Caractéristiques du lixiviat des déchets
Français Le lixiviat des ordures ménagères désigne les eaux usées générées pendant le processus d'empilement et d'enfouissement en raison de la fermentation, du lessivage par précipitation, de l'infiltration des eaux de surface et des eaux souterraines. La composition du lixiviat des ordures ménagères est influencée par des facteurs tels que la composition des ordures ménagères, la durée d'enfouissement, la technologie d'enfouissement et les conditions climatiques, parmi lesquels la durée d'enfouissement est le facteur d'influence le plus important. Si l'on classe les sites d'enfouissement en fonction de leur âge, ceux dont la durée d'enfouissement est inférieure à 1 an sont généralement considérés comme des lixiviats jeunes, ceux dont la durée d'enfouissement est comprise entre 1 et 5 ans sont considérés comme des lixiviats d'âge moyen et ceux dont la durée d'enfouissement est supérieure à 5 ans sont considérés comme des lixiviats anciens [1]. Le tableau 1 présente les caractéristiques des différents types de lixiviats des ordures ménagères [2].
La qualité de l'eau des déchets présente généralement les caractéristiques suivantes : (1) composition complexe, contenant divers polluants organiques, métaux et nutriments végétaux ; (2) la concentration de polluants organiques est élevée, la DCO et la DBO atteignant des dizaines de milliers de mg/L ; (3) il existe de nombreux types de métaux, dont plus de 10 types d'ions métalliques ; (4) teneur élevée en azote ammoniacal et large gamme de variations ; (5) la composition et la concentration subiront des changements saisonniers [2]
Actuellement, les méthodes de traitement du lixiviat des ordures ménagères reposent principalement sur des méthodes biologiques. Parmi celles-ci, le lixiviat jeune présente une teneur plus élevée en matière organique facilement biodégradable, un rapport B/C plus élevé et une teneur en azote ammoniacal plus faible, ce qui le rend adapté à l'utilisation de méthodes biologiques pour le traitement. Cependant, à mesure que l'âge de la décharge augmente, la biodégradabilité du lixiviat diminue et l'azote ammoniacal augmente considérablement, ce qui inhibe l'efficacité du traitement biologique. Par conséquent, il n'est pas approprié d'utiliser directement un traitement biologique pour le lixiviat des personnes d'âge moyen et âgées. De plus, les méthodes biologiques sont sensibles aux changements de température, de qualité de l'eau et de quantité d'eau, et ne peuvent pas traiter les matières organiques difficiles à biodégrader. La méthode physico-chimique a un bon effet d'élimination sur le lixiviat des ordures ayant une faible biodégradabilité et une teneur élevée en azote ammoniacal, et n'est pas affectée par les changements de qualité et de quantité de l'eau. La qualité de l'eau des effluents est relativement stable et elle est largement utilisée pour le prétraitement et le traitement en profondeur du lixiviat des ordures ménagères. Sur la base des technologies de traitement physique et chimique existantes, l'auteur a passé en revue les progrès de la recherche sur la méthode d'adsorption, la méthode de soufflage, la méthode de précipitation par coagulation, la méthode de précipitation chimique, la méthode d'oxydation chimique, la méthode électrochimique, la méthode d'oxydation photocatalytique, l'osmose inverse et la méthode de nanofiltration, afin de fournir des références pour les travaux pratiques.
2 Technologies de traitement physique et chimique
2.1 Adsorption
Français La méthode d'adsorption consiste à utiliser l'effet d'adsorption de substances solides poreuses pour éliminer les substances toxiques et nocives telles que la matière organique et les ions métalliques dans le lixiviat des déchets. Actuellement, les recherches sur l'adsorption sur charbon actif sont les plus approfondies. J. Rodríguez et al. [4] ont étudié l'adsorption de lixiviat traité anaérobie en utilisant du charbon actif, de la résine XAD-8 et de la résine XAD-4. Les résultats ont montré que le charbon actif avait la plus forte capacité d'adsorption et pouvait réduire la DCO de l'influent de 1 500 mg/L à 191 mg/LN. Aghamohammadi et al. [5] ont ajouté du charbon actif en poudre lors de l'utilisation de la méthode des boues activées pour traiter le lixiviat des déchets. Les résultats ont montré que les taux d'élimination de la DCO et de la chromaticité étaient presque deux fois plus élevés que ceux sans charbon actif, et le taux d'élimination de l'azote ammoniacal était également amélioré. Zhang Futao et al. [6] ont étudié le comportement d'adsorption du charbon actif sur le formaldéhyde, le phénol et l'aniline dans le lixiviat de décharge, et les résultats ont montré que l'isotherme d'adsorption du charbon actif est conforme à la formule empirique de Freundlich. De plus, des adsorbants autres que le charbon actif ont également été étudiés dans une certaine mesure. M. Heavey et al. [7] ont mené des expériences d'adsorption de scories de charbon en utilisant le lixiviat de la décharge de Kyletalesha en Irlande. Les résultats ont montré qu'après le traitement d'adsorption de scories de charbon, le lixiviat avec une DCO moyenne de 625 mg/L, une DBO moyenne de 190 mg/L et un azote ammoniacal moyen de 218 mg/L avait un taux d'élimination de la DCO de 69 %, un taux d'élimination de la DBO de 96,6 % et un taux d'élimination de l'azote ammoniacal de 95,5 %. En raison des ressources abondantes et renouvelables de scories de charbon, sans pollution secondaire, il a de bonnes perspectives de développement. Le principal problème rencontré par le traitement par adsorption sur charbon actif est que le charbon actif est coûteux et qu'il manque de méthodes de régénération simples et efficaces, ce qui limite sa promotion et son application. À l'heure actuelle, la méthode d'adsorption pour le traitement des lixiviats des déchets est principalement à l'échelle du laboratoire et nécessite des recherches supplémentaires avant de pouvoir être appliquée dans la pratique.
2.2 Méthode de soufflage
Français La méthode de soufflage consiste à introduire du gaz (gaz porteur) dans l'eau, et après un contact suffisant, les substances solubles volatiles dans l'eau sont transférées à la phase gazeuse via l'interface gaz-liquide, atteignant ainsi l'objectif d'élimination des polluants. L'air est couramment utilisé comme gaz porteur. La teneur en azote ammoniacal dans le lixiviat des déchets d'âge moyen et des personnes âgées est relativement élevée, et la méthode de soufflage peut éliminer efficacement l'azote ammoniacal de celui-ci. SK Marttinen et al. [8] ont utilisé la méthode de soufflage pour traiter l'azote ammoniacal dans le lixiviat des déchets. Dans les conditions de pH = 11, 20 °C et un temps de rétention hydraulique de 24 heures, l'azote ammoniacal est passé de 150 mg/L à 16 mg/L. Liao Linlin et al. [9] ont étudié les facteurs affectant l'efficacité du stripping de l'ammoniac liquide dans l'infiltration des déchets et ont constaté que le pH, la température de l'eau et le rapport gaz-liquide avaient un impact significatif sur l'efficacité du stripping. Français L'effet de dénitrification était amélioré lorsque le pH était compris entre 10,5 et 11 ; Plus la température de l'eau est élevée, meilleur est l'effet de dénitrification ; Lorsque le rapport gaz-liquide est de 3000~3500 m3/m3, l'effet de dénitrification est celui montré dans la nouvelle chanson de Jay Chou ; La concentration d'azote ammoniacal a peu d'effet sur l'efficacité de soufflage. Wang Zongping et al. [10] ont utilisé trois méthodes, à savoir l'aération par jet, l'aération par soufflage et l'aération de surface, pour prétraiter le lixiviat avec décapage à l'ammoniac. Les résultats ont montré que l'aération par jet était efficace à la même puissance. Selon des données étrangères, le taux d'élimination de l'azote ammoniacal dans le lixiviat traité par extraction au gaz combinée à d'autres méthodes peut atteindre 99,5 %. Cependant, le coût d'exploitation de cette méthode est relativement élevé et le NH3 généré doit être éliminé en ajoutant de l'acide dans la tour de soufflage, sinon cela provoquera une pollution de l'air. De plus, un entartrage carbonaté se produira également dans la tour de soufflage.
2.3 Méthode de précipitation par coagulation
Français La méthode de sédimentation par coagulation est une méthode consistant à ajouter des coagulants au lixiviat des déchets, provoquant l'agrégation des solides en suspension et des colloïdes dans le lixiviat et la formation de flocs, puis à les séparer. Le sulfate d'aluminium, le sulfate ferreux, le chlorure ferrique et d'autres floculants inorganiques sont couramment utilisés. Des études ont montré que l'utilisation de floculants à base de fer seuls pour traiter le lixiviat des déchets peut atteindre un taux d'élimination de la DCO de 50 %, ce qui est mieux que l'utilisation de floculants à base d'aluminium seuls. AA Tatsi et al. [11] ont prétraité le lixiviat avec du sulfate d'aluminium et du chlorure ferrique. Pour le lixiviat jeune, le taux d'élimination de la DCO le plus élevé était de 38 % lorsque la DCO influente était de 70 900 mg/L ; pour le lixiviat de décharge d'âge moyen et de personnes âgées, le taux d'élimination de la DCO peut atteindre 75 % lorsque la DCO influente est de 5 350 mg/L. Lorsque le pH est de 10 et que le coagulant atteint 2 g/L, le taux d'élimination de la DCO peut atteindre 80 %. Ces dernières années, les biofloculants sont devenus une nouvelle orientation de recherche. AI Zouboulis et al. [12] ont étudié l'effet de traitement des biofloculants sur le lixiviat de décharge et ont découvert que seulement 20 mg/L de biofloculants étaient nécessaires pour éliminer 85 % de l'acide humique du lixiviat de décharge. La méthode de précipitation par coagulation est une technologie clé pour le traitement du lixiviat des déchets. Elle peut être utilisée comme technologie de prétraitement pour réduire la charge des processus de post-traitement, et comme technologie de traitement en profondeur pour devenir la garantie de l'ensemble du processus de traitement [3]. Mais son principal problème est le faible taux d'élimination de l'azote ammoniacal, la génération d'une grande quantité de boues chimiques et l'ajout de coagulants à base de sels métalliques peut provoquer une nouvelle pollution. Par conséquent, le développement de coagulants sûrs, efficaces et peu coûteux est la base de l'amélioration de l'efficacité du traitement des méthodes de sédimentation par coagulation.
2.4 Méthode de précipitation chimique
Français La méthode de précipitation chimique consiste à ajouter une certaine substance chimique au lixiviat des déchets, à générer un précipité par réaction chimique, puis à le séparer pour atteindre l'objectif du traitement. Selon les données, les ions hydroxyde de substances alcalines telles que l'hydroxyde de calcium peuvent précipiter avec des ions métalliques, ce qui peut éliminer 90 à 99 % des métaux lourds dans le lixiviat et 20 à 40 % de la DCO. La méthode de précipitation des pierres de guano d'oiseau est largement utilisée dans les méthodes de précipitation chimique. La méthode de précipitation des pierres de guano d'oiseau, également connue sous le nom de méthode de précipitation du phosphate d'ammonium et de magnésium, consiste à ajouter du Mg2+, du PO43- et des agents alcalins au lixiviat des déchets pour réagir avec certaines substances et former un précipité. XZ Li et al. [13] ont ajouté du MgCl2 · 6H2O et du Na2HPO4 · 12H2O au lixiviat des déchets. Français Lorsque le rapport de Mg2+ à NH4+ à PO43- était de 1:1:1 et le pH était de 8,45-9, l'azote ammoniacal dans le lixiviat d'origine a diminué de 5 600 mg/L à 110 mg/L en 15 minutes. I. Ozturk et al. [14] ont utilisé cette méthode pour traiter le lixiviat issu de la digestion anaérobie. Lorsque la DCO influente était de 4 024 mg/L et l'azote ammoniacal de 2 240 mg/L, les taux d'élimination des effluents ont atteint respectivement 50 % et 85 %. B. Calli et al. [15] ont également obtenu un taux d'élimination de 98 % de l'azote ammoniacal en utilisant cette méthode. La méthode de précipitation chimique est simple à utiliser et le précipité généré contient des composants d'engrais tels que N, P, Mg et de la matière organique. Cependant, le précipité peut contenir des substances toxiques et nocives, qui présentent des dangers potentiels pour l'environnement.
2.6 Méthode électrochimique
Français La méthode électrochimique est un procédé dans lequel les polluants contenus dans le lixiviat des ordures ménagères sont directement soumis à des réactions électrochimiques sur des électrodes sous l'action d'un champ électrique, ou subissent des réactions d'oxydoréduction en utilisant · OH et ClO - générés à la surface de l'électrode. Actuellement, l'oxydation électrolytique est couramment utilisée. PB Moraes et al. [19] ont utilisé un réacteur électrolytique continu pour traiter le lixiviat des ordures ménagères. Lorsque le débit d'entrée était de 2000 L/h, la densité de courant était de 0,116 A/cm2, le temps de réaction était de 180 min, la DCO de l'entrée était de 1855 mg/L, le COT était de 1270 mg/L et l'azote ammoniacal était de 1060 mg/L, les taux d'élimination des effluents atteignaient respectivement 73 %, 57 % et 49 %. NN Rao et al. [20] ont utilisé un réacteur à électrode en carbone tridimensionnel pour traiter le lixiviat à forte DCO (17-18 400 mg/L) et à forte teneur en azote ammoniacal (1 200-1 320 mg/L). Après 6 heures de réaction, le taux d'élimination de la DCO était de 76 à 80 % et le taux d'élimination de l'azote ammoniacal pouvait atteindre 97 %. E. Turro et al. [21] ont étudié les facteurs affectant le traitement d'oxydation électrolytique du lixiviat de décharge, en utilisant Ti/IrO2-RuO2 comme électrode et HClO4 comme électrolyte. Les résultats ont montré que le temps de réaction, la température de réaction, la densité de courant et le pH étaient les principaux facteurs affectant l'effet du traitement. Français Dans des conditions de température de 80 ℃, de densité de courant de 0,032 A/cm2 et de pH = 3, le temps de réaction était de 4 heures, et la DCO a diminué de 2960 mg/L à 294 mg/L, le COT a diminué de 1150 mg/L à 402 mg/L, et le taux d'élimination de la couleur a pu atteindre 100 %. La méthode électrochimique a un processus simple, une forte contrôlabilité, une faible empreinte et ne génère pas de pollution secondaire pendant le processus de traitement. L'inconvénient est qu'elle consomme de l'électricité et entraîne des coûts de traitement élevés. Actuellement, la plupart d'entre elles sont à l'échelle de la recherche en laboratoire.
2.7 Oxydation photocatalytique
Français L'oxydation photocatalytique est un nouveau type de technologie de traitement de l'eau qui est plus efficace que d'autres méthodes pour traiter certains polluants spéciaux et a donc de bonnes perspectives d'application dans le traitement en profondeur du lixiviat des déchets. Le principe de cette méthode est d'ajouter une certaine quantité de catalyseur aux eaux usées, de générer des radicaux libres sous l'irradiation de la lumière et d'utiliser la forte propriété oxydante des radicaux libres pour atteindre l'objectif de traitement. Les catalyseurs utilisés dans l'oxydation photocatalytique comprennent principalement le dioxyde de titane, l'oxyde de zinc et l'oxyde de fer, parmi lesquels le dioxyde de titane est largement utilisé. DE Meeroff et al. [22] ont mené des expériences sur l'oxydation photocatalytique du lixiviat en utilisant TiO2 comme catalyseur. Après 4 heures d'oxydation photocatalytique ultraviolette, le taux d'élimination de la DCO du lixiviat a atteint 86 %, le rapport B/C est passé de 0,09 à 0,14, le taux d'élimination de l'azote ammoniacal était de 71 % et le taux d'élimination de la chromaticité était de 90 % ; une fois la réaction terminée, 85 % du TiO2 peuvent être récupérés. Français R. Poblete et al. [23] ont utilisé des sous-produits de l'industrie du dioxyde de titane (principalement composés de TiO2 et de Fe) comme catalyseurs et les ont comparés au TiO2 commercial en termes de type de catalyseur, de taux d'élimination de la matière organique récalcitrante, de charge de catalyseur et de temps de réaction. Les résultats ont montré que le sous-produit avait une activité plus élevée et un meilleur effet de traitement, et pouvait être utilisé comme catalyseur pour l'oxydation photocatalytique. Une étude a révélé que la teneur en sels inorganiques peut affecter l'efficacité de l'oxydation photocatalytique dans le traitement du lixiviat des ordures ménagères. J. Wiszniowski et al. [24] ont étudié l'effet des sels inorganiques sur l'oxydation photocatalytique de l'acide humique dans le lixiviat en utilisant du TiO2 en suspension comme catalyseur. Lorsque seuls du Cl - (4 500 mg/L) et du SO42- (7 750 mg/L) sont présents dans le lixiviat des ordures ménagères, cela n'affecte pas l'efficacité de l'oxydation photocatalytique de l'acide humique, mais la présence de HCO3- réduit considérablement l'efficacité de l'oxydation photocatalytique. L'oxydation photocatalytique présente les avantages d'un fonctionnement simple, d'une faible consommation d'énergie, d'une résistance à la charge et d'une absence de pollution. Cependant, pour le mettre en œuvre dans la pratique, il est nécessaire d'étudier le type et la conception du réacteur, l'efficacité et la durée de vie du catalyseur, ainsi que le taux d'utilisation de l'énergie lumineuse.
2.8 Osmose inverse (OI)
Français La membrane RO a une sélectivité envers les solvants, utilisant la différence de pression des deux côtés de la membrane comme force motrice pour surmonter la pression osmotique des solvants, séparant ainsi diverses substances du lixiviat des déchets. Fangyue Li et al. [25] ont utilisé une membrane RO en spirale pour traiter le lixiviat de la décharge de Kolenfeld en Allemagne. La DCO a diminué de 3100 mg/L à 15 mg/L, le chlorure a diminué de 2850 mg/L à 23,2 mg/L et l'azote ammoniacal a diminué de 1000 mg/L à 11,3 mg/L ; Les taux d'élimination des ions métalliques tels que Al3+, Fe2+, Pb2+, Zn2+, Cu2+, etc. dépassent tous 99,5 %. La recherche a montré que le pH a un impact sur l'efficacité d'élimination de l'azote ammoniacal. LD Palma et al. [26] ont d'abord distillé le lixiviat des ordures, puis l'ont traité avec une membrane RO, réduisant la DCO influente de 19 000 mg/L à 30,5 mg/L ; Le taux d'élimination de l'azote ammoniacal est le plus élevé à pH 6,4, diminuant de 217,6 mg/L à 0,71 mg/LM R et al. [27] ont mené une expérience pilote sur la purification du lixiviat des ordures à l'aide de membranes RO continues à deux étages et ont constaté que le taux d'élimination de l'azote ammoniacal était le plus élevé lorsque le pH atteignait 5, diminuant de 142 mg/L à 8,54 mg/L. La méthode d'osmose inverse a une efficacité élevée, une gestion mature et est facile à contrôler automatiquement, et est de plus en plus appliquée dans le traitement du lixiviat des ordures. Cependant, le coût de la membrane est relativement élevé et un prétraitement du lixiviat avant utilisation est nécessaire pour réduire la charge de la membrane, sinon la membrane est sujette à la contamination et au blocage, ce qui entraîne une forte diminution de l'efficacité du traitement.
2.9 Nanofiltration (NF)
Français La membrane NF a deux caractéristiques importantes : elle a une structure microporeuse d'environ 1 nm, qui peut intercepter des molécules d'un poids moléculaire de 200 à 2000 u ; La membrane NF elle-même est chargée et a un certain taux de rétention pour les électrolytes inorganiques. HK Jakopovic et al. [28] ont comparé l'élimination de la matière organique dans le lixiviat de décharge en utilisant trois technologies : NF, UF et ozone. Les résultats ont montré que dans des conditions de laboratoire, différentes membranes UF pouvaient atteindre un taux d'élimination de la DCO de 23 % pour la nouvelle chanson de Jay Chou ; Le taux d'élimination de la DCO par l'ozone peut atteindre 56 % ; Le taux d'élimination des nouvelles chansons de Jay Chou sur la DCO par NF peut atteindre 91 %. Le NF a également un effet d'élimination relativement idéal sur les ions dans le lixiviat. LB Chaudhari et al. [29] ont utilisé le NF-300 pour traiter les électrolytes dans le lixiviat vieilli de la décharge du Gujarat en Inde. Français Les niveaux de sulfate dans les deux eaux expérimentales étaient respectivement de 932 et 886 mg/L, et les ions chlorure étaient respectivement de 2268 et 5426 mg/L. Les résultats expérimentaux ont montré que les taux d'élimination du sulfate étaient respectivement de 83 % et 85 %, et les taux d'élimination des ions chlorure étaient respectivement de 62 % et 65 %. L'étude a également révélé que les taux d'élimination de Cr3+, Ni2+, Cu2+ et Cd2+ par membrane NF atteignaient respectivement 99 %, 97 %, 97 % et 96 %. Le NF combiné à d'autres procédés a de meilleurs effets post-traitement. T. Robinson [30] a utilisé le procédé combiné MBR+NF pour traiter le lixiviat de Beacon Hill, au Royaume-Uni. La DCO est passée de 5 000 mg/l à moins de 100 mg/l, l'azote ammoniacal est passé de 2 000 mg/l à moins de 1 mg/l et les MES sont passées de 250 mg/l à moins de 25 mg/l. La technologie NF présente une faible consommation d'énergie, un taux de récupération élevé et un grand potentiel. Mais le plus gros problème est que la membrane s'entartre après une utilisation à long terme, ce qui affecte ses performances telles que le flux de la membrane et le taux de rétention. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour l'appliquer à la pratique de l'ingénierie.
3 Conclusion
Les technologies de traitement physique et chimique mentionnées ci-dessus peuvent atteindre certains résultats, mais elles posent également de nombreux problèmes, tels que la régénération des adsorbants, la récupération des catalyseurs d'oxydation photocatalytique, la forte consommation d'énergie des méthodes électrochimiques et l'encrassement des membranes. Par conséquent, il est difficile pour le lixiviat des ordures de respecter les normes nationales d'émission par un seul traitement physique et chimique, et son processus de traitement doit être une combinaison de plusieurs technologies de traitement. Le processus de traitement complet du lixiviat des ordures générales doit comprendre trois parties : le prétraitement, le traitement principal et le traitement en profondeur. Les méthodes de prétraitement telles que le soufflage, la précipitation par coagulation et la précipitation chimique sont couramment utilisées pour éliminer les ions de métaux lourds, l'azote ammoniacal, la chromaticité ou améliorer la biodégradabilité du lixiviat des ordures. Le traitement principal doit adopter des procédés à faible coût et à haut rendement, tels que les méthodes biologiques, l'oxydation chimique et d'autres procédés combinés, dans le but d'éliminer la majeure partie de la matière organique et de réduire davantage la teneur en polluants tels que l'azote ammoniacal. Après les deux premières étapes de traitement, certains polluants peuvent encore exister, un traitement en profondeur est donc nécessaire, qui peut être réalisé par des méthodes telles que l'oxydation photocatalytique, l'adsorption, la séparation membranaire, etc.
Français En raison de la composition complexe du lixiviat et de sa variabilité dans le temps et l'emplacement, dans l'ingénierie pratique, il est nécessaire d'abord de mesurer la composition et d'analyser ses caractéristiques en détail avant de traiter le lixiviat, et de sélectionner les techniques de traitement appropriées. À l'heure actuelle, les technologies de traitement du lixiviat des déchets ont leurs propres avantages et inconvénients. Par conséquent, la mise à niveau et la transformation des technologies existantes, le développement de technologies de traitement nouvelles et efficaces et le renforcement de la recherche et du développement d'intégration entre différentes technologies (telles que l'intégration de la technologie d'oxydation photocatalytique et de la technologie de traitement biochimique, l'intégration de la méthode de précipitation et du traitement par membrane), afin d'améliorer l'efficacité globale du traitement du lixiviat et de réduire les coûts d'investissement et d'exploitation, seront au centre des recherches futures sur le lixiviat des déchets.
