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beidouzhiku [副教授]
河北省石家庄市 | 未知职业
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[固废处置] 危险废物填埋场渗滤液固化处置效果评估

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beidouzhiku 发表于 2022-5-13 17:47:40 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
摘    要
来自:25hb.com
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  根据危险废物填埋场渗滤液的高盐和高有机物含量特征 ,提出了一种可行的渗滤液固化填埋处置方法 。结果表明 ,危险废物填埋场渗滤液最佳固化方式为 CaO 调节 pH 至 9~10 ,主要固化基料为水泥 0.6kg/L 、偏高岭土 0.4kg/L 、活性炭 2.5g/L 、硅藻土 5.0g/L及玻璃纤维 25 g /L ,该配方可提高污染物固定率和固定块抗裂效果 。在最佳固化配方下 ,COD 和盐度的固定率分别可达 95.1% 和 86.1% 。连续 165d 的模拟降雨淋溶下 ,填埋固化块能牢固束缚其中各种污染物 ,且固化块机械性能不变 ,固化块填埋处置时装袋与否对污染物释放影响不大 。研究结果为危险废物填埋场高盐高有机物渗滤液的处置提供可行方法 。

  安全填埋具有操作简单 、耗费低等优点 ,是工业危险废物处置的常用方法 ,该技术应用的关键是渗滤液的处理处置问题 。与一般城市生活垃圾填埋场渗滤液相比 ,危险废物安全填埋产生的渗滤液盐度更高 ,还含有大量有机物和重金属等有毒物质 ,对环境污染风险更高 ,亟需安全处置 。
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  对于高盐废水 ,常用的处理手段有驯养活性污泥 、蒸汽机械再压缩结晶 、膜过滤等 。有研究发现 ,添加活性污泥可以处理含有一定浓度氯化钠和硫酸钠的废水 ,但当废水含盐量超过 50 g /L时 ,单纯添加活性污泥的处理效果迅速下降;蒸汽机械再压缩技术可从高盐废水中结晶出大量废盐 ,但这种工艺也存在一定缺陷 ,设备机器壁上的结晶物需要定期清理 ,并且渗滤液对设备具有腐蚀作用 ;膜过滤处理看似能克服上述两种技术的缺陷,如纳滤膜技术可以实现将废水中大部分的盐分与其他污染物分离 ,但该技术费用较高且不可避免地存在结垢问题 。由此可见 ,针对高盐渗滤液的处理 ,现有各种技术不尽完善 ,仍有较大改进空间 。来自:25hb.com
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  偏高岭土经激发后带有凝胶性 ,并且具有一定耐盐 、耐腐蚀性,向水泥中加入偏高岭土可以进一步提高混凝土的抗盐性 。基于此 ,本研究尝试通过构建硅酸盐水泥 、偏高岭土基的固化体系对危险废物填埋场渗滤液(以下简称为渗滤液)进行固化处理 ,考虑到硅藻土对有机物和氨氮的吸附能力、活性炭对痕量金属和惰性 COD 的吸附性能以及玻璃纤维对固化材料抗裂性的影响 ,对固化配方进行优化 ,并对固化块在模拟降雨环境下污染物的淋溶特征进行长期评估 ,为高盐 、高有机物渗滤液的处理提供新的方法选择 。来自:25hb.com

  01 材料与方法
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  1.1 实验材料及装置

  1.1.1 实验材料
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  渗滤液取自浙江省某危险废物填埋场 ,渗滤液的水质特性见表1。固化材料选择 42.5R 型普通硅酸盐水泥 、工业用偏高岭土(800 目) 、工业用硅藻土(400 目) 、活性炭(CAS 7440‐44‐0 ) 、工业用CaO 、工业用玻璃纤维(短切) ,包装材料为带内膜中号编织袋 。
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  表 1 供试渗滤液特征

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  1.1. 2 测定仪器来自:25hb.com
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  仪器有 S210 pH 计 (瑞士梅特勒‐托利多) 、FE30 电导率仪(瑞士梅特勒‐托利多) 、万通 882 离子色谱仪(瑞士万通) 、DR/2800 型 COD 测定仪(美国哈希) 、V‐5800 型紫外分光光度计 。

  1.1.3 实验装置来自:25hb.com
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  建立两套内径 38 cm 、高 200 cm 的圆柱形模拟填埋反应器(以下简称反应器) 。反应器顶部设有密封盖 ,密封盖内部设置一个接连外部抽水装置的布水圆环 ,用于模拟降雨对填埋固化块的淋溶作用 ;反应器内部上层没有覆盖层 ,顶空空置约 45 cm ;中间约 110 cm 用于填装固化块 ;底部设置带孔的钢板承重 ,钢板下留有高 45 cm 的储液空间用于收集固化块的浸出液和一个控制排水的三通阀 ,反应器结构见图 1 。来自:25hb.com

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  图 1 模拟填埋反应器的结构
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  1.2 固化实验
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  在室温下进行固化实验和固化块养护 ,首先采用 CaO 将渗滤液的 pH 调节至 9 ~ 10 。之后 ,分别调节水泥与偏高岭土质量比以及硅藻土 、活性炭 、玻璃纤维的添加量 ,多批次混合形成固化基料 ,在不同液固比下加入已调节 pH 的渗滤液 ,搅拌均匀形成黏稠糊状物平摊在一次性培养皿中 ,室温下养护5 d 。对养护后的固化块按《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ 557 — 2010)进行浸出实验 。

  1.3 模拟填埋实验来自:25hb.com
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  根据最佳固化配方将渗滤液和固化基料搅拌混合均匀形成固化块 ,每个固化块直径为 36 ~ 38 cm并且厚度相近 ,在室温下养护 5 d ;养护完的固化块修整打包填入反应器进行 165 d 的模拟填埋实验 ,采用两套反应器分别模拟直接填埋(无袋)和带内膜编织袋包装填埋(有袋) ,两套反应器填埋的固化块总量均为 150 kg 。

  1.4 分析方法来自:25hb.com

  1.4.1 固化实验分析方法来自:25hb.com

  以被固化渗滤液中的污染物总量与固化块浸出液中的污染物质总量进行对比 ,计算污染物质的固定率 ,分别计算固化实验中 COD 和盐度的固定率 ,以此确定最佳固化配方 。

  1.4.2 模拟填埋实验分析方法来自:25hb.com

  根据浙江省某市近 3 年降雨量 ,计算得到每周反应器布水量(自来水)为 4 L 。反应器运行前测量顶空高度 ,使用卷尺沿柱子横截面直径上等距取 3点测定顶空高度 ,取平均值 ;运行期间每隔 7 天从反应器下部的储液空间抽取水样测定盐度 、COD 、氨氮 、Pb 、Cd 、Cr 、Cu 、Ni 、Zn 、Hg 、As 含量 ,每两周测 1次顶空高度变化 。来自:25hb.com
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  02 结果与讨论


  2.1 渗滤液固化配方优化来自:25hb.com

  固化配方优化实验中 ,液固比对渗滤液固化效果具有明显影响 ,液固比为 1 mL/g时固化效果最佳 ,渗滤液加入量过大时 ,固化体系无法适应将导致固化效果变差 。适量的偏高岭土在渗滤液中通过缩聚反应形成聚合物增强固化体系的耐盐性 ,固化体系中水泥与偏高岭土的质量比为 3∶2 时最合适 ,即20 mL 渗滤液中添加 12 g 水泥与 8 g 偏高岭土混合固化 。在此固化基础上添加硅藻土和活性炭提高固化效果 ,渗滤液中 COD 和盐度的固定效果见表 2 。可以看出 ,在添加渗滤液 20 mL ,水泥 12 g ,偏高岭土 8 g 的固化体系中 ,混合添加适量的硅藻土和活性炭可以提高污染物固定率 ,当活性炭添加量为0.05g 时 ,同时添加硅藻土 0.1g ,COD 和盐度固化效果最佳 ,固定率分别为 95.1% 、86.1% ,当硅藻土与活性炭添加量过多时 ,两者可能因为拮抗作用反而导致固化效果下降 。在此基础上 ,对加入不同含量玻璃纤维的固化块进行养护观察 ,发现当玻璃纤维的添加量为 0.5g 时 ,养护后的固化块表面光滑无裂痕 ,虽然增大玻璃纤维的添加量可以继续提高抗裂效果 ,但是综合考虑性价比 ,0.5g 的玻璃纤维添加量最为适宜 。综上 ,渗滤液的最佳固化配方为:水泥 0.6kg /L 、偏高岭土 0.4kg /L 、活性炭 2.5g /L 、硅藻土 5.0g /L及玻璃纤维 25 g /L 。

  表 2 硅藻土和活性炭联合作用下 COD和盐度的固定率
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  2.2 固化块填埋后的长期淋溶特征
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  2.2.1 有机物的淋溶特征来自:25hb.com
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  为评估渗滤液固化块有机物的淋溶特征 ,连续监测反应器每周出水 COD ,结果见图 2 。可以看出 ,两套反应器出水 COD 相近 ,变化趋势总体相同 。固化块经过 165 d 的淋溶后 ,只有极少量有机物浸出 ,反应器出水 COD 波动不大 ,平稳保持在 50mg /L以 下 ,远 低 于 《污 水 综 合 排 放 标 准 》 (GB8978 — 1996)一级标准(100 mg /L) ;出水 COD 较原始渗滤液而言浓度极低 ,说明固化块在模拟填埋过程中几乎不会释放有机物 ,并且固化块装袋与否对有机物的释放影响不大 。由此可见 ,固化后再填埋能有效抑制渗滤液中有机物向环境释放 。
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  图 2 出水 COD的变化趋势


  2.2.2 盐度淋溶特征来自:25hb.com

  反应器每周出水盐度测定结果见图 3 。两套反应器出水盐度及变化趋势相近 ,固化块经过 165 d的淋溶后 ,只有极少量盐度浸出 ,在淋溶的前 42 天 ,两套反应器出水盐度由 0.08 g /L提高到 0.15 ~ 0.34g /L ,而在淋溶 49 d 后 ,反应器出水盐度总体在 0.4g /L上下浮动 ,相较于原始渗滤液而言盐度极低 ,仅为原始盐度的约 0.5% ,说明固化块在模拟反应器中只有极少的盐分释放 ,且装袋与否对盐分的释放影响不大 。由此可见 ,固化后再填埋也能有效抑制渗滤液中盐分向环境释放 。

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  图 3 出水盐度的变化趋势

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  2.2.3 重金属淋溶特征来自:25hb.com
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  反应器每周出水重金属的测定结果见图 4 。两套反应器重金属浸出浓度变化趋势相近 ,且重金属浸出浓度均极低 。经过 165 d 的淋溶后 ,浸出液中只有极少重金属 ,Pb 、Cd 、Cu 、Cr 、Ni 、Zn 等的浸出质量浓度均低于 0.1 mg /L ,这表明固化块在模拟填埋过程中只有极少的重金属释放 ,装袋与否对重金属的释放影响不大 ,也即固化方法可以有效稳定渗滤液中的重金属。
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  图 4 出水重金属的变化趋势

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  2.2.4 氨氮淋溶特征
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  反应器每周出水氨氮的变化趋势见图 5 。两套反应器的出水氨氮浓度以及变化趋势相近 ,固化块经过 165 d 的淋溶后 ,只有极少的氨氮浸出 。
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  图 5 出水氨氮的变化趋势
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  淋溶过程中 ,反应器出水氨氮浓度波动总体不大 ,基本稳定在 12 mg/L左右 ,满足 GB 8978 — 1996一级标准(15 mg/L ) 。较原始渗滤液而言 ,反应器出水氨氮仅为原始渗滤液的 0.1% 左右 ,固化块在模拟填埋过程中几乎没有氨氮释放 ,装袋与否对氨氮释放的影响不大 ,固化后再填埋可有效抑制渗滤液中氨氮向环境释放 。
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  2.3 渗滤液固化块长期淋溶下的沉降性能
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  经测定 ,有袋和无袋反应器初始顶空高度分别为 45.6 、44.0 cm ,经过 165 d 的淋溶后 ,两反应器的顶空高度分别为 46 3. 、44 6. cm ,这说明长期填埋处理下固化块基本不会发生明显下沉现象 ,持续外部降雨淋溶的情况下 ,固化块不会发生变形 、破碎等情况 。由此可见 ,渗滤液固化块在填埋场内能稳定长期存在 ,在保持其机械性能不变形的同时 ,牢固地束缚渗滤液中的各种污染物 ,极大降低了处理难度 ,为当前危险废物填埋场后续的渗滤液处理难题提供新的选择 。来自:25hb.com

  为后续更方便地投入工程运用 ,对前述最佳固化配方进行初步成本预算 ,所需要的材料 、设备和人工费用均参考适时市场行情 ,计算得到渗滤液固化处理成本约 1 238 元/m3 。当前 ,对于此类渗滤液的处理还缺乏有效途径 ,各种高级处理技术如膜法等虽然能使部分出水达标 ,但遗留下的浓缩液成分更复杂 ,处理难度更大 。因此 ,对渗滤液的处理需要转换思维 ,本研究提出的固化处理后回填至危险废物填埋场的方法相较于常规污水处理工艺更容易克服高盐高有机物的处理难点 ,更为重要的是 ,通过固化处理 ,使得污染物能稳定 、安全地“储存”于危险废物填埋场 ,切断了盐和有机物“填埋‐溶解”的释放途径 。此外 ,固化处理工艺设备简单 、能耗低 、占地面积小 ,投资成本低 ,相较于其他渗滤液的处理工艺投资成本大大降低 。

  03结论
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  经过批次固化实验 ,得到危险废物填埋场渗滤液最佳固化方式为 CaO 调节 pH 至 9 ~ 10 ,主要固化基料为水泥 0.6 kg /L 、偏高岭土 0.4kg /L 、活性炭2.5 g /L 、硅藻土 5.0 g /L及玻璃纤维 25 g /L ,在此条件下具有最佳的有机物和盐分固化效果 ,COD 、盐度固定率分别可达 95.1% 、86.1% 。基于该固化效果构建模拟固化块再填埋实验 ,在 165 d 的连续模拟降雨淋溶下 ,固化块能在填埋场内稳定长期存在 ,并牢固束缚其中各种污染物 ,且固化块机械性能不变 。危险废物渗滤液固化再填埋为当前高盐高有机质渗滤液的处理提供了新的技术选择 。

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