吹脫-蒸發(fā)處理危廢滲濾液的研究

1、吹脫-蒸發(fā)處理危廢滲濾液的研究仲鵬鵬1 劉維橋*1 周書利1 尚通明1 岳喜龍2(1江蘇理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院 江蘇 常州2130002揚(yáng)州杰嘉工業(yè)固廢處置有限公司 江蘇 揚(yáng)州 225000 ）摘要：本文分析了危險(xiǎn)廢物滲濾液中的相關(guān)組分，結(jié)果表明危廢滲濾液組分復(fù)雜，含有大量重金屬離子、氨氮、鹽分和各類高毒有機(jī)物等污染物質(zhì)，難以通過其他方法處理。研究了危廢滲濾液的吹脫-蒸發(fā)規(guī)律，并與生活垃圾滲濾液的吹脫、蒸發(fā)規(guī)律進(jìn)行對(duì)比。研究表明，通過吹脫-蒸發(fā)技術(shù)工藝可對(duì)危廢滲濾液進(jìn)行減量化、資源化和無害化處理，是危廢填埋場(chǎng)處理滲濾液的理想方法。本研究找出了工藝運(yùn)行的的最佳條件:將滲濾液在常溫狀態(tài)下進(jìn)行吹

2、脫，pH值控制在10-11之間，吹脫時(shí)間為25 min左右，氣液比約3400，氨氮脫除率達(dá)95%以上；蒸發(fā)濃縮pH值控制在10左右，蒸餾濃縮液回流再蒸發(fā)，其中有機(jī)物的揮發(fā)與濃縮時(shí)間無關(guān)，餾出液COD約200 mg/L左右，可供填埋場(chǎng)回用，蒸餾殘?jiān)袒_(dá)標(biāo)后繼續(xù)填埋。關(guān)鍵詞：吹脫-蒸發(fā) 危廢 滲濾液 脫除率中圖分類號(hào): X789 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:AStudy on treatment of leachate derived from hazardous wastes landfill by stripping-evaporationZHONG Peng-peng1 LIU Wei-qiao*1 ZH

3、OU Shu-li1 SHANG Tong-ming1 YUE Xi-long2(1Jiangsu University of Technology, Changzhou 213000, Jiangsu Province;2Yangzhou Jie-jia industrial solid-waste disposal Co., Ltd, Yangzhou 225000, Jiangsu Province ）Abstract The related components in the leachate derived from hazardous wastes landfill were an

4、alyzed. It resulted that the related components wre complex. There were heavy metal ions, ammonia nitrogen, salinity and various types of high toxicorganic pollutants in the leachate. The leachate amost could not be disposed by other methods. This paper introduced the regulation of the technology of

5、 stripping-evaporation disposing leachate of hazardous waste. The comparison was made between disposing leachate of hazardous waste and domestic garbage. Reduction, recycling and harmless treatment on the leachate derived from hazardous wastes landfill can be carried out by the technology of strippi

6、ng-evaporation. Which is a good method of disposing leachate derived from hazardous waste landfills. The regulation of the technology of stripping-evaporation disposing leachate of hazardous waste was introduced in this paper. The optimum for the treatment was described. The removal rate of ammonia

7、nitrogen is more than 95% when the leachate was stripped at room temperature, pH 10 to 11, stripping time 25 min or so, and the gas-liquid ratio 3400. Which was concentrated by evaporation under the pH 10 or so. The concentrate was made back flowed and continued to be evaporated. The regulation of o

8、rganic evaporation has nothing to do with the time. The COD of distillate was 200mg/L or so and it could be reused. The distillation residue was dumped into landfil after disposed suitably .Keywords stripping - evaporation, hazardous wastes, leachate, removal rate引言危險(xiǎn)廢物（以下簡(jiǎn)稱危廢）是指列入國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄或者根據(jù)國(guó)家規(guī)定的危

9、險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)和鑒別方法認(rèn)定的具有腐蝕性、毒性、易燃性、反應(yīng)性和感染性的固體廢物。危廢滲濾液是危險(xiǎn)廢物在危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)填埋后由于填埋堆體擠壓、雨水浸淋或地下水侵蝕產(chǎn)生的污水1，其中含有大量重金屬離子、氨氮、鹽分和各類高毒有機(jī)物等污染物質(zhì)2,對(duì)環(huán)境造成潛在的危險(xiǎn)3-5。垃圾滲濾液的處理是國(guó)際上公認(rèn)的難題6。與生活垃圾滲濾液相比，危廢滲濾液難以直接進(jìn)行生物處理；普通物化處理需要消耗大量的化學(xué)試劑，而且難以達(dá)標(biāo)排放；回灌填埋場(chǎng)技術(shù)會(huì)使重金屬、鹽分和氨氮在滲濾液和填埋體中累積，國(guó)內(nèi)垃圾填埋場(chǎng)均不同程度出現(xiàn)了污染物的積累，后續(xù)處理困難7、填埋場(chǎng)衛(wèi)生條件惡化的問題，因此不適合危廢滲濾液處理。吹脫和蒸發(fā)用在

10、生活垃圾滲濾液的處理較多，對(duì)成分復(fù)雜的多的危廢滲濾液處理的研究還較少。吹脫法和蒸發(fā)法聯(lián)用，在源頭上脫除了大部分氨氮，減少填埋氣體中氨氣的濃度，提高填埋場(chǎng)衛(wèi)生程度；兩個(gè)處理單元先后進(jìn)行保證脫除大部分氨氮、保留大部分有機(jī)物、重金屬以及鹽分，使后續(xù)蒸發(fā)濃縮冷凝水保持相對(duì)潔凈以供填埋場(chǎng)回用；蒸餾殘?jiān)袒筮M(jìn)入填埋場(chǎng)重新填埋，最大限度地實(shí)現(xiàn)了危廢滲濾液的減量化、無害化、資源化。1 材料與方法1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備、藥品及原材料實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要包括：北京普析通用儀器有限公司TAS990原子吸收分光光度計(jì)、北京曙光明電子光源儀器有限公司HG-A氫化物發(fā)生器、上海雷磁儀器廠PXSJ-216離子分析儀、通州市申通電熱器廠電

11、子調(diào)溫電爐、天津奧特賽恩斯儀器有限公司AP-9925真空泵等設(shè)備。藥品主要包括：石灰水、硫酸、重鉻酸鉀、硫酸亞鐵銨、試亞鐵靈等，純度為分析純。滲濾液水樣取自江蘇揚(yáng)州杰嘉工業(yè)固廢處置有限公司一期危廢填埋場(chǎng)，危廢填埋時(shí)間約一年。危廢來料廠家主要包括農(nóng)藥廠、石化企業(yè)、電鍍企業(yè)污泥、化工殘?jiān)?、蒸餾殘?jiān)取?.2實(shí)驗(yàn)方法一定條件下對(duì)危廢滲濾液進(jìn)行吹脫脫氮和蒸發(fā)濃縮，通過研究滲濾液、餾出液的變化規(guī)律找出相應(yīng)的最佳條件，使氨氮被脫除而大部分有機(jī)物被保留，為工業(yè)生產(chǎn)提供指導(dǎo)。圖1 危廢滲濾液的處理流程Fig.1 The treatment process of leachate of hazardous wa

12、stes landfill 本文采用模擬填埋場(chǎng)工業(yè)生產(chǎn)的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，詳細(xì)流程見圖1，取適量新鮮滲濾液于燒瓶中，將曝氣頭接到蒸餾燒瓶的底部模擬吹脫塔進(jìn)行吹脫；再進(jìn)行對(duì)燒瓶加熱模擬蒸發(fā)器圖1 危廢滲濾液的處理流程Fig.1 The treatment process of leachate of hazardous wastes landfill 對(duì)滲濾液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，用燒杯接收冷凝液；溫度控制通過調(diào)節(jié)加熱電壓實(shí)現(xiàn)。主要研究不同溫度、pH值、氣液比下吹脫對(duì)危廢滲濾液的影響規(guī)律和危廢滲濾液的蒸發(fā)濃縮的規(guī)律，找出相應(yīng)的最佳條件。蒸發(fā)殘?jiān)ㄟ^過濾分離。1.3 分析方法對(duì)處理前后的滲濾液、冷凝液、固化體

13、浸出液分析所采用的分析方法均為國(guó)標(biāo)方法，分析項(xiàng)目主要根據(jù)GB 18598-2001危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的危廢進(jìn)入填埋區(qū)控制限值設(shè)定。其中銅、鋅、鉛、鎘、鉻、鎳、鋇的測(cè)定主要通過原子吸收分光光度計(jì)，總汞通過氫化物發(fā)生器進(jìn)行測(cè)定，鈹、六價(jià)鉻、總砷、氨氮的測(cè)定采用分光光度法、氰化物和化學(xué)需氧量（重鉻酸鉀法）的測(cè)定通過滴定法進(jìn)行，氟化物和pH通過電極法測(cè)定。2結(jié)果與分析2.1滲濾液成分分析取新鮮滲濾液若干，分析結(jié)果見表1。表1 危廢滲濾液中成分（mg/L）Table 1 The components of leachate of hazardous wastes pHCODcr氟化物總鋇總鋅總

14、銅總鉛總鎘總鎳總鈹總砷六價(jià)鉻總鉻氨氮總汞8.36185937.8518815.62892.591.26.69未檢出21.250.41.9613200.007所取滲濾液有較高的色度，有極重的垃圾腐敗及工業(yè)固廢的臭味。由表1可以看出，該危廢滲濾液含有大量重金屬和有機(jī)物、氨氮，部分指標(biāo)含量遠(yuǎn)高于GB 8978-1996污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)中三級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的限值。該危廢滲濾液水質(zhì)復(fù)雜程度遠(yuǎn)大于一般污水，無論直接生化、物化還是回灌處理，都有較大難度。2.2 滲濾液吹脫規(guī)律2.2.1溫度對(duì)滲濾液吹脫的影響pH值為10時(shí)，在不同的溫度下分別對(duì)滲濾液吹脫10 min，分別測(cè)量不同實(shí)驗(yàn)條件下滲濾液吹脫后的氨氮和COD

15、（化學(xué)需氧量）值，結(jié)果見圖2。圖2 不同吹脫溫度下滲濾液的變化規(guī)律Fig.2 The changes of leachate at different stripping temperature 由圖2可以看出，溫度越高，氨氮脫除率越高。當(dāng)溫度達(dá)到90時(shí)，滲濾液中氨氮濃度為38mg/L，其吹脫率為為97%。與此同時(shí)，滲濾液有機(jī)物濃度有所下降，溫度越高下降越多，90時(shí)，有機(jī)物最大損失率達(dá)58%。滲濾液中的氨氮多以 NH4+和NH3的狀態(tài)存在，并存在以下平衡：NH3+H2ONH4+ OH當(dāng)溫度值升高時(shí)，氨在水中的擴(kuò)散系數(shù)增大，增加了傳質(zhì)系數(shù)；另一方面，游離氨在水中的溶解度降低，增加了傳質(zhì)推動(dòng)力，形

16、成熱阱，使?jié)B濾液中的游離氨比例增加，反應(yīng)向左進(jìn)行，加快了氨的脫除7。有機(jī)物的揮發(fā)是伴隨著這個(gè)過程的，這是因?yàn)榧訜釥顟B(tài)下，不僅形成熱阱，還在液體內(nèi)部構(gòu)成一個(gè)“質(zhì)阱”，促進(jìn)了有機(jī)物的揮發(fā)8。高溫可以滲濾液中的氨氮吹脫更加徹底，但是卻導(dǎo)致更多有毒有害的有機(jī)物揮發(fā)出來，尤其針對(duì)危廢滲濾液，其中的有機(jī)物不僅包括一般生活垃圾滲濾液中的揮發(fā)性芳香烴、鹵代烴、酚類、多環(huán)芳烴、腐殖酸等9-10，還含有的本填埋場(chǎng)危廢中特定的物質(zhì)如菊酯類、氨基甲酸脂類、酰胺類、璜酰脲類、雜環(huán)類等典型的農(nóng)藥污染物及其分解產(chǎn)物，其揮發(fā)性組分毒性較大，且成分隨危廢來源變化較大。為實(shí)現(xiàn)有機(jī)物和氨氮的分離，使大部分有機(jī)物保留，吹脫溫度應(yīng)設(shè)為

17、常溫。2.2.2 pH值對(duì)滲濾液吹脫的影響通過石灰和硫酸調(diào)節(jié)pH值，在不同pH條件下，分別對(duì)滲濾液吹脫10 min，測(cè)定吹脫后滲濾液的氨氮和COD值，結(jié)果見圖3。 圖3 不同吹脫pH下滲濾液的變化規(guī)律 Fig.3 The changes of leachate at different stripping pH由圖3可見，pH越高，氨氮脫除率越大，脫除速度越低，有機(jī)物脫除率越小。當(dāng)pH大于7時(shí)，氨氣更容易從溶液中逸出，這也符合pH值升高，氨氣溶解平衡左移的理論；pH為7-8時(shí)，游離氨濃度較大，氨氣脫除速率較大，pH再上升，游離氨濃度降低，氨氣脫除速率降低。考慮到將氨氣與有機(jī)物的分離，以及吹脫效

18、率和成本，吹脫pH控制在10-11為宜，此時(shí)有機(jī)物脫除率在10%左右。2.2.3 氣液比對(duì)滲濾液吹脫的影響濃度差是水和大氣中氨氮轉(zhuǎn)移的動(dòng)力。為使水滴周圍環(huán)境中的氨氮濃度最小，必須保證一定量的氣液比，加快液體表面的擴(kuò)散11。在同一個(gè)空氣泵的作用下，氣液比與吹脫時(shí)間成正比。在不同吹脫時(shí)間條件下，分別對(duì)原滲濾液吹脫，測(cè)定吹脫后滲濾液氨氮和COD值，結(jié)果如圖4所示。圖4不同吹脫時(shí)間下滲濾液的變化規(guī)律 Fig4 The changes of leachate at different stripping time 圖4不同吹脫時(shí)間下滲濾液的變化規(guī)律 Fig4 The changes of leachat

19、e at different stripping time 由圖4可以看出，時(shí)間越長(zhǎng)，氨氮脫除率越高，但是不可避免地造成尾氣夾帶液滴現(xiàn)象12，會(huì)帶走一定量的有機(jī)物及其滲濾液，當(dāng)時(shí)間為20 min時(shí)，氨氮脫除率超過95%，COD脫除率也達(dá)到了30%左右，此后氨氮的脫除速率越低，而有機(jī)物脫除速率變化較為平緩。但進(jìn)氣量過小處置效率又會(huì)下降，綜合考慮動(dòng)力消耗、吹脫效率以及有機(jī)物揮發(fā)等方面因素，將氣液比控制在3 400左右是比較合理的，此時(shí)吹脫時(shí)間為20 min。生產(chǎn)時(shí)需要考慮到加裝霧滴防濺裝置，也可以將含有一定量的有機(jī)物的氨氣通過吸收液吸收后作為氨水回用在對(duì)有機(jī)雜質(zhì)要求不高的地方。另外可以增大曝氣密度

20、，提高效率，減少能耗。2.3 滲濾液蒸發(fā)濃縮規(guī)律危廢滲濾液中重金屬、無機(jī)鹽分以及大部分有機(jī)物的揮發(fā)性均比水弱，因此會(huì)保留在濃縮液中，而水會(huì)以水蒸氣形式進(jìn)入到冷凝液中。利用這個(gè)原理，分別用250 ml滲濾液蒸發(fā)濃縮，收集不同pH值條件下前、中、后各70 ml冷凝液。分別測(cè)定其COD大小，將三個(gè)階段餾出液的COD對(duì)pH值作曲線，如圖5所示。再將各pH值條件下三階段餾出液混合，測(cè)混合液的COD值對(duì)pH值作曲線，如圖6所示。圖5 不同pH下滲濾液分段餾出液變化規(guī)律 Fig.5 The changes of distillate at different segmented-evaporating pH

21、 圖6 不同pH下滲濾液餾出液的變化規(guī)律Fig.6 The changes of distillate at different sevaporating pH從圖5和圖6中可以發(fā)現(xiàn)，隨著pH的增大，各階段餾出液COD均呈現(xiàn)先變小，再變大，達(dá)到峰值后再變小的規(guī)律，混合液pH為4.5左右時(shí)COD達(dá)到極大值約1400 mg/L，之后快速下降。總體上看，pH越大，餾出液COD越小，有機(jī)物越少，當(dāng)pH為酸性時(shí)，有機(jī)物揮發(fā)較多13，蒸發(fā)濃縮的冷凝管中也出現(xiàn)了黃色的油狀有機(jī)冷凝物，此時(shí)餾出液呈現(xiàn)黃色。由圖6還可以看出，與生活垃圾滲濾液前期、后期餾出液COD高，中間COD低的規(guī)律完全不同，本實(shí)驗(yàn)研究的每個(gè)p

22、H值條件下危廢滲濾液各時(shí)間階段餾出液COD之間并無明顯的大小規(guī)律，說明危廢滲濾液中有機(jī)物揮發(fā)性與濃縮時(shí)間無關(guān)，這可能與危廢滲濾液中特有的有機(jī)物有關(guān) 14。當(dāng)210ml冷凝液餾出時(shí)，瓶中出現(xiàn)大量固體沉淀物，出現(xiàn)的“爆沸”現(xiàn)象，此時(shí)盡管瓶中任有少量液體，但是已經(jīng)不能再進(jìn)行蒸發(fā)濃縮操作了。出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因可能是因?yàn)槌恋砦镒柚箓鳠幔康谉崃坎荒芫鶆騻鲗?dǎo)至溶液中，導(dǎo)致局部過熱引起的，工業(yè)生產(chǎn)時(shí)通過不斷排出沉淀物實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)?？紤]到需要盡量將有機(jī)物留在殘?jiān)?，以及部分金屬在pH值過大的情況下回出現(xiàn)溶解的情況，應(yīng)該在pH值為10左右的條件下進(jìn)行蒸發(fā)濃縮實(shí)驗(yàn)，此時(shí)餾出液COD 為200 mg/L左右，可以將此

23、餾出液作為填埋場(chǎng)固化生產(chǎn)用水回用。此外，蒸發(fā)濃縮滲濾液會(huì)產(chǎn)生大量的泡沫，可以加入少量石蠟進(jìn)行破除，生產(chǎn)時(shí)還可以通過灑水法去除泡沫。2.4 蒸餾殘?jiān)姆€(wěn)定化固化處置 滲濾液經(jīng)過蒸發(fā)濃縮過程中蒸餾殘?jiān)粩啾环蛛x出來，蒸餾母液和新的滲濾液混合后繼續(xù)濃縮。滲濾液蒸餾殘?jiān)ㄟ^硫化藥劑、硫酸亞鐵、石灰、水泥等進(jìn)行固化，將重金屬、有機(jī)物、鹽分完全固化在固化體中。經(jīng)檢驗(yàn)，固化體浸出液指標(biāo)完全符合危廢填埋要求GB 18598-2001危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)生的固化體強(qiáng)度大，能夠在填埋堆體中穩(wěn)定存在。3.結(jié)論(1)危廢滲濾液中組分復(fù)雜，可以通過吹脫-蒸發(fā)技術(shù)工藝將危廢滲濾液中氨氮脫除，并對(duì)滲濾液進(jìn)行濃縮。氨

24、氮脫除率達(dá)到95%以上，而大部分有機(jī)物保留在蒸發(fā)濃縮殘?jiān)?，并?shí)現(xiàn)了連續(xù)、完全的濃縮.，該方法是危廢填埋場(chǎng)處理滲濾液的理想方法。(2)該工藝需將吹脫在常溫狀態(tài)下進(jìn)行，pH值控制在10-11之間，氣液比約3400，吹脫時(shí)間為25 min左右，氨氣可以回用，也可以通過吹脫塔或煙囪進(jìn)行有組織排放。(3)蒸發(fā)濃縮工藝pH值控制在10左右，母液回流再蒸發(fā)，其中有機(jī)物的揮發(fā)與濃縮時(shí)間無關(guān)，餾出液餾出液COD 為200 mg/L左右，相對(duì)潔凈，可供填埋場(chǎng)生產(chǎn)回用。(4)蒸發(fā)濃縮殘?jiān)?jīng)過處理后穩(wěn)定地存在固化體中重新進(jìn)入填埋場(chǎng)填埋，其浸出液符合相關(guān)要求。參考文獻(xiàn)1孫孝龍, 蔣文舉. 國(guó)內(nèi)垃圾滲濾液處理工藝現(xiàn)狀與

25、技術(shù)探討J. 云南化工, 2010, 37(4): 41-442葉秀雅, 周少奇, 鄭可. 運(yùn)用GC-MS技術(shù)分析垃圾滲濾液有機(jī)污染物的去除特性J. 化工進(jìn)展, 2011,30(6):1374-13783Josmaria Lopes de Morals, Patricio Peralta Zamora. Use of advanced oxidation processes to improve the biodegradabiIity of mature landfill leachates. Journal of Hazardous M aterials, 2005, B123: l811864Yoon, J, Cho S, Cho Y, Kim S. The characteristics of coagulation of Fenton reaction in the remova Jl of 1andfll