垃圾滲濾液與焚燒飛灰協(xié)同處理實(shí)驗(yàn)研究

摘 "要：針對(duì)生活垃圾處理過程中產(chǎn)生的焚燒飛灰和垃圾滲濾液，采用垃圾滲濾液作為飛灰水洗介質(zhì)，去除飛灰中的可溶性氯鹽，同時(shí)采用催化濕式過氧化氫氧化法（CWPO）處理洗灰廢水。在飛灰去氯過程中，分別考察固液比、攪拌時(shí)間、沉降時(shí)間對(duì)滲濾液中COD、氨氮去除效率的影響。結(jié)果表明，固液比為水洗過程COD去除效率的主要影響因素，在最佳固液比1∶9條件下，滲濾液COD去除率為62.68%。在洗廢廢水處理過程中，考察反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和H2O2投加量對(duì)CWPO反應(yīng)的影響。結(jié)果表明，在反應(yīng)溫度200 ℃，H2O2投加量20 mL，反應(yīng)時(shí)間40 min條件下，COD去除率可達(dá)90.4%。實(shí)現(xiàn)焚燒飛灰和垃圾滲濾液的協(xié)同處理。

關(guān)鍵詞：焚燒飛灰；垃圾滲濾液；協(xié)同處理；固液比；資源化處理

中圖分類號(hào)：X703.1 " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " " " " "文章編號(hào)：2095-2945（2024）20-00６0-0５

Abstract： Aiming at the fly ash and landfill leachate produced in the process of municipal solid waste treatment， landfill leachate was used as fly ash washing medium to remove soluble chloride in fly ash， and catalytic wet peroxide oxidation （CWPO） was used to treat ash washing wastewater. In the process of dechlorination of fly ash， the effects of solid-liquid ratio， stirring time and settling time on the removal efficiency of COD and ammonia nitrogen in leachate were investigated. The results show that the solid-liquid ratio is the main factor affecting the COD removal efficiency in the water washing process. Under the condition of the optimum solid-liquid ratio at 1∶9， the COD removal rate of leachate is 62.68%. In the process of washing wastewater treatment， the effects of reaction temperature， reaction time and H2O2 dosage on CWPO reaction were investigated. The results show that under the conditions of reaction temperature 200 ℃， H2O2 dosage 20mL and reaction time 40min， the removal rate of COD can reach 90.4%， so that the cooperative treatment of fly ash and landfill leachate was realized.

Keywords： fly ash; landfill leachate; cooperative treatment; solid-liquid ratio; resource treatment

城市生活垃圾現(xiàn)有的處置方法主要有衛(wèi)生填埋法和焚燒處置法[1]。由于衛(wèi)生填埋法投資少、適用性強(qiáng)、運(yùn)行成本低，使其成為我國城市生活垃圾主要的處置方法。但衛(wèi)生填埋占用大量土地，同時(shí)產(chǎn)生大量的垃圾滲濾液。垃圾滲濾液是一種高濃度難降解有機(jī)廢水，被公認(rèn)為最難處理的污水之一，其產(chǎn)生量約為垃圾處理量的10%～20%。目前國內(nèi)常采用膜法處理垃圾滲濾液，該方法通過不同孔徑的膜對(duì)滲濾液中的有機(jī)物、氨氮和重金屬等污染物進(jìn)行隔離，使水分子透過膜，實(shí)現(xiàn)滲濾液的凈化。但在膜分離的過程中，大約會(huì)產(chǎn)生20%～40%的濃縮液無法處理，使該工藝未真正實(shí)現(xiàn)無害化處理。隨著用地成本的增加，以及民眾環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，衛(wèi)生填埋法的優(yōu)勢不再明顯。

相比填埋法，焚燒法具有減容、減量、能源可再利用等優(yōu)點(diǎn)，因此已逐漸成為我國處理生活垃圾和部分工業(yè)垃圾的首選技術(shù)，但焚燒處理過程中除產(chǎn)生垃圾滲濾液外還會(huì)產(chǎn)生另一種二次廢物——焚燒飛灰。焚燒飛灰是一種極難處理的危險(xiǎn)廢物，在垃圾焚燒過程中大約會(huì)產(chǎn)生3%～15%[2]的焚燒飛灰。焚燒飛灰中含有大量二噁英、重金屬等有害污染物，必須妥善處置，否則將對(duì)城市可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。雖然飛灰被定義為危險(xiǎn)廢物，但飛灰中含有的鈉鹽和鉀鹽卻是重要的工業(yè)原材料。目前焚燒飛灰通常采用剛性填埋的方式進(jìn)行處理，只是暫時(shí)進(jìn)行了無害化處理，并未實(shí)現(xiàn)資源化處理。國內(nèi)已有焚燒飛灰水洗協(xié)同水泥窯處置技術(shù)進(jìn)行飛灰處理案例[3]，一定程度上降低了焚燒飛灰對(duì)環(huán)境的危害，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了飛灰的資源化，但對(duì)于某些不適宜建造水泥窯工程的地區(qū)限制了該技術(shù)的應(yīng)用。

目前，國內(nèi)大多數(shù)處理生活垃圾的環(huán)保單位通常將以上2種廢物分開處理，本文采用垃圾滲濾液代替水進(jìn)行飛灰去氯，并采用催化濕式過氧化氫氧化（Catalytic Wet Peroxide Oxidation，CWPO）對(duì)洗灰廢水進(jìn)行處理，考察兩者協(xié)同處理的效果。

1 "實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 "工藝流程介紹

垃圾滲濾液與焚燒飛灰協(xié)同處理工藝流程及本次實(shí)驗(yàn)研究內(nèi)容如圖1所示。采用垃圾滲濾液代替水進(jìn)行飛灰水洗，該過程中飛灰作為吸附劑可對(duì)垃圾滲濾液中的有機(jī)物進(jìn)行過濾吸附，降低滲濾液的COD含量及濁度。與此同時(shí)，垃圾滲濾液作為溶劑可溶解焚燒飛灰中的可溶性氯鹽，降低飛灰中的氯含量[4]，降低后續(xù)去氯飛灰處理（熔融固化或水泥窯協(xié)同處理）過程中氯離子對(duì)設(shè)備的腐蝕。垃圾滲濾液和焚燒飛灰協(xié)同處理過程中產(chǎn)生的洗灰廢水，送入洗灰廢水處理單元進(jìn)行處理，通過曝氣吹脫去除廢水中的氨氮，再采用CWPO工藝去除殘余的有機(jī)物，最后通過絮凝沉淀和重金屬吸附去除洗灰廢水中的懸浮物和重金屬，最終送入蒸發(fā)分鹽單元進(jìn)行提鹽處理，得到NaCl和KCl晶體，實(shí)現(xiàn)垃圾滲濾液和焚燒飛灰的無害化和資源化處理。本文主要針對(duì)該工藝中的2個(gè)核心單元——飛灰去氯和CWPO單元展開實(shí)驗(yàn)研究。

1.2 "實(shí)驗(yàn)材料與儀器

本實(shí)驗(yàn)所使用的垃圾滲濾液取自深圳市某填埋場滲濾液，呈深黑色，測得垃圾滲濾液COD、NH■■-N、氯離子、濁度等參數(shù)見表1。焚燒飛灰取自深圳市某垃圾焚燒發(fā)電廠，呈灰白色，主要化學(xué)成分中，CaO、SiO2、Cl平均含量見表2。

實(shí)驗(yàn)主要測定儀器和設(shè)備為pH計(jì)、COD分析儀、總氮測試儀、消解器、磁力攪拌器和CWPO反應(yīng)釜等，實(shí)驗(yàn)流程如圖2所示。

1.3 "分析方法

1.3.1 "測定方法

COD采用HJ/T 399—2007COD《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測定快速消解分光光度法》測定；

氯離子含量采用氯離子濃度計(jì)測定；

濁度采用GB/T 5750.4—2006《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法感官性狀和物理指標(biāo)》福爾馬肼分光光度法測定。

1.3.2 "計(jì)算方法

式中：n2為洗灰廢水中氯離子含量，mg/L；nCl0為滲濾液原液中氯離子含量，mg/L；V為實(shí)驗(yàn)稱取滲濾液的體積，mL；m0為飛灰樣品重量，g；ηCl為飛灰樣品中氯含量，%。

2 "結(jié)果與討論

2.1 "飛灰去氯實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，焚燒飛灰作為一種吸附劑，確實(shí)可去除垃圾滲濾液中的有機(jī)物。m（飛灰）∶m（滲濾液）=1∶9時(shí)，COD去除率最高可達(dá)62.68%。通過實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)隨著滲濾液添加量的增加，吸附效果反而增加。推測可能因?yàn)轱w灰中含有30%～40%的CaO，與水反應(yīng)放出大量的熱，不利于吸附。隨著滲濾液的添加量的增加，可以減少反應(yīng)過程的溫升，因此COD去除氯逐漸升高。但隨著滲濾液添加量的繼續(xù)增加，飛灰中的吸附位不足，導(dǎo)致COD去除率降低。通過圖3還發(fā)現(xiàn)，在不同固液比下，氨氮去除率、氯鹽溶出率、濁度去除率變化較小，但協(xié)同過程中氯鹽溶出率均大于90%、濁度去除率均大于70%。滲濾液作為一種溶劑可溶解飛灰中的可溶性氯鹽，而飛灰作為一種吸附劑，可吸附滲濾液中的有色物質(zhì)，從而降低滲濾液的濁度，如圖4所示。通過上述實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析，m（飛灰）∶m（滲濾液）=1∶9為最佳固液比。

2.1.2 "水洗時(shí)間對(duì)飛灰去氯的影響

在m（飛灰）∶m（滲濾液）=1∶9，攪拌時(shí)間t1=10、20、30、40 min，靜置時(shí)間t2=30 min條件下，考察水洗時(shí)間對(duì)飛灰去氯反應(yīng)過程的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，4個(gè)不同的水洗時(shí)間下，COD的去除率在53%～57%，氨氮去除率在5%～8%，氯鹽溶出率在89%～93%，濁度去除率在70%～75%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水洗時(shí)間對(duì)飛灰去氯反應(yīng)過程影響較小。

2.1.3 "靜置時(shí)間對(duì)協(xié)同處理的影響

在m（飛灰）∶m（滲濾液）=1∶9，攪拌時(shí)間t1=30 min，靜置時(shí)間t2=20、30、40、50 min條件下，考察靜置時(shí)間對(duì)飛灰去氯反應(yīng)過程的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知，在4個(gè)不同的靜置時(shí)間下，COD的去除率在49%～59%，氨氮去除率在6%～8%，氯鹽溶出率在87%～92%，濁度去除率在70%～75%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，靜置時(shí)間對(duì)飛灰去氯反應(yīng)過程的影響也較小。

2.2 "洗灰廢水催化濕式過氧化氫氧化實(shí)驗(yàn)

采用催化濕式過氧化氫氧化反應(yīng)去除洗灰廢水中殘余的有機(jī)物，洗灰廢水為在m（滲濾液）∶m（飛灰）=1∶9、水洗時(shí)間30 min、靜置時(shí)間30 min反應(yīng)條件下制得的上清液，并將pH調(diào)節(jié)至7。本實(shí)驗(yàn)主要考察反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度和H2O2投加量對(duì)CWPO反應(yīng)的影響。

2.2.1 "反應(yīng)時(shí)間對(duì)CWPO反應(yīng)的影響

量取200 mL洗灰廢水倒入反應(yīng)釜中，加入2 g活性炭催化劑，20 mL H2O2，攪拌后蓋上反應(yīng)釜，并檢查密封性，進(jìn)行升溫操作。當(dāng)溫度升至200 ℃時(shí)，分別維持20、30、40、50 min。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)釜置于冷卻槽中降溫泄壓，測定反應(yīng)后洗灰廢水的COD含量，分析結(jié)果如圖7所示。

由圖7可知，在CWPO反應(yīng)過程中，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，COD的去除率也逐漸增加。反應(yīng)時(shí)間大于40 min后，COD去除率均在90%以上，在此反應(yīng)過程中，廢水中的大分子有機(jī)物被分解為小分子有機(jī)物和無機(jī)物[5]。為防止反應(yīng)時(shí)間過長，氧化劑不足以繼續(xù)氧化有機(jī)物，導(dǎo)致廢液中的有機(jī)物發(fā)生自身縮合、聚合反應(yīng)導(dǎo)致去除率降低[6]，選取40 min為最佳反應(yīng)時(shí)間。

2.2.2 "反應(yīng)溫度對(duì)CWPO反應(yīng)的影響

量取200 mL洗灰廢水倒入反應(yīng)釜中，加入2 g活性炭催化劑，在H2O2添加量20 mL，反應(yīng)溫度分別為160、180、200、220 ℃，反應(yīng)時(shí)間40 min條件下，考察反應(yīng)溫度對(duì)CWPO反應(yīng)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。

由圖8可知，在CWPO反應(yīng)過程中，隨著反應(yīng)溫度的升高，COD的去除率也逐漸增加。反應(yīng)溫度在200 ℃以上時(shí)，COD去除率均在90%以上，呈現(xiàn)較高的反應(yīng)催化活性。

2.2.3 "H2O2投加量對(duì)CWPO反應(yīng)的影響

量取200 mL洗灰廢水倒入反應(yīng)釜中，加入2g活性炭催化劑，在反應(yīng)溫度200 ℃，反應(yīng)時(shí)間40 min，H2O2添加量分別為12、16、20、24 mL條件下，考察H2O2添加量對(duì)CWPO反應(yīng)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9所示。

由圖9可知，在CWPO反應(yīng)過程中，隨著H2O2投加量的增加，COD的去除率也逐漸增加。當(dāng)投加量在16 mL以下時(shí)，反應(yīng)催化活性在80%以下，而當(dāng)H2O2投加量大于20 mL時(shí)，COD去除率可達(dá)90%以上，說明H2O2作為CWPO反應(yīng)的氧化劑，對(duì)反應(yīng)催化活性的影響至關(guān)重要。

3 "結(jié)論

1）通過飛灰去氯實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，飛灰與滲濾液的固液比對(duì)于兩者協(xié)同處理過程至關(guān)重要，而攪拌時(shí)間和沉降時(shí)間對(duì)該過程影響較小。在固液比1∶9、攪拌時(shí)間30 min、沉降時(shí)間30 min條件下，垃圾滲濾液中的COD去除率為62.68%，氯離子溶出率為90.19%，濁度去除率為74.16%。

2）通過洗灰廢水濕式過氧化氫催化氧化實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該反應(yīng)對(duì)洗灰廢水中殘留的有機(jī)物凈化效果較好。在反應(yīng)溫度200 ℃、H2O2投加量20 mL、催化劑投加量2 g、反應(yīng)時(shí)間40 min條件下，廢水中殘留的COD去除率可達(dá)90.4%。

3）通過本實(shí)驗(yàn)研究證明可采用垃圾滲濾液代替水進(jìn)行飛灰去氯水洗，兩者反應(yīng)具有協(xié)同作用，飛灰可降低垃圾滲濾液中有機(jī)物含量，同時(shí)還可大幅度去除滲濾液的色度和臭味（圖10），而垃圾滲濾液可溶出飛灰中的氯鹽，為垃圾滲濾液和焚燒飛灰的無害化和資源化處理提供了新的方向。

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