垃圾渗滤液处理工艺及催化剂介绍

随着我国城镇化的不断推进与发展，人口越来越多向城市集中,随之带来的问题则是城市生活垃圾的清运量近几年涨势明显，垃圾产生量的增加导致渗滤液产生量也持续增高,随着我国对地面和地表水环境要求日趋严格,垃圾渗滤液是否能够做到合理处置已成为重要的环境问题。虽然目前我国对垃圾渗滤液的处理方法已有较多研究，但整体工程应用的新技术不够多。垃圾渗滤液由于其污染物含量较高且种类丰富等特点，尤其是很多地方的垃圾渗滤液中混合着餐厨垃圾、化妆品以及药品等，甚至掺杂着工业垃圾，这些多重因素造成了垃圾渗滤液的处理难度大和成本高。

目前，垃圾渗滤液的处理可分为物理法、生物法、高级氧化法和其他组合工艺。

1 生物法

生物法处理垃圾渗滤液是通过微生物的分解作用来实现的,其包括3种处理工艺:好氧处理、厌氧处理和好氧-厌氧结合处理。

在好氧条件下,垃圾渗滤液中的有机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属含量,具有效率高、运转费用低等优点。然而,这种方法也存在一定的缺点,即垃圾渗滤液中的化学物质随着时间的推移而变得不稳定。

在厌氧条件下,其中的有机物被微生物分解成沼气(CO,和CH,的混合气)。该方法具有成本低。产余泥少、所需营养物质少等优点,同时,厌氧生物处理能克服因水质停留时间过长的问题

对比这两种方法的优缺点,在处理垃圾渗滤液的过程中,最广泛应用的是好氧-厌氧结合处理法,好氧与厌氧具有良好的互补性,更加经济合理。

通过分析可知,生物法在处理垃圾渗滤液时操作简单,对于初期垃圾渗滤液,含有较多的易降解有机物,并具有较高的 BOD/COD值,可采用生物法处理。而在实际操作过程中,老龄垃圾渗滤液中含有较多的腐殖酸、富里酸等,难以被生物分解,经生物处理后的出水中还存在难降解的有机物,很难达到排放标准,还须进一步深度处理。

2 物理法

目前,处置垃圾渗滤液的物理法主要包括混凝法、吸附法和膜分离法,这3种物理方法的对比情况见下表。

3 高级氧化技术(AOPs)

高级氧化技术(Advanced Oxidation Process.AOPs)在反应过程中会产生羟基自由基(·0H)，·OH的氧化能力较强,仅次于F。·0H几乎能够氧化所有的有机物,如烯类、脂类、芳香族和脂肪族有机物,同时也能氧化无机物,包括阴离子和阳离子高级氧化技术在处理垃圾渗滤液的过程中，0H可将其中的难降解有机物氧化成易生化的小分子,甚至可以将其氧化成C0,和H0,从而提高垃圾渗滤液的可生化性。根据产生自由基的方式及反应条件的不同,常用处理渗滤液的 AOPs包括Fenton氧化、湿式催化氧化、臭氧氧化法及催化臭氧化技术。 

1.1 Fenton氧化法

Fenton 法是以 Fe为催化剂,将H0,分解成·0H的氧化技术,分解过程中产生的强氧化性的·0H可将有机物氧化。在垃圾渗滤液的处理中Fenton氧化法已被广泛应用。利用Fenton氧化法处理垃圾渗滤液,可以提高其可生化性,且对 COD有一定的去除效果。

然而,尽管Fenton氧化法具有对环境友善、操作弹性大、氧化能力强等优点,但是其也存在产生污泥量大、COD去除率有限的缺点,需要持续改良。

3.2 臭氧氧化法

0₃的氧化能力强,可将难降解的物质转化成易分解的物质,如能将复杂的长链腐殖酸分解为短链有机酸。同时,臭氧能对渗滤液脱色,且脱色较快主要是因为垃圾渗滤液中显色有机物大部分都含有乙烯基、氧化偶氮基、偶氮基、羰基、硫酮基等发色基团,键能较弱,能迅速被0₃或·0H破坏。尽管臭氧氧化法对垃圾渗滤液中COD的去除率较低，但对 BOD有很大的提高,进而能提高垃圾渗滤液的可生化性。

臭氧氧化对有机物降解能力较强,且对色度有很好的去除效果,但是对于成分复杂的垃圾渗滤液,单独臭氧处理会存在一些问题,如臭氧利用率低、难以将有机物彻底降解、反应速率慢且具有一定的选择性等,这会导致处理成本增加。因此,利用单独臭氧化处理垃圾渗滤液在实际应用中受到限制,为了提高0₃的利用率及其氧化能力,催化臭氧化技术目前是处理垃圾渗滤液的研究方向之一。

3.3 催化臭氧化技术

催化臭氧化技术是利用0₃的强氧化性与催化剂的催化特征、吸附作用对废水中的有机物进行处理的方法。与单独臭氧化相比,催化臭氧化可在较低pH值下利用催化剂促使0₃分解成·0H,反应速度快且无选择性,可显著提高TOC和COD的去除率及垃圾渗滤液的可生化性。因此,催化臭氧化技术已成为处理垃圾渗滤液的重要手段之一。根据催化剂形态的不同,一般将催化臭氧化技术分为均相催化臭氧化和多相催化臭氧化。

3.3.1 均相催化臭氧化技术。

均相催化臭氧化采用一些过渡金属离子作催化剂,包括 Cu²⁺，Zn²⁺、Mn²⁺ 、Fe²⁺和Fe³⁺等,这些金属离子能引发臭氧产生·0H,从而促使有机物分解。过渡金属离子不但会影响臭氧化的速率,而且也会影响反应选择性和臭氧消耗量。

尽管均相催化臭氧化对垃圾渗滤液中的有机物有较好的去除率且可显著提高其可生化性能,但是金属离子会有一定程度的流失且不易回收,造成处理成本增加,且对水质易造成二次污染。为了避免对水质造成污染,可用多相催化臭氧化来处理垃圾渗滤液。

3.3.2 多相催化臭氧化技术。

多相催化臭氧化技术在常温常压下能将难降解有机物氧化,是一种新型的臭氧氧化技术,其催化剂易分离,不会引起二次污染。多相催化臭氧化技术中所用的催化剂包括金属氧化物、活性炭及载体负载金属氧化物,利用这些催化剂可以提高臭氧利用率及有机物的去除率。

多相催化臭氧化过程中所用到的催化剂的活性组分一般是金属和金属氧化物,其中金属主要有Cu、Pt、Pb、Pd和 Ag等。目前,金属氧化物催化剂在垃圾渗滤液臭氧氧化处理领域应用较为广泛,常用的金属氧化物催化剂有 Mn0,、Ti0,、AL0,和 Co0等,其具有较高的催化活性,目前已有众多研究。

催化臭氧化技术可以有效降低水中反应物组分的活化能,甚至改变氧化有机物的作用机理,使水中的有机污染物被高效去除。

深圳科力迩自主研发的专利非均相臭氧催化氧化剂能够显著提高臭氧利用率，具有以下技术特点：

高效性：非均相臭氧催化氧化技术能够显著提高臭氧体系产生羟基自由基的能力，从而改善臭氧直接氧化有机物的能力，达到高效、高度矿物化程度的有机物去除效果。

稳定性好：催化剂载体和活性成分的选择与设计使催化剂具有较好的稳定性，能够长时间内保持高效的催化活性。

可再生重复使用：催化剂可以再生重复使用，降低了处理成本。

应用广泛：该技术不仅应用于污水处理领域，还在空气污染治理、化学品合成、能源转化等领域具有广泛的应用前景。

技术优势：

提高臭氧利用率：非均相臭氧催化剂能够加速臭氧在水中的自分解，增加水中产生的·0H浓度，从而提高臭氧氧化效果，氧化效率比单纯臭氧氧化提升2-5倍。

减少二次污染：催化剂以固态形式存在，易与水分离，减少了催化剂的流失和二次污染。

适应能力强：催化剂可根据水质水量的变化进行调节，适应能力强，耐冲击负荷强。