑可根據水質水量的變化進行調節，適應能力強，耐沖擊負荷強。