吹脱-蒸发处理危废渗滤液的研究

1、吹脱-蒸发处理危废渗滤液的研究仲鹏鹏1刘维桥*1周书利1尚通明1岳喜龙2(i江苏理工学院化学与环境工程学院2扬州杰嘉工业固废处置有限公司江苏常州213000江苏扬州225000)摘要：本文分析了危险废物渗滤液中的相关组分，结果表明危废渗滤液组分复杂，含有大量重金属离子、氨氮、盐分和各类高毒有机物等污染物质，难以通过其他方法处理。研究了危废渗滤液的吹脱-蒸发规律，并与生活垃圾渗滤液的吹脱、蒸发规律进行对比。研究表明，通过吹脱-蒸发技术工艺可对危废渗滤液进行减量化、资源化和无害化处理，是危废填埋场处理渗滤液的理想方法。本研究找岀了工艺运行的的最佳条 件:将渗滤液在常温状态下进行吹脱，pH值控制在1

2、0-11之间，吹脱时间为25 min左右，气液比约3400，氨氮脱除率达95%以上；蒸发浓缩pH值控制在10左右，蒸馏浓缩液回流再蒸发，其中有机物的挥发与 浓缩时间无关，馏出液 COD约200 mg/L 左右，可供填埋场回用，蒸馏残渣固化达标后继续填埋。关键词：吹脱-蒸发 危废 渗滤液 脱除率中图分类号：X789文献标志码：AStudy on treatment of leachate derived from hazardous wasteslandfill by stripping-evaporation1 1 1ZHONG Pen g-pe ng LIU Wei-qiao* ZHOU S

3、hu-li1 2SHANG To ng-mi ngYUE Xi-lo ng1(Jiangsu 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 Iandfill were analy

4、zed. 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 in troduced the regulati on of the tech no logy o

5、f stripp in g-evaporati on dispos ing leachate of hazardous waste. The comparis on was made betwee n dispos ing leachate of hazardous waste and domestic garbage. Reduct ion, recycli ng and harmless treatme nt on the leachate derived from hazardous wastes Ian dfill can be carried out by the tech no l

6、ogy of stripp in g-evaporati on. Which is a good method of dispos ing leachate derived from hazardous waste Ian dfills. The regulati on of the tech no logy of stripp in g-evaporati on dispos ing leachate of hazardous waste was in troduced in this paper. The optimum for the treatment was described. T

7、he removal rate of ammonia 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 evap

8、orated. The regulation of organic 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 Iandfil after disposed suitably .Keywords stripp ing - evaporati on, hazardous wastes, leachate, removal rate引言危险废物（

9、以下简称危废）是指列入国家危险废物名录或者根据国家规定的危险废物鉴 别标准和鉴别方法认定的具有腐蚀性、毒性、易燃性、反应性和感染性的固体废物。危废渗滤液是危险废物在危险废物填埋场填埋后由于填埋堆体挤压、雨水浸淋或地下水侵蚀产生的污水，其中含有大量重金属离子、氨氮、盐分和各类咼毒有机物等污染物质2,对环境造成潜在的危险3-5。垃圾渗滤液的处理是国际上公认的难题。与生活垃圾渗滤液相比， 危废渗滤液难以直接进行生物处理；普通物化处理需要消耗大量的化学试剂，而且难以达标排放；回灌填埋场技术会使重金属、盐分和氨氮在渗滤液和填 埋体中累积，国内垃圾填埋场均不同程度出现了污染物的积累，后续处理困难、填埋场卫

10、生条件恶化的问题，因此不适合危废渗滤液处理。吹脱和蒸发用在生活垃圾渗滤液的处理较多，对成分复杂的多的危废渗滤液处理的研究还较少。吹脱法和蒸发法联用，在源头上脱除了大部分氨氮，减少填埋气体中氨气的浓度，提高 填埋场卫生程度；两个处理单元先后进行保证脱除大部分氨氮、保留大部分有机物、重金属以及盐分，使后续蒸发浓缩冷凝水保持相对洁净以供填埋场回用；蒸馏残渣固化后进入填埋场重新填埋，最大限度地实现了危废渗滤液的减量化、无害化、资源化。1材料与方法1.1 实验设备、药品及原材料实验设备主要包括：北京普析通用仪器有限公司TAS990原子吸收分光光度计、北京曙光明电子光源仪器有限公司HG-A氢化物发生器、上

11、海雷磁仪器厂PXSJ-216离子分析仪、通州市申通电热器厂电子调温电炉、天津奥特赛恩斯仪器有限公司AP-9925真空泵等设备。药品主要包括：石灰水、硫酸、重铬酸钾、硫酸亚铁铵、试亚铁灵等，纯度为分析纯。渗滤液水样取自江苏扬州杰嘉工业固废处置有限公司一期危废填埋场，危废填埋时间约一年。危废来料厂家主要包括农药厂、石化企业、电镀企业污泥、化工残渣、蒸馏残渣等。1.2实验方法一定条件下对危废渗滤液进行吹脱脱氮和蒸发浓缩，通过研究渗滤液、馏出液的变化规律找出相应的最佳条件，使氨氮被脱除而大部分有机物被保留，为工业生产提供指导。本文采用模拟填埋场工业生产的方法进行实验，详细流程见图1取适量新鲜渗滤液于烧

12、瓶中，将曝气头接到蒸馏烧瓶的底部模拟吹脱塔进行吹脱；再进行对烧瓶加热模拟蒸发器蒸发浓缩、蒸馏残渣稳疋 固化馏岀液7浓缩液填埋图1危废渗滤液的处理流程Fig.1 The treatment process of leachate of hazardous wastes landfill对渗滤液进行蒸发浓缩，用烧杯接收冷凝液；温度控制通过调节加热电压实现。主要研究不同温度、pH值、气液比下吹脱对危废渗滤液的影响规律和危废渗滤液的蒸发浓缩的规 律，找出相应的最佳条件。蒸发残渣通过过滤分离。1.3分析方法对处理前后的渗滤液、冷凝液、固化体浸出液分析所采用的分析方法均为国标方法，分析项目主要根据 GB

13、18598-2001危险废物填埋污染控制标准规定的危废进入填埋区控制 限值设定。其中铜、锌、铅、镉、铬、镍、钡的测定主要通过原子吸收分光光度计，总汞通 过氢化物发生器进行测定，铍、六价铬、总砷、氨氮的测定采用分光光度法、氰化物和化学 需氧量（重铬酸钾法）的测定通过滴定法进行，氟化物和pH通过电极法测定。2结果与分析2.1 渗滤液成分分析取新鲜渗滤液若干，分析结果见表1。表1危废渗滤液中成分（mg/L）Table 1 The components of leachate of hazardous wastespHCODcr氟化物总钡总锌总铜总铅总镉总镍总铍总砷六价铬总铬氨氮总汞8.3618593

14、7.8518815.62892.591.26.69未检出21.250.41.9613200.007所取渗滤液有较高的色度，有极重的垃圾腐败及工业固废的臭味。 由表1可以看出，该 危废渗滤液含有大量重金属和有机物、氨氮，部分指标含量远高于GB 8978-1996污水综合排放标准中三级排放标准的限值。 该危废渗滤液水质复杂程度远大于一般污水，无论直接生化、物化还是回灌处理，都有较大难度。2.2渗滤液吹脱规律2.2.1温度对渗滤液吹脱的影响pH值为10时，在不同的温度下分别对渗滤液吹脱10 min，分别测量不同实验条件下渗滤液吹脱后的氨氮和 COD （化学需氧量）值，结果见图2。16000m( 氮

15、氨温度C)图2不同吹脱温度下渗滤液的变化规律Fig.2 The cha nges of leachate at differe nt stripp ing temperature由图2可以看出，温度越高，氨氮脱除率越高。当温度达到90C时，渗滤液中氨氮浓度为38mg/L，其吹脱率为为97%。与此同时，渗滤液有机物浓度有所下降，温度越高下降 越多，90C时，有机物最大损失率达58%。渗滤液中的氨氮多以NH4+和NH3的状态存在，并存在以下平衡：NH3+H2 - NH4+ oh 一当温度值升高时，氨在水中的扩散系数增大，增加了传质系数；另一方面，游离氨在水中的溶解度降低，增加了传质推动力，形成热阱

16、，使渗滤液中的游离氨比例增加，反应向左进行，加快了氨的脱除 。有机物的挥发是伴随着这个过程的，这是因为加热状态下，不仅 形成热阱，还在液体内部构成一个质阱”促进了有机物的挥发8。高温可以渗滤液中的氨氮吹脱更加彻底，但是却导致更多有毒有害的有机物挥发出来，尤其针对危废渗滤液，其中的有机物不仅包括一般生活垃圾渗滤液中的挥发性芳香烃、卤代烃、酚类、多环芳烃、腐殖酸等 9-10，还含有的本填埋场危废中特定的物质如菊酯类、氨基 甲酸脂类、酰胺类、璜酰脲类、杂环类等典型的农药污染物及其分解产物，其挥发性组分毒性较大，且成分随危废来源变化较大。为实现有机物和氨氮的分离，使大部分有机物保留， 吹脱温度应设为常

17、温。2.2.2 pH值对渗滤液吹脱的影响通过石灰和硫酸调节 pH值，在不同pH条件下，分别对渗滤液吹脱10 min，测定吹脱后渗滤液的氨氮和 COD值，结果见图3。1800016000gm 14000(12000pH图3不同吹脱pH下渗滤液的变化规律Fig.3 The cha nges of leachate at differe nt stripp ing pH由图3可见，pH越高，氨氮脱除率越大，脱除速度越低，有机物脱除率越小。当pH大于7时，氨气更容易从溶液中逸出，这也符合pH值升高，氨气溶解平衡左移的理论；pH为7-8时，游离氨浓度较大，氨气脱除速率较大，pH再上升，游离氨浓度降低，氨

18、气脱除速率降低。考虑到将氨气与有机物的分离，以及吹脱效率和成本，吹脱pH控制在10-11为宜，此时有机物脱除率在10%左右。2.2.3 气液比对渗滤液吹脱的影响浓度差是水和大气中氨氮转移的动力。为使水滴周围环境中的氨氮浓度最小，必须保证一定量的气液比，加快液体表面的扩散11。在同一个空气泵的作用下，气液比与吹脱时间成正比。在不同吹脱时间条件下，分别对原渗滤液吹脱，测定吹脱后渗滤液氨氮和 COD值,结果如图4所示。m（100 氮 氨60001600014000o O o O2 O010400020时间（min）图4不同吹脱时间下渗滤液的变化规律Fig4 The cha nges of leach

19、ate at differe nt stripp ing time由图4可以看出，时间越长，氨氮脱除率越高，但是不可避免地造成尾气夹带液滴现象 12，会带走一定量的有机物及其渗滤液，当时间为20 min时，氨氮脱除率超过 95%，COD脱除率也达到了 30%左右，此后氨氮的脱除速率越低，而有机物脱除速率变化较为平缓。 但进气量过小处置效率又会下降，综合考虑动力消耗、吹脱效率以及有机物挥发等方面因素， 将气液比控制在 3 400左右是比较合理的，此时吹脱时间为20 min。生产时需要考虑到加装雾滴防溅装置，也可以将含有一定量的有机物的氨气通过吸收液吸收后作为氨水回用在对有机杂质要求不高的地方。另

20、外可以增大曝气密度，提高效率，减少能耗。2.3渗滤液蒸发浓缩规律危废渗滤液中重金属、无机盐分以及大部分有机物的挥发性均比水弱，因此会保留在浓缩液中，而水会以水蒸气形式进入到冷凝液中。利用这个原理，分别用250 ml渗滤液蒸发浓缩，收集不同pH值条件下前、中、后各 70 ml冷凝液。分别测定其 COD大小，将三个 阶段馏出液的COD对pH值作曲线，如图5所示。再将各pH值条件下三阶段馏出液混合， 测混合液的COD值对pH值作曲线，如图6所示。2000 第一段*第二段第三段pH图5不同pH下渗滤液分段馏出液变化规律Fig.5 The cha nges of distill

21、ate at differe nt segme nted-evaporat ing pH1600 q1400 -1200 -1000 -800600400200012345678910pH图6不同pH下渗滤液馏出液的变化规律Fig.6 The cha nges of distillate at differe nt sevaporati ng pH从图5和图6中可以发现，随着 pH的增大，各阶段馏出液 COD均呈现先变小，再变大，达到峰值后再变小的规律，混合液pH为4.5左右时COD达到极大值约1400 mg/L，之后快速下降。总体上看，pH越大，馏出液COD越小，有机物越少，当 pH为酸性时

22、，有机 物挥发较多13，蒸发浓缩的冷凝管中也出现了黄色的油状有机冷凝物，此时馏出液呈现黄 色。由图6还可以看出，与生活垃圾渗滤液前期、后期馏出液COD高，中间COD低的规律完全不同，本实验研究的每个pH值条件下危废渗滤液各时间阶段馏出液COD之间并无明显的大小规律，说明危废渗滤液中有机物挥发性与浓缩时间无关，这可能与危废渗滤液中特有的有机物有关14。当210ml冷凝液馏出时，瓶中出现大量固体沉淀物，出现的 爆沸”现象，此时尽管瓶中任有少量液体，但是已经不能再进行蒸发浓缩操作了。出现该现象的原因可能是因为沉淀物阻止传热，瓶底热量不能均匀传导至溶液中，导致局部过热引起的， 工业生产时通过不断排出沉

23、淀物实现连续生产。考虑到需要尽量将有机物留在残渣中，以及部分金属在pH值过大的情况下回出现溶解的情况，应该在pH值为10左右的条件下进行蒸发浓缩实验，此时馏出液COD为200 mg/L左右，可以将此馏出液作为填埋场固化生产用水回用。此外，蒸发浓缩渗滤液会产生大量的泡沫，可以加入少量石蜡进行破除，生产时还可以通过洒水法去除泡沫。2.4蒸馏残渣的稳定化固化处置渗滤液经过蒸发浓缩过程中蒸馏残渣不断被分离出来，蒸馏母液和新的渗滤液混合后 继续浓缩。渗滤液蒸馏残渣通过硫化药剂、硫酸亚铁、石灰、水泥等进行固化，将重金属、 有机物、盐分完全固化在固化体中。经检验，固化体浸出液指标完全符合危废填埋要求GB18

24、598-2001危险废物填埋污染控制标准。产生的固化体强度大，能够在填埋堆体中稳定 存在。3.结论(1)危废渗滤液中组分复杂，可以通过吹脱-蒸发技术工艺将危废渗滤液中氨氮脱除，并对渗滤液进行浓缩。氨氮脱除率达到95%以上，而大部分有机物保留在蒸发浓缩残渣中，并实现了连续、完全的浓缩.，该方法是危废填埋场处理渗滤液的理想方法。该工艺需将吹脱在常温状态下进行，pH值控制在10-11之间，气液比约3400,吹脱时间为25 min左右，氨气可以回用，也可以通过吹脱塔或烟囱进行有组织排放。(3) 蒸发浓缩工艺pH值控制在10左右，母液回流再蒸发，其中有机物的挥发与浓缩时间无关，馏出液馏出液COD为200

25、 mg/L左右，相对洁净，可供填埋场生产回用。(4) 蒸发浓缩残渣经过处理后稳定地存在固化体中重新进入填埋场填埋，其浸出液符合 相关要求。参考文献1 孙孝龙，蒋文举.国内垃圾渗滤液处理工艺现状与技术探讨J.云南化工，2010, 37(4): 41-442 叶秀雅，周少奇，郑可.运用GC-MS技术分析垃圾渗滤液有机污染物的去除特性J.化工进展，2011,30(6):1374-13783 Josmaria Lopes de Morals, Patricio Peralta Zamora. Use of advanced oxidation processes to improve the biodegradability of mature landfill leachates. Journal of Hazardous M aterials, 2005, B123: l81 1864 Yoon, J, Cho S, Cho Y, Kim S. The characteristics of coagulation of