Características do lixiviado do lixo
Lixiviado de lixo refere-se 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 lixiviado 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 tempo de aterro inferior a 1 ano são considerados lixiviados jovens, aqueles com tempo de aterro de 1 a 5 anos são considerados lixiviados de meia-idade e aqueles com tempo de aterro com mais de 5 anos são considerados lixiviados velhos [1]. A Tabela 1 mostra as características dos diferentes tipos de lixiviados do lixo [2].
A qualidade da água do lixo geralmente apresenta as seguintes características: (1) composição complexa, contendo diversos poluentes orgânicos, metais e nutrientes para as plantas; (2) A concentração de poluentes orgânicos é elevada, 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 variação; (5) A composição e concentração sofrerão mudanças sazonais [2]
Atualmente, os métodos de tratamento de lixiviados de lixo dependem principalmente de métodos biológicos. Entre eles, o lixiviado jovem apresenta maior teor de matéria orgânica facilmente biodegradável, maior relação B/C e menor nitrogênio amoniacal, tornando-o adequado para o uso de métodos biológicos de tratamento. No entanto, à medida que a idade do aterro aumenta, a biodegradabilidade dos lixiviados diminuirá e o azoto amoniacal aumentará significativamente, o que inibirá a eficácia do tratamento biológico. Portanto, não é adequado usar diretamente tratamento biológico para lixiviados de meia-idade e idosos. Além disso, os métodos biológicos são sensíveis a mudanças de temperatura, qualidade e quantidade de água e não podem tratar matéria orgânica difícil de biodegradar. O método físico-químico tem um bom efeito de remoção de lixiviados 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 lixiviados 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 trabalhos práticos.
2 Tecnologias de Processamento Físico e Químico
2.1 Método de adsorção
O método de adsorção consiste em usar o efeito de adsorção de substâncias sólidas porosas para remover substâncias tóxicas e nocivas, como matéria orgânica e íons metálicos no lixiviado do lixo. Atualmente, as pesquisas sobre adsorção de carvão ativado são as mais extensas. J. Rodrí guez et al. [4] estudaram a adsorção de lixiviado tratado anaeróbio 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 a DQO do afluente 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 lixiviados de lixo. Os resultados mostraram que as taxas de remoção de DQO e cromaticidade foram quase duas vezes maiores 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 lixiviados de aterros sanitários, 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 lixiviados do aterro de Kyletalesha, na Irlanda. Os resultados mostraram que após o tratamento de adsorção de escória de carvão, o lixiviado com DQO médio de 625 mg/L, DBO médio de 190 mg/L e 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, 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 a sua promoção e aplicação. Atualmente, o método de adsorção para tratar lixiviados de lixo é principalmente em escala laboratorial e requer mais pesquisas antes de poder 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 objetivo de remover poluentes. O ar é comumente usado como gás de arraste. O teor de nitrogênio amoniacal no lixiviado do lixo de meia-idade e idoso 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 em lixiviados de lixo. Nas 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 for a temperatura da água, melhor será o efeito de desnitrificação; Quando a proporção gás-líquido é de 3.000 ~ 3.500 m3/m3, o efeito de desnitrificação é 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, nomeadamente 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 a jato foi eficaz na mesma potência. De acordo com dados estrangeiros, a taxa de remoção de nitrogênio amoniacal em lixiviados tratados com extração de gás combinada com outros métodos pode chegar a 99,5%. Porém, o custo operacional deste método é relativamente alto, e o NH3 gerado precisa ser removido pela adição de ácido na torre de purga, caso contrário causará poluição do ar. Além disso, a incrustação de carbonato também ocorrerá na torre de purga.
2.3 Método de precipitação de coagulação
O método de coagulação e sedimentação é um método de adição de coagulantes ao lixiviado do lixo, fazendo com que sólidos suspensos e colóides no lixiviado se agreguem e formem flocos, e então os separando. Sulfato de alumínio, sulfato ferroso, cloreto férrico e outros floculantes inorgânicos são comumente usados. Estudos demonstraram que o uso exclusivo de floculantes à base de ferro para tratar lixiviados de lixo pode atingir uma taxa de remoção de DQO de 50%, o que é melhor do que usar apenas floculantes à base de alumínio. AA Tatsi et al. [11] pré-trataram o lixiviado com sulfato de alumínio e cloreto férrico. Para lixiviados jovens, a maior taxa de remoção de DQO foi de 38% quando a DQO afluente foi de 70.900 mg/L; Para lixiviados de aterros sanitários de meia-idade e idosos, a taxa de remoção de DQO pode chegar a 75% quando o DQO afluente é de 5.350 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 tornaram-se uma nova direção de pesquisa. AI Zouboulis et al. [12] estudaram o efeito do tratamento de biofloculantes em lixiviados de aterros sanitários e descobriram que apenas 20 mg/L de biofloculantes eram necessários para remover 85% do ácido húmico do lixiviado de aterros sanitários. O método de precipitação por coagulação é uma tecnologia chave para o tratamento de lixiviados de lixo. 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 sal metálico pode causar nova poluição. Portanto, o desenvolvimento de coagulantes seguros, eficientes e de baixo custo é a base para melhorar a eficiência do tratamento dos métodos de coagulação e sedimentação.
2.4 Método de precipitação química
O método de precipitação química consiste em adicionar uma determinada substância química ao lixiviado do lixo, gerar um precipitado por meio de reação química e depois separá-lo para atingir o objetivo 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 pedras de guano de pássaros é amplamente utilizado em métodos de precipitação química. O método de precipitação de pedras de guano de pássaros, 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 de 1:1:1 e o pH era de 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 este método para tratar lixiviados da digestão anaeróbica. Quando a DQO afluente foi de 4.024 mg/L e o nitrogênio amoniacal foi de 2.240 mg/L, as taxas de remoção de efluentes atingiram 50% e 85%, respectivamente. B. Calli et al. [15] também alcançaram uma taxa de remoção de nitrogênio amoniacal de 98% usando este 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 nocivas, que apresentam potenciais riscos ambientais.
2.5 Método de oxidação química
O método de oxidação química pode efetivamente decompor compostos orgânicos recalcitrantes no lixiviado e melhorar a biodegradabilidade do lixiviado, o que é benéfico para o tratamento biológico posterior. Portanto, é amplamente utilizado para tratar lixiviados de meia-idade e idosos com baixa biodegradabilidade. Tecnologias avançadas de oxidação podem gerar · OH altamente oxidante, que pode tratar de forma mais eficaz o lixiviado do lixo, incluindo principalmente o método Fenton, o método de oxidação do ozônio, etc. A. Lopez et al. [16] usaram o método Fenton para tratar lixiviados de lixo. Os resultados mostraram que nas condições de dosagem de Fe2+ de 275 mg/L, dosagem de H2O2 de 3300 mg/L, pH de 3 e tempo de reação de 2 horas, a relação B/C aumentou de 0,2 para 0,5; Nas condições de dosagem de Fe2+ de 830 mg/L e dosagem de H2O2 de 10.000 mg/L, a taxa de remoção de DQO pode atingir até 60%, diminuindo de 10.540 mg/L para 4.216 mg/L. Ye Shaofan et al. [17] usaram tratamento sinérgico profundo de adsorção de carbono ativado por oxidação de Fenton de lixiviado de lixo. O método de adição de adsorção de carvão ativado por 30 minutos e depois adição do reagente Fenton por 150 minutos pode alcançar o melhor efeito de remoção de DQO. S. Cortez et al. [18] trataram lixiviado de lixo envelhecido com o método O3/H2O2. Quando a taxa de ingestão de O3 foi de 5,6 g/h, a dosagem de H2O2 foi de 400 mg/L, o pH foi 7 e o tempo de reação foi de 1 h, a DQO média do efluente foi de 340 mg/L e a taxa de remoção atingiu 72%, a B/C aumentou de 0,01 para 0,24 e o nitrogênio amoniacal diminuiu de 714 mg/L para 318 mg/L. O método Fenton é de baixo custo e fácil de operar, mas requer condições de baixo pH e separação de íons das águas residuais tratadas. O custo do método de oxidação do ozônio é relativamente alto e os produtos intermediários gerados durante o processo de reação podem aumentar a toxicidade do lixiviado. Mais pesquisas são necessárias para se adaptar aos requisitos ambientais cada vez mais rigorosos.
2.6 Método eletroquímico
O método eletroquímico é um processo no qual os poluentes presentes no lixiviado do lixo são diretamente submetidos a reações eletroquímicas nos 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 lixiviados de lixo. Quando a vazão afluente foi de 2.000 L/h, a densidade de corrente foi de 0,116 A/cm2, o tempo de reação foi de 180 min, o DQO afluente foi de 1.855 mg/L, o TOC foi de 1.270 mg/L e o nitrogênio amoniacal foi de 1.060 mg/L. L, as taxas de remoção de efluentes atingiram 73%, 57% e 49%, respectivamente. NN Rao et al. [20] usaram um reator tridimensional de eletrodo de carbono para tratar lixiviados com alto DQO (17-18.400 mg/L) e alto nitrogênio amoniacal (1.200-1.320 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 lixiviados de aterros sanitários, utilizando 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 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 DQO diminuiu de 2.960 mg/L para 294 mg/L, o TOC diminuiu de 1.150 mg/L a 402 mg/L, e a taxa de remoção de cor pode chegar a 100%. O método eletroquímico possui processo simples, forte controlabilidade, pegada pequena e não gera poluição secundária durante o processo de tratamento. A desvantagem é que consome energia elétrica e tem altos custos de tratamento. Atualmente, a maioria deles está em escala de pesquisa laboratorial.
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 lixiviados de lixo. O princípio deste método é adicionar uma certa quantidade de catalisador às águas residuais, gerar radicais livres sob a irradiação da luz e usar a forte propriedade oxidante dos radicais livres para atingir o objetivo do tratamento. Os catalisadores utilizados 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 de oxidação fotocatalítica em lixiviado usando TiO2 como catalisador. Após 4 horas de oxidação fotocatalítica UV, a taxa de remoção de DQO do lixiviado atingiu 86%, a relação 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 apresentou maior atividade e melhor efeito de tratamento, podendo ser utilizado como catalisador para oxidação fotocatalítica. Um estudo descobriu que o conteúdo de sais inorgânicos pode afetar a eficácia da oxidação fotocatalítica no tratamento de lixiviados de lixo. J. Wiszniowski et al. [24] estudaram o efeito de sais inorgânicos na oxidação fotocatalítica de ácido húmico em lixiviado utilizando 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 bastante a oxidação fotocatalítica eficiência. A oxidação fotocatalítica tem as vantagens de operação simples, baixo consumo de energia, resistência à carga e nenhuma poluição. Porém, para colocá-lo em operação prática, é necessário estudar o tipo e projeto do reator, a eficiência e vida útil do catalisador e a taxa de utilização da energia luminosa.
2.8 Osmose reversa (RO)
A membrana RO tem seletividade para solventes, usando a diferença de pressão em ambos os lados da membrana como força motriz para superar a pressão osmótica dos solventes, separando assim várias substâncias do lixiviado do lixo. Fangyue Li et al. [25] usaram uma membrana espiral de RO para tratar o lixiviado do aterro de Kolenfeld, na Alemanha. A DQO diminuiu de 3.100 mg/L para 15 mg/L, o cloreto diminuiu de 2.850 mg/L para 23,2 mg/L e o nitrogênio amoniacal diminuiu de 1.000 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 destilaram o lixiviado do lixo e depois o trataram com uma membrana de RO, reduzindo o DQO afluente de 19.000 mg/L para 30,5 mg/L; A taxa de remoção de nitrogênio amoniacal é maior 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 lixiviados 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 possui alta eficiência, manejo maduro e é de fácil controle automático, sendo cada vez mais aplicado no tratamento de lixiviados 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 fica propensa a contaminação e bloqueio, resultando em uma diminuição acentuada na eficiência do tratamento.
2.9 Nanofiltração (NF)
A membrana NF possui duas características significativas: possui estrutura microporosa de cerca de 1 nm, que pode interceptar moléculas com peso molecular de 200-2000 u; A própria membrana NF é carregada e possui uma certa taxa de retenção de eletrólitos inorgânicos. HK Jakopovic et al. [28] compararam NF UF、 A remoção de matéria orgânica em lixiviados de aterros sanitários usando três tecnologias de ozônio mostraram que, em condições de laboratório, diferentes membranas de UF poderiam atingir uma taxa de remoção de DQO de 23% para lixiviados envelhecidos de aterros sanitários; A taxa de remoção de DQO pelo ozônio pode chegar a 56%; A taxa de remoção das novas músicas de Jay Chou no COD by NF pode chegar a 91%. O NF também tem um efeito de remoção relativamente ideal de íons no lixiviado. LB Chaudhari et al. [29] usaram NF-300 para tratar eletrólitos em lixiviados envelhecidos do aterro sanitário de Gujarat, na Índia. Os níveis de sulfato nas duas águas experimentais foram 932 e 886 mg/L, respectivamente, e os íons cloreto foram 2.268 e 5.426 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 de NF atingiram 99%, 97%, 97%, 96%. A NF combinada 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. A DQO diminuiu de 5.000 mg/L para menos de 100 mg/L, o nitrogênio amoniacal diminuiu de 2.000 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 possui baixo consumo de energia, alta taxa de recuperação e grande potencial. Mas o maior problema é que a membrana irá incrustar após o uso a longo prazo, o que afetará seu desempenho, como o fluxo da membrana e a taxa de retenção. Mais pesquisas são necessárias para aplicá-lo à prática da engenharia.
3 Conclusão
As tecnologias de tratamento físico e químico acima mencionadas podem alcançar certos resultados, mas também existem muitos problemas, como a regeneração de adsorventes, a recuperação de catalisadores de oxidação fotocatalítica, o alto consumo de energia de métodos eletroquímicos e incrustações 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 múltiplas tecnologias de tratamento. O processo completo de tratamento de 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 deverá 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 teor de poluentes como o nitrogênio amoniacal. Após as duas primeiras etapas de tratamento, certos poluentes ainda podem existir, sendo necessário um tratamento profundo, que pode ser alcançado através de métodos como oxidação fotocatalítica, adsorção, separação por membrana, etc.
Devido à composição complexa do lixiviado e à sua variabilidade ao longo do tempo e da localização, na engenharia prática, é necessário primeiro medir a composição e analisar detalhadamente as suas características antes de tratar o lixiviado e selecionar técnicas de tratamento apropriadas. Actualmente, as tecnologias de tratamento de lixiviados de lixo têm as suas próprias vantagens e desvantagens. Portanto, atualizar e transformar as tecnologias existentes, desenvolver tecnologias de tratamento novas e eficientes e fortalecer a integração de pesquisa e desenvolvimento entre diferentes tecnologias (como a integração da tecnologia de oxidação fotocatalítica e da tecnologia de tratamento bioquímico, a integração do método de precipitação e tratamento por membrana), em A fim de melhorar a eficiência geral do tratamento de lixiviados e reduzir os custos de investimento e operacionais, será o foco de pesquisas futuras sobre lixiviados de lixo.
