垃圾填埋场渗滤液的超临界水氧化法处理研究

摘要 研究了在高温高压、亚临界和超临界条件下，垃圾渗滤液COD和BOD的去除效果。结果表明，高温高压下，渗滤液COD和BOD的去除率不高；在湿式氧化和亚临界条件下，渗滤液COD和BOD的去除率明显提高，大部分有机物得到去除，出水和排气中不含有毒化合物；在超临界条件下，当压强30～40 MPa、500 ℃时，渗滤液COD可基本去除，当压强50 MPa、400 ℃以上时，COD可完全去除。
关键词 垃圾渗滤液 超临界水氧化 污染治理
Experimental investigation of landfill leachate by supercritical water oxidation process Xu Kedong1，Lu Zhibin2.（1.General Machinery Research Institute，Hefei Anhui 230082；2.Anhui Lonry Technology Co.Ltd.，Hefei Anhui 230031）
Abstract: The removal efficiencies of BOD and COD of landfill leachate were investigated using supercritical water oxidation (SCWO) process. Under the different circumstances，such as high pressure，high temperature，wet air oxidation (WAO)，sub-critical water and SCWO，the experimental results were obtained. The organic compounds were completely removed when the pressure was 30 to 40 MPa，and the temperature was above 400 ℃.
Keywords: landfill leachate；SCWO；pollution control
我国每年增加生活垃圾114亿t，现已累积生活垃圾60亿t，工业垃圾70亿t，生活垃圾正以每年8％～10 %的速度增长[1]。传统生活垃圾的处理一般采用焚烧、填埋、堆肥等方法，其中填埋法因其操作简单、技术成熟，是目前最通用的技术。然而，随着我国城市化进程的加快，垃圾填埋场的规模越来越大，垃圾渗滤液逐渐成为严重的环境污染问题。垃圾填埋场渗滤液中COD质量浓度高达十几万mg/L，BOD质量浓度最高可达几万mg/L。垃圾渗滤液主要由微生物厌氧发酵产生，其中含有机酸、低分子脂肪醇等。与城市污水相比，垃圾渗滤液污染物浓度高、毒性强，一般直接生物处理效果不理想，正常运行的城市污水处理厂中加入一定量的垃圾渗滤液可使原来的微生物死亡殆尽。垃圾填埋场渗滤液是长期存在的，如不及时处理，不仅危害我们自己的生存环境，还会让子孙后代长久地品尝我们亲手种成的毒果[2，3]。
对于垃圾填埋场渗滤液，目前采用的技术主要是高倍稀释后进入城市污水处理厂，或者稀释后，经由特别驯化的微生物处理，再消毒排放[4-7]。也有研究者开展了吸附法、光照法和催化氧化法等的研究[8-13]。笔者研究了采用超临界水氧化法处理高浓度的垃圾渗滤液。超临界水氧化法处理技术是20世纪末发展起来的一种新型的水处理技术，利用水在超临界条件下的特性，如对有机物的高溶解性、大的离子积（接近10-6）、低粘度等，增加反应相中污染物和氧化剂的接触机率，从而提高反应速率。
1 材料和方法
1.1 仪器及材料
超临界水氧化处理装置见图1。氧化剂为双氧水和高纯氧气。

图1 超临界水氧化处理装置
水样COD分析采用回流式COD标准测定装置及相应的试剂（GB 11914－1989 水质化学需氧量的测定重铬酸盐法）；BOD分析采用BOD5标准测定装置及相关试剂（GB 7488－1987 水质五日生化需氧量(BOD5)的测定稀释与接种法）；有机物分析采用LC－MS有机物定性分析系统（Fannigan Co.）；气体组分采用气相色谱仪分析。
垃圾渗滤液取自安徽某市垃圾填埋场。
1.2 实验方法
图2为超临界水氧化处理垃圾渗滤液实验流程图。实验装置最高压强60 MPa，最高温度600 ℃，反应器为Φ8 mm×300 mm的耐高温高压金属管，其中有效反应容积15 mL，其余为预热部分，采用沙浴加热。停留时间为1 min时，每小时处理样品量为900 mL。

图2 超临界水氧化处理垃圾渗滤液实验流程图
P—压强测定仪表；T—温度测定仪表
实验分别在湿式氧化、亚临界和超临界条件下进行，分析有机物的变化，从而确定各种试验条件对有机物降解的影响。
在亚临界或湿式氧化条件下，氧化剂采用氧气，由氧气瓶加入。在超临界条件下，双氧水和垃圾渗滤液由往复泵加压进入反应器，反应器外面由沙浴加热。反应器内设热电偶温度计和压力表。系统内的压强由背压阀调节，反应时间由进料阀控制，待反应体系的温度、压强稳定后，出水经冷却器冷却，再经过气水分离器取样分析结果。
2 结果及讨论
垃圾渗滤液主要污染物质量浓度：COD 111 000 mg/L，BOD 65 000 mg/L，有机氮8 100 mg/L。
在湿式氧化或亚临界条件下，压强为10 MPa，温度为200～500 ℃，氧气注入量按理论COD的1.2倍计，停留时间为180 s，渗滤液降解结果见图3。

图3 湿式氧化或亚临界条件下的渗滤液降解实验
由图3可见，对于300 ℃以下的普通高温高压反应环境，渗滤液中易氧化的有机物，包括小分子的酸、醇等去除效果比较好，而对大分子的芳香化合物和长链的脂肪烃效果不佳，所以表现在BOD去除率较高，而COD去除率增长不明显。300 ℃以上时，反应体系处于湿式氧化环境，废水中COD去除率显著提高。随着温度的进一步升高，系统接近亚临界状态，COD去除效率提高。