ゴミ浸出液の特徴
ゴミ浸出水とは、ゴミの堆積や埋め立ての過程で発酵、沈殿浸出、表水や地下水浸透などにより発生する廃水を指します。ゴミ浸出水の成分は、ゴミの成分、埋め立て期間、埋め立て技術、気候条件などの要因によって左右されますが、その中でも埋め立て期間が最も重要な影響要因です。埋め立て地の年数で分類すると、一般的に埋め立て期間が1年未満のものは若い浸出水、1～5年のものは中年の浸出水、5年以上のものは古い浸出水とされています[1]。表1は、ゴミ浸出水の種類ごとの特徴を示しています[2]。
ゴミの水質は、一般的に次のような特徴があります。(1) 複雑な組成で、さまざまな有機汚染物質、金属、植物栄養素が含まれています。(2) 有機汚染物質の濃度が高く、CODとBODは数万mg/Lに達します。(3) 金属の種類が多く、金属イオンは10種類以上あります。(4) アンモニア性窒素が高く、変動範囲が広いです。(5) 組成と濃度は季節によって変化します[2]
現在、ゴミ浸出水の処理方法は主に生物学的方法に依存しています。その中でも、若い浸出水は、易分解性有機物の含有量が高く、B/C比が高く、アンモニア性窒素が低いため、生物学的方法による処理に適しています。しかし、埋立地の古さが増すにつれて、浸出水の生分解性が低下し、アンモニア性窒素が大幅に増加し、生物学的処理の有効性を阻害します。そのため、中高年の浸出水に生物学的処理を直接使用することは適切ではありません。また、生物学的方法は、温度、水質、水量の変化に敏感であり、生分解が難しい有機物を処理できません。物理化学的方法は、生分解性が悪く、アンモニア性窒素含有量が高いゴミ浸出水に対する除去効果が良好で、水質や水量の変化の影響を受けません。排出水質は比較的安定しており、ゴミ浸出水の前処理や深層処理に広く使用されています。既存の物理化学処理技術に基づいて、吸着法、ブローオフ法、凝集沈殿法、化学沈殿法、化学酸化法、電気化学法、光触媒酸化法、逆浸透法、ナノ濾過法の研究の進歩をレビューし、実際の作業に参考となる情報を提供した。
2 物理的および化学的処理技術
2.1 吸着
吸着法は、多孔質固体物質の吸着効果を利用して、ゴミ浸出液中の有機物や金属イオンなどの有毒有害物質を除去する方法です。現在、活性炭吸着に関する研究が最も盛んに行われています。J. Rodríguezら[4]は、活性炭、樹脂XAD-8、樹脂XAD-4を用いて嫌気性処理浸出液の吸着を研究しました。その結果、活性炭の吸着能力が最も強く、流入液のCODを1500 mg/Lから191 mg/LNに低下させることができました。Aghamohammadiら[5]は、活性汚泥法を用いてゴミ浸出液を処理する際に粉末活性炭を添加しました。その結果、CODと色度の除去率は活性炭を使用しない場合に比べてほぼ2倍になり、アンモニア性窒素の除去率も向上しました。Zhang Futaoら[6]は、活性炭を活性炭に添加し、活性炭を添加した場合よりもCODと色度の除去率が約2倍になり、アンモニア性窒素の除去率も向上したことを示しました。 [6]は、埋立地浸出液中のホルムアルデヒド、フェノール、アニリンに対する活性炭の吸着挙動を研究し、その結果、活性炭の吸着等温線はフロイントリッヒの経験式に準拠していることが示された。また、活性炭以外の吸着剤もある程度研究されている。M. Heaveyら[7]は、アイルランドのKyletalesha埋立地からの浸出液を使用して石炭スラグ吸着実験を行った。結果によると、石炭スラグ吸着処理後、平均COD 625 mg / L、平均BOD 190 mg / L、平均アンモニア性窒素218 mg / Lの浸出液は、COD除去率が69％、BOD除去率が96.6％、アンモニア性窒素除去率が95.5％でした。石炭スラグ資源が豊富で再生可能であり、二次汚染がないため、開発の見通しは良好です。活性炭吸着処理が直面する主な問題は、活性炭が高価であり、簡単で効果的な再生方法がないため、その推進と応用が制限されていることです。現在、ゴミ浸出液を処理する吸着法は主に実験室規模であり、実際に適用する前にさらに研究する必要があります。
2.2 ブローオフ法
ブローオフ法は、ガス（キャリアガス）を水に導入し、十分に接触させた後、水中の揮発性可溶性物質を気液界面を通して気相に移行させ、汚染物質を除去する目的を達成する。キャリアガスとしては、空気が一般的に用いられる。中高年ゴミの浸出液中のアンモニア性窒素含有量は比較的高く、ブローオフ法はアンモニア性窒素を効果的に除去することができる。SK Marttinenら[8]は、ブローオフ法を用いてゴミ浸出液中のアンモニア性窒素を処理した。pH=11、20℃、水圧滞留時間24時間の条件下で、アンモニア性窒素は150mg/Lから16mg/Lに減少した。Liao Linlinら[9]は、ゴミ浸透における液体アンモニア剥離の効率に影響を与える要因を研究し、pH、水温、ガス液比が剥離効率に大きな影響を与えることを発見した。 pHが10.5〜11のときに脱窒効果が向上しました。水温が高いほど、脱窒効果は優れています。気液比が3000〜3500 m3/m3のとき、脱窒効果はジェイ・チョウの新曲に示されているとおりです。アンモニア性窒素の濃度は吹き出し効率にほとんど影響しません。 Wang Zongpingら[10]は、ジェットエアレーション、ブラストエアレーション、表面エアレーションの3つの方法を使用して、アンモニアストリッピングで浸出液を前処理しました。結果は、ジェットエアレーションが同じ電力で効果的であることを示しました。海外のデータによると、ガス抽出と他の方法を組み合わせて処理した浸出液のアンモニア性窒素の除去率は99.5％に達する可能性があります。ただし、この方法の運用コストは比較的高く、生成されたNH3はブローオフタワーで酸を追加して除去する必要があり、そうしないと大気汚染を引き起こします。さらに、ブローオフタワーでも炭酸塩スケールが発生します。
2.3 凝集沈殿法
凝集沈殿法は、ゴミ浸出液に凝集剤を添加し、浸出液中の浮遊物質やコロイドを凝集させてフロックを形成させ、その後分離する方法です。硫酸アルミニウム、硫酸第一鉄、塩化第二鉄などの無機凝集剤が一般的に使用されています。研究によると、鉄系凝集剤のみを使用してゴミ浸出液を処理することで、アルミニウム系凝集剤のみを使用する場合よりも50％のCOD除去率を達成できることが示されています。AA Tatsiら[11]は、硫酸アルミニウムと塩化第二鉄で浸出液を前処理しました。若い浸出液の場合、流入CODが70,900 mg / Lのときに最高のCOD除去率は38％でした。中年および高齢の埋立地浸出液の場合、流入CODが5,350 mg / LのときにCOD除去率は75％に達する可能性があります。 pHが10で凝集剤が2g/Lに達すると、COD除去率は80％に達することがあります。近年、バイオ凝集剤は新たな研究方向となっています。AI Zouboulisら[12]は、埋立地浸出水に対するバイオ凝集剤の処理効果を研究し、埋立地浸出水からフミン酸の85％を除去するのに必要なバイオ凝集剤はわずか20mg/Lであることを発見しました。凝集沈殿法は、ゴミからの浸出水処理の重要な技術です。後処理プロセスの負担を軽減する前処理技術として使用でき、処理プロセス全体の保証となる深層処理技術として使用することもできます[3]。しかし、その主な問題は、アンモニア性窒素の除去率が低いこと、大量の化学スラッジが発生すること、および金属塩凝集剤の添加が新たな汚染を引き起こす可能性があることです。したがって、安全で効率的かつ低コストの凝集剤の開発は、凝集沈殿法の処理効率を向上させるための基盤となります。
2.4 化学沈殿法
化学沈殿法は、ゴミ浸出液に特定の化学物質を添加し、化学反応により沈殿物を生成し、それを分離することで処理目的を達成する。データによると、水酸化カルシウムなどのアルカリ性物質の水酸化物イオンは金属イオンと沈殿することができ、浸出液中の重金属の90％〜99％とCODの20％〜40％を除去できる。鳥の糞石沈殿法は、化学沈殿法で広く使用されている。鳥の糞石沈殿法は、アンモニウムマグネシウムリン酸沈殿法とも呼ばれ、ゴミ浸出液にMg2+、PO43-、アルカリ剤を添加して特定の物質と反応させ、沈殿物を形成する。XZ Li et al. [13]は、ゴミ浸出液にMgCl2・6H2OとNa2HPO4・12H2Oを添加した。 Mg2+とNH4+とPO43-の比率が1:1:1でpHが8.45〜9の場合、元の浸出液中のアンモニア性窒素は15分以内に5600 mg/Lから110 mg/Lに減少しました。I. Ozturkら[14]は、この方法を使用して嫌気性消化からの浸出液を処理しました。流入CODが4024 mg/Lでアンモニア性窒素が2240 mg/Lのとき、流出液の除去率はそれぞれ50％と85％に達しました。B. Calliら[15]も、この方法を使用してアンモニア性窒素の98％の除去率を達成しました。化学沈殿法は操作が簡単で、生成された沈殿物にはN、P、Mg、有機物などの肥料成分が含まれています。ただし、沈殿物には毒性のある有害物質が含まれている可能性があり、環境に危険を及ぼす可能性があります。
2.6 電気化学的方法
電気化学的方法は、ゴミ浸出液中の汚染物質を電界の作用下で電極上で直接電気化学反応させるか、電極表面に生成された·OHとClO-を使用して酸化還元反応させるプロセスです。現在、電解酸化が一般的に使用されています。PB Moraesら[19]は、連続電解反応器を使用してゴミ浸出液を処理しました。流入流量が2000 L / h、電流密度が0.116 A / cm2、反応時間が180分、流入CODが1855 mg / L、TOCが1270 mg / L、アンモニア性窒素が1060 mg / Lのとき、排水除去率はそれぞれ73％、57％、49％に達しました。NN Raoら[19]は、連続電解反応器を使用してゴミ浸出液を処理した。 [20]は、三次元炭素電極反応器を使用して、高COD（17-18400 mg / L）および高アンモニア性窒素（1200-1320 mg / L）の浸出液を処理しました。 6時間の反応後、COD除去率は76％-80％であり、アンモニア性窒素除去率は最大97％に達する可能性があります。 E. Turroら[21]は、Ti / IrO2-RuO2を電極として、HClO4を電解質として使用して、埋立地浸出液の電解酸化処理に影響を与える要因を研究しました。 その結果、反応時間、反応温度、電流密度、pHが処理効果に影響を与える主な要因であることが示されました。温度80℃、電流密度0.032A/cm2、pH=3の条件下では、反応時間は4時間で、CODは2960mg/Lから294mg/Lに減少し、TOCは1150mg/Lから402mg/Lに減少し、色除去率は100％に達することができました。電気化学的方法は、プロセスが簡単で、制御性が強く、フットプリントが小さく、処理プロセス中に二次汚染を生成しません。欠点は、電力を消費し、処理コストが高いことです。現在、それらのほとんどは実験室研究規模です。
2.7 光触媒酸化
光触媒酸化は、他の方法よりも特定の特殊な汚染物質の処理に優れている新しいタイプの水処理技術であるため、ゴミ浸出液の深部処理への応用が期待されています。 この方法の原理は、廃水に一定量の触媒を添加し、光の照射下でフリーラジカルを生成し、フリーラジカルの強力な酸化特性を利用して処理目的を達成することです。 光触媒酸化に使用される触媒には、主に二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄が含まれ、その中で二酸化チタンが広く使用されています。 DE Meeroff et al。[22]は、TiO2を触媒として使用して浸出液の光触媒酸化に関する実験を行いました。 4時間の紫外線光触媒酸化後、浸出液のCOD除去率は86％に達し、B / C比は0.09から0.14に増加し、アンモニア性窒素除去率は71％、色度除去率は90％でした。反応が完了すると、85％のTiO2を回収できます。R. Pobleteら[23]は、二酸化チタン産業の副産物（主にTiO2とFeで構成）を触媒として使用し、触媒の種類、難分解性有機物の除去率、触媒負荷、反応時間に関して市販のTiO2と比較しました。結果は、副産物の方が活性が高く、処理効果が優れており、光触媒酸化の触媒として使用できることを示しました。研究によると、無機塩の含有量は、ゴミからの浸出液の処理における光触媒酸化の有効性に影響を与える可能性があることがわかりました。J. Wiszniowskiら[24]は、懸濁したTiO2を触媒として使用して、浸出液中のフミン酸の光触媒酸化に対する無機塩の影響を研究しました。ゴミ浸出液にCl - （4500 mg/L）とSO42- （7750 mg/L）のみが存在する場合、フミン酸の光触媒酸化効率には影響しませんが、HCO3- が存在すると光触媒酸化効率が大幅に低下します。光触媒酸化は、操作が簡単、エネルギー消費量が少ない、負荷に強い、汚染がないなどの利点があります。ただし、実際の運用に導入するには、反応器の種類と設計、触媒の効率と寿命、光エネルギーの利用率を検討する必要があります。
2.8 逆浸透（RO）
RO膜は溶媒に対する選択性があり、膜の両側の圧力差を駆動力として溶媒の浸透圧を克服し、浸出液中のさまざまな物質をゴミから分離します。Fangyue Liら[25]は、スパイラルRO膜を使用してドイツのKolenfeld埋立地からの浸出液を処理しました。CODは3100 mg/Lから15 mg/Lに、塩化物は2850 mg/Lから23.2 mg/Lに、アンモニア性窒素は1000 mg/Lから11.3 mg/Lに減少しました。Al3+、Fe2+、Pb2+、Zn2+、Cu2+などの金属イオンの除去率はすべて99.5%を超えています。研究によると、pHはアンモニア性窒素の除去効率に影響を及ぼします。 [26]は、まずゴミからの浸出液を蒸留し、その後RO膜で処理して、流入CODを19000 mg/Lから30.5 mg/Lに減らしました。アンモニア性窒素の除去率はpH 6.4で最も高く、217.6 mg/Lから0.71 mg/LMに減少しました。Rら[27]は、2段階連続RO膜を使用してゴミからの浸出液を浄化するパイロット実験を行い、アンモニア性窒素の除去率はpHが5に達したときに最も高く、142 mg/Lから8.54 mg/Lに減少することを発見しました。逆浸透法は効率が高く、管理が成熟しており、自動制御が容易であるため、ゴミ浸出液の処理にますます適用されています。しかし、膜のコストは比較的高く、膜負荷を軽減するために使用前に浸出液を前処理する必要があり、そうしないと膜が汚染され、目詰まりを起こしやすくなり、処理効率が急激に低下します。
2.9 ナノ濾過（NF）
NF膜には2つの重要な特徴があります。約1nmの微多孔構造を持ち、分子量200〜2000uの分子を遮断できます。NF膜自体は帯電しており、無機電解質に対して一定の保持率を持っています。HK Jakopovicら[28]は、NF、UF、オゾンの3つの技術を使用して埋立地浸出水中の有機物除去を比較しました。結果によると、実験室条件下では、さまざまなUF膜がジェイ・チョウの新曲で23％のCOD除去率を達成できました。オゾンによるCODの除去率は56％に達することができます。ジェイ・チョウの新曲のNFによるCODの除去率は91％に達することができます。NFは浸出液中のイオンに対しても比較的理想的な除去効果があります。LB Chaudhariら[29]は、NF-300を使用してインドのグジャラート埋立地からの古い浸出液中の電解質を処理しました。 2 つの実験水の硫酸塩レベルはそれぞれ 932 と 886 mg/L、塩化物イオンはそれぞれ 2268 と 5426 mg/L でした。実験結果によると、硫酸塩の除去率はそれぞれ 83% と 85%、塩化物イオンの除去率はそれぞれ 62% と 65% でした。この研究では、NF 膜による Cr3+、Ni2+、Cu2+、Cd2+ の除去率はそれぞれ 99%、97%、97%、96% に達することもわかりました。NF を他のプロセスと組み合わせると、より優れた後処理効果が得られます。T. Robinson [30] は、MBR + NF 複合プロセスを使用して、英国ビーコンヒルからの浸出液を処理しました。 CODは5000 mg/Lから100 mg/L未満に減少し、アンモニア性窒素は2000 mg/Lから1 mg/L未満に減少し、SSは250 mg/Lから25 mg/L未満に減少しました。NF技術は、エネルギー消費量が少なく、回収率が高く、大きな可能性を秘めています。しかし、最大の問題は、長期使用後に膜がスケール化し、膜透過率や保持率などの性能に影響を与えることです。エンジニアリングの実践に適用するには、さらなる研究が必要です。
3 結論
上記の物理化学処理技術は一定の成果を上げることができますが、吸着剤の再生、光触媒酸化触媒の回収、電気化学的方法の高エネルギー消費、膜汚染など、多くの問題もあります。そのため、ゴミ浸出液は単一の物理化学処理で国家排出基準を満たすことは難しく、その処理プロセスは複数の処理技術を組み合わせる必要があります。一般的なゴミ浸出液の完全な処理プロセスは、前処理、主処理、深層処理の3つの部分を含む必要があります。ブローオフ、凝集沈殿、化学沈殿などの前処理方法は、重金属イオン、アンモニア性窒素、色度を除去したり、ゴミ浸出液の生分解性を改善したりするためによく使用されます。主処理は、生物学的方法、化学酸化、その他の複合プロセスなどの低コストで高効率なプロセスを採用し、ほとんどの有機物を除去し、アンモニア性窒素などの汚染物質の含有量をさらに減らすことを目指します。最初の 2 段階の処理後も、特定の汚染物質がまだ存在する可能性があるため、光触媒酸化、吸着、膜分離などの方法によって実現できる徹底的な処理が必要です。
浸出水の組成は複雑で、時間と場所によって変化するため、実際の工学では、浸出水を処理する前に、まずその組成を測定し、その特性を詳細に分析し、適切な処理技術を選択する必要があります。現在、ゴミ浸出水の処理技術にはそれぞれ長所と短所があります。そのため、既存の技術をアップグレードして改造し、新しい効率的な処理技術を開発し、異なる技術間の統合研究開発を強化し（光触媒酸化技術と生化学処理技術の統合、沈殿法と膜処理の統合など）、浸出水の全体的な処理効率を向上させ、投資と運用コストを削減することが、今後のゴミ浸出水研究の焦点になります。
