Características do chorume do lixo
O chorume do lixo se refere às águas residuais geradas durante o processo de empilhamento e aterro devido à fermentação, lixiviação por precipitação, infiltração de águas superficiais e subterrâneas. A composição do chorume do lixo é influenciada por fatores como composição do lixo, tempo de aterro, tecnologia de aterro e condições climáticas, entre os quais o tempo de aterro é o fator de influência mais importante. Se classificados de acordo com a idade do aterro, geralmente aqueles com um tempo de aterro de menos de 1 ano são considerados chorume jovem, aqueles com um tempo de aterro de 1-5 anos são considerados chorume de meia-idade e aqueles com um tempo de aterro de mais de 5 anos são considerados chorume velho [1]. A Tabela 1 mostra as características de diferentes tipos de chorume do lixo [2].
A qualidade da água do lixo geralmente apresenta as seguintes características: (1) composição complexa, contendo vários poluentes orgânicos, metais e nutrientes vegetais; (2) A concentração de poluentes orgânicos é alta, com DQO e DBO atingindo dezenas de milhares de mg/L; (3) Existem muitos tipos de metais, incluindo mais de 10 tipos de íons metálicos; (4) Alto nitrogênio amoniacal e ampla faixa de variação; (5) A composição e a concentração sofrerão mudanças sazonais [2]
Atualmente, os métodos de tratamento para lixiviado de lixo dependem principalmente de métodos biológicos. Entre eles, o lixiviado jovem tem um maior teor de matéria orgânica facilmente biodegradável, uma maior relação B/C e menor nitrogênio amoniacal, tornando-o adequado para uso de métodos biológicos para tratamento. No entanto, conforme a idade do aterro sanitário aumenta, a biodegradabilidade do lixiviado diminuirá e o nitrogênio amoniacal aumentará significativamente, o que inibirá a eficácia do tratamento biológico. Portanto, não é adequado usar diretamente o tratamento biológico para lixiviado de meia-idade e idosos. Além disso, os métodos biológicos são sensíveis a mudanças na temperatura, qualidade da água e quantidade de água, e não podem tratar matéria orgânica difícil de biodegradar. O método físico-químico tem um bom efeito de remoção em lixiviado de lixo com baixa biodegradabilidade e alto teor de nitrogênio amoniacal, e não é afetado por mudanças na qualidade e quantidade da água. A qualidade da água efluente é relativamente estável, e é amplamente utilizada para pré-tratamento e tratamento profundo de lixiviado de lixo. Com base nas tecnologias de tratamento físico e químico existentes, o autor revisou o progresso da pesquisa do método de adsorção, método de sopro, método de precipitação por coagulação, método de precipitação química, método de oxidação química, método eletroquímico, método de oxidação fotocatalítica, osmose reversa e método de nanofiltração, a fim de fornecer alguma referência para o trabalho prático
2 Tecnologias de Processamento Físico e Químico
2.1 Adsorção
O método de adsorção é usar o efeito de adsorção de substâncias sólidas porosas para remover substâncias tóxicas e prejudiciais, como matéria orgânica e íons metálicos em lixiviado do lixo. Atualmente, a pesquisa sobre adsorção de carvão ativado é a mais extensa. J. Rodríguez et al. [4] estudaram a adsorção de lixiviado tratado anaeróbico usando carvão ativado, resina XAD-8 e resina XAD-4. Os resultados mostraram que o carvão ativado tinha a capacidade de adsorção mais forte e poderia reduzir o DQO do influente de 1500 mg/L para 191 mg/LN Aghamohammadi et al. [5] adicionaram carvão ativado em pó ao usar o método de lodo ativado para tratar o lixiviado do lixo. Os resultados mostraram que as taxas de remoção de DQO e cromaticidade foram quase duas vezes maiores do que aquelas sem carvão ativado, e a taxa de remoção de nitrogênio amoniacal também foi melhorada. Zhang Futao et al. [6] estudaram o comportamento de adsorção do carvão ativado em formaldeído, fenol e anilina em lixiviado de aterro, e os resultados mostraram que a isoterma de adsorção do carvão ativado está em conformidade com a fórmula empírica de Freundlich. Além disso, outros adsorventes além do carvão ativado também foram estudados até certo ponto. M. Heavey et al. [7] conduziram experimentos de adsorção de escória de carvão usando lixiviado do aterro Kyletalesha na Irlanda. Os resultados mostraram que após o tratamento de adsorção de escória de carvão, o lixiviado com uma DQO média de 625 mg/L, uma DBO média de 190 mg/L e um nitrogênio amoniacal médio de 218 mg/L teve uma taxa de remoção de DQO de 69%, uma taxa de remoção de DBO de 96,6% e uma taxa de remoção de nitrogênio amoniacal de 95,5%. Devido aos recursos abundantes e renováveis de escória de carvão, sem poluição secundária, ele tem boas perspectivas de desenvolvimento. O principal problema enfrentado pelo tratamento de adsorção de carvão ativado é que o carvão ativado é caro e carece de métodos de regeneração simples e eficazes, o que limita sua promoção e aplicação. Atualmente, o método de adsorção para tratar chorume de lixo é principalmente em escala laboratorial e requer mais pesquisas antes que possa ser aplicado na prática.
2.2 Método de sopro
O método de sopro consiste em introduzir gás (gás transportador) na água e, após contato suficiente, as substâncias solúveis voláteis na água são transferidas para a fase gasosa através da interface gás-líquido, atingindo assim o propósito de remover poluentes. O ar é comumente usado como gás transportador. O teor de nitrogênio amoniacal no lixiviado do lixo de meia-idade e idosos é relativamente alto, e o método de sopro pode efetivamente remover o nitrogênio amoniacal dele. SK Marttinen et al. [8] usaram o método de sopro para tratar nitrogênio amoniacal no lixiviado do lixo. Sob as condições de pH = 11, 20 ° C e tempo de retenção hidráulica de 24 horas, o nitrogênio amoniacal diminuiu de 150 mg/L para 16 mg/L. Liao Linlin et al. [9] estudaram os fatores que afetam a eficiência da remoção de amônia líquida na infiltração de lixo e descobriram que o pH, a temperatura da água e a proporção gás-líquido tiveram um impacto significativo na eficiência da remoção. O efeito de desnitrificação foi melhorado quando o pH estava entre 10,5 e 11; Quanto maior a temperatura da água, melhor o efeito de desnitrificação; Quando a proporção gás-líquido é de 3000~3500 m3/m3, o efeito de desnitrificação é como mostrado na nova música de Jay Chou; A concentração de nitrogênio amoniacal tem pouco efeito na eficiência de sopro. Wang Zongping et al. [10] usaram três métodos, a saber, aeração por jato, aeração por explosão e aeração de superfície, para pré-tratar o lixiviado com remoção de amônia. Os resultados mostraram que a aeração por jato foi eficaz na mesma potência. De acordo com dados estrangeiros, a taxa de remoção de nitrogênio amoniacal no lixiviado tratado com extração de gás combinada com outros métodos pode chegar a 99,5%. No entanto, o custo operacional desse método é relativamente alto, e o NH3 gerado precisa ser removido adicionando ácido na torre de sopro, caso contrário, causará poluição do ar. Além disso, também ocorrerá incrustação de carbonato na torre de expulsão.
2.3 Método de precipitação por coagulação
O método de sedimentação por coagulação é um método de adicionar coagulantes ao lixiviado do lixo, fazendo com que os sólidos suspensos e coloides no lixiviado se agreguem e formem flocos, e então os separe. Sulfato de alumínio, sulfato ferroso, cloreto férrico e outros floculantes inorgânicos são comumente usados. Estudos mostraram que usar floculantes à base de ferro sozinhos para tratar o lixiviado do lixo pode atingir uma taxa de remoção de DQO de 50%, o que é melhor do que usar floculantes à base de alumínio sozinhos. AA Tatsi et al. [11] pré-trataram o lixiviado com sulfato de alumínio e cloreto férrico. Para o lixiviado jovem, a maior taxa de remoção de DQO foi de 38% quando o DQO influente foi de 70 900 mg/L; Para o lixiviado de aterro de meia-idade e idosos, a taxa de remoção de DQO pode chegar a 75% quando o DQO influente é de 5350 mg/L. Quando o pH é 10 e o coagulante atinge 2 g/L, a taxa de remoção de DQO pode chegar a 80%. Nos últimos anos, os biofloculantes se tornaram uma nova direção de pesquisa. AI Zouboulis et al. [12] estudaram o efeito do tratamento de biofloculantes no lixiviado de aterro e descobriram que apenas 20 mg/L de biofloculantes eram necessários para remover 85% do ácido húmico do lixiviado de aterro. O método de precipitação por coagulação é uma tecnologia-chave para o tratamento de lixiviado do lixo. Ele pode ser usado como uma tecnologia de pré-tratamento para reduzir a carga dos processos de pós-tratamento e como uma tecnologia de tratamento profundo para se tornar a garantia de todo o processo de tratamento [3]. Mas seu principal problema é a baixa taxa de remoção de nitrogênio amoniacal, a geração de uma grande quantidade de lodo químico e a adição de coagulantes de sais metálicos pode causar nova poluição. Portanto, desenvolver coagulantes seguros, eficientes e de baixo custo é a base para melhorar a eficiência do tratamento dos métodos de sedimentação por coagulação.
2.4 Método de precipitação química
O método de precipitação química é adicionar uma certa substância química ao lixiviado do lixo, gerar um precipitado por meio de reação química e, em seguida, separá-lo para atingir o propósito do tratamento. De acordo com os dados, os íons hidróxido de substâncias alcalinas, como o hidróxido de cálcio, podem precipitar com íons metálicos, o que pode remover 90% a 99% dos metais pesados no lixiviado e 20% a 40% do DQO. O método de precipitação de pedra de guano de pássaro é amplamente utilizado em métodos de precipitação química. O método de precipitação de pedra de guano de pássaro, também conhecido como método de precipitação de fosfato de amônio e magnésio, envolve a adição de Mg2+, PO43- e agentes alcalinos ao lixiviado do lixo para reagir com certas substâncias e formar um precipitado. XZ Li et al. [13] adicionaram MgCl2 · 6H2O e Na2HPO4 · 12H2O ao lixiviado do lixo. Quando a proporção de Mg2+ para NH4+ para PO43- era 1:1:1 e o pH era 8,45-9, o nitrogênio amoniacal no lixiviado original diminuiu de 5600 mg/L para 110 mg/L em 15 minutos. I. Ozturk et al. [14] usaram esse método para tratar o lixiviado da digestão anaeróbica. Quando o DQO influente era 4024 mg/L e o nitrogênio amoniacal era 2240 mg/L, as taxas de remoção do efluente atingiram 50% e 85%, respectivamente. B. Calli et al. [15] também alcançaram uma taxa de remoção de 98% de nitrogênio amoniacal usando esse método. O método de precipitação química é simples de operar, e o precipitado gerado contém componentes fertilizantes como N, P, Mg e matéria orgânica. No entanto, o precipitado pode conter substâncias tóxicas e prejudiciais, que apresentam riscos ambientais potenciais.
2.6 Método eletroquímico
O método eletroquímico é um processo no qual os poluentes no lixiviado do lixo são diretamente submetidos a reações eletroquímicas em eletrodos sob a ação de um campo elétrico, ou sofrem reações redox usando · OH e ClO - gerados na superfície do eletrodo. Atualmente, a oxidação eletrolítica é comumente usada. PB Moraes et al. [19] usaram um reator eletrolítico contínuo para tratar o lixiviado do lixo. Quando a vazão influente era de 2000 L/h, a densidade de corrente era de 0,116 A/cm2, o tempo de reação era de 180 min, a DQO influente era de 1855 mg/L, o COT era de 1270 mg/L e o nitrogênio amoniacal era de 1060 mg/L, as taxas de remoção de efluentes atingiram 73%, 57% e 49%, respectivamente. NN Rao et al. [20] usaram um reator de eletrodo de carbono tridimensional para tratar lixiviado com alta DQO (17-18400 mg/L) e alto nitrogênio amoniacal (1200-1320 mg/L). Após 6 horas de reação, a taxa de remoção de DQO foi de 76% -80%, e a taxa de remoção de nitrogênio amoniacal pode atingir até 97%. E. Turro et al. [21] estudaram os fatores que afetam o tratamento de oxidação eletrolítica de lixiviado de aterro, usando Ti/IrO2-RuO2 como eletrodo e HClO4 como eletrólito. Os resultados mostraram que o tempo de reação, a temperatura de reação, a densidade de corrente e o pH foram os principais fatores que afetaram o efeito do tratamento. Sob as condições de temperatura de 80 ℃, densidade de corrente de 0,032 A/cm2 e pH=3, o tempo de reação foi de 4 horas, e o COD diminuiu de 2960 mg/L para 294 mg/L, o TOC diminuiu de 1150 mg/L para 402 mg/L, e a taxa de remoção de cor pode atingir 100%. O método eletroquímico tem um processo simples, forte controlabilidade, pequena pegada e não gera poluição secundária durante o processo de tratamento. A desvantagem é que ele consome eletricidade e tem altos custos de tratamento. Atualmente, a maioria deles está em escala de pesquisa de laboratório.
2.7 Oxidação fotocatalítica
A oxidação fotocatalítica é um novo tipo de tecnologia de tratamento de água que é melhor no tratamento de certos poluentes especiais do que outros métodos e, portanto, tem boas perspectivas de aplicação no tratamento profundo de chorume de lixo. O princípio deste método é adicionar uma certa quantidade de catalisador à água residual, gerar radicais livres sob a irradiação de luz e usar a forte propriedade oxidante dos radicais livres para atingir a meta do tratamento. Os catalisadores usados na oxidação fotocatalítica incluem principalmente dióxido de titânio, óxido de zinco e óxido de ferro, entre os quais o dióxido de titânio é amplamente utilizado. DE Meeroff et al. [22] conduziram experimentos sobre oxidação fotocatalítica de chorume usando TiO2 como catalisador. Após 4 horas de oxidação fotocatalítica ultravioleta, a taxa de remoção de DQO do chorume atingiu 86%, a razão B/C aumentou de 0,09 para 0,14, a taxa de remoção de nitrogênio amoniacal foi de 71% e a taxa de remoção de cromaticidade foi de 90%; Após a conclusão da reação, 85% do TiO2 pode ser recuperado. R. Poblete et al. [23] usaram subprodutos da indústria de dióxido de titânio (compostos principalmente de TiO2 e Fe) como catalisadores e os compararam com o TiO2 comercial em termos de tipo de catalisador, taxa de remoção de matéria orgânica recalcitrante, carga de catalisador e tempo de reação. Os resultados mostraram que o subproduto tinha maior atividade e melhor efeito de tratamento, e poderia ser usado como um catalisador para oxidação fotocatalítica. Um estudo descobriu que o conteúdo de sais inorgânicos pode afetar a eficácia da oxidação fotocatalítica no tratamento de lixiviado de lixo. J. Wiszniowski et al. [24] estudaram o efeito de sais inorgânicos na oxidação fotocatalítica de ácido húmico em lixiviado usando TiO2 suspenso como catalisador. Quando apenas Cl - (4500 mg/L) e SO42- (7750 mg/L) estão presentes no lixiviado do lixo, isso não afeta a eficiência da oxidação fotocatalítica do ácido húmico, mas a presença de HCO3- reduz muito a eficiência da oxidação fotocatalítica. A oxidação fotocatalítica tem as vantagens de operação simples, baixo consumo de energia, resistência à carga e nenhuma poluição. No entanto, para colocá-la em operação prática, é necessário estudar o tipo e o projeto do reator, a eficiência e a vida útil do catalisador e a taxa de utilização da energia luminosa.
2.8 Osmose reversa (RO)
A membrana RO tem seletividade em relação aos solventes, usando a diferença de pressão em ambos os lados da membrana como uma força motriz para superar a pressão osmótica dos solventes, separando assim várias substâncias no lixiviado do lixo. Fangyue Li et al. [25] usaram uma membrana RO espiral para tratar o lixiviado do aterro sanitário de Kolenfeld na Alemanha. O DQO diminuiu de 3100 mg/L para 15 mg/L, o cloreto diminuiu de 2850 mg/L para 23,2 mg/L e o nitrogênio amoniacal diminuiu de 1000 mg/L para 11,3 mg/L; As taxas de remoção de íons metálicos como Al3+, Fe2+, Pb2+, Zn2+, Cu2+, etc. excedem 99,5%. A pesquisa mostrou que o pH tem um impacto na eficiência de remoção do nitrogênio amoniacal. LD Palma et al. [26] primeiro destilou o lixiviado do lixo e então o tratou com uma membrana RO, reduzindo o DQO influente de 19000 mg/L para 30,5 mg/L; A taxa de remoção de nitrogênio amoniacal é mais alta em pH 6,4, diminuindo de 217,6 mg/L para 0,71 mg/LM R et al. [27] conduziram um experimento piloto na purificação de lixiviado de lixo usando membranas RO contínuas de dois estágios e descobriram que a taxa de remoção de nitrogênio amoniacal foi mais alta quando o pH atingiu 5, diminuindo de 142 mg/L para 8,54 mg/L. O método de osmose reversa tem alta eficiência, gerenciamento maduro e é fácil de controlar automaticamente, e está sendo cada vez mais aplicado no tratamento de lixiviado de lixo. No entanto, o custo da membrana é relativamente alto, e o pré-tratamento do lixiviado antes do uso é necessário para reduzir a carga da membrana, caso contrário, a membrana está sujeita a contaminação e bloqueio, resultando em uma queda acentuada na eficiência do tratamento.
2.9 Nanofiltração (NF)
A membrana NF tem duas características significativas: tem uma estrutura microporosa de cerca de 1 nm, que pode interceptar moléculas com um peso molecular de 200-2000 u; A própria membrana NF é carregada e tem uma certa taxa de retenção para eletrólitos inorgânicos. HK Jakopovic et al. [28] compararam a remoção de matéria orgânica em lixiviado de aterro usando três tecnologias: NF, UF e ozônio. Os resultados mostraram que, em condições de laboratório, diferentes membranas UF poderiam atingir uma taxa de remoção de DQO de 23% para a nova música de Jay Chou; A taxa de remoção de DQO por ozônio pode chegar a 56%; A taxa de remoção das novas músicas de Jay Chou em DQO por NF pode chegar a 91%. NF também tem um efeito de remoção relativamente ideal em íons em lixiviado. LB Chaudhari et al. [29] usaram NF-300 para tratar eletrólitos em lixiviado envelhecido do aterro sanitário de Gujarat, na Índia. Os níveis de sulfato nas duas águas experimentais foram de 932 e 886 mg/L, respectivamente, e os íons cloreto foram de 2268 e 5426 mg/L, respectivamente. Os resultados experimentais mostraram que as taxas de remoção de sulfato foram de 83% e 85%, respectivamente, e as taxas de remoção de íons cloreto foram de 62% e 65%, respectivamente. O estudo também descobriu que as taxas de remoção de Cr3+, Ni2+, Cu2+ e Cd2+ pela membrana NF atingiram 99%, 97%, 97% e 96%, respectivamente. NF combinado com outros processos tem melhores efeitos pós-tratamento. T. Robinson [30] usou o processo combinado MBR+NF para tratar o lixiviado de Beacon Hill, Reino Unido. O COD diminuiu de 5000 mg/L para menos de 100 mg/L, o nitrogênio amoniacal diminuiu de 2000 mg/L para menos de 1 mg/L e o SS diminuiu de 250 mg/L para menos de 25 mg/L. A tecnologia NF tem baixo consumo de energia, alta taxa de recuperação e grande potencial. Mas o maior problema é que a membrana irá escalar após uso a longo prazo, o que afetará seu desempenho, como fluxo de membrana e taxa de retenção. Mais pesquisas são necessárias para aplicá-la à prática de engenharia.
3 Conclusão
As tecnologias de tratamento físico e químico acima mencionadas podem atingir certos resultados, mas também há muitos problemas, como a regeneração de adsorventes, a recuperação de catalisadores de oxidação fotocatalítica, o alto consumo de energia de métodos eletroquímicos e incrustação de membrana. Portanto, é difícil para o lixiviado do lixo atender aos padrões nacionais de emissão por meio de um único tratamento físico e químico, e seu processo de tratamento deve ser uma combinação de várias tecnologias de tratamento. O processo completo de tratamento do lixiviado de lixo geral deve incluir três partes: pré-tratamento, tratamento principal e tratamento profundo. Métodos de pré-tratamento, como sopro, precipitação por coagulação e precipitação química, são comumente usados para remover íons de metais pesados, nitrogênio amoniacal, cromaticidade ou melhorar a biodegradabilidade do lixiviado do lixo. O tratamento principal deve adotar processos de baixo custo e alta eficiência, como métodos biológicos, oxidação química e outros processos combinados, com o objetivo de remover a maior parte da matéria orgânica e reduzir ainda mais o conteúdo de poluentes, como nitrogênio amoniacal. Após as duas primeiras etapas do tratamento, certos poluentes ainda podem existir, sendo necessário um tratamento profundo, que pode ser obtido por meio de métodos como oxidação fotocatalítica, adsorção, separação por membrana, etc.
Devido à composição complexa do lixiviado e sua variabilidade ao longo do tempo e da localização, na engenharia prática, é necessário primeiro medir a composição e analisar suas características em detalhes antes de tratar o lixiviado e selecionar técnicas de tratamento apropriadas. Atualmente, as tecnologias de tratamento para lixiviado de lixo têm suas próprias vantagens e desvantagens. Portanto, atualizar e transformar tecnologias existentes, desenvolver novas e eficientes tecnologias de tratamento e fortalecer a pesquisa e o desenvolvimento de integração entre diferentes tecnologias (como a integração da tecnologia de oxidação fotocatalítica e tecnologia de tratamento bioquímico, a integração do método de precipitação e tratamento de membrana), a fim de melhorar a eficiência geral do tratamento de lixiviado e reduzir os custos de investimento e operação, será o foco de pesquisas futuras sobre lixiviado de lixo.
