The use of Advanced Oxidation Processes (AOP) for the treatment of landfill leachate

• Autorzy: Jelonek P. , Neczaj E.

Warianty tytułu

PL

Wykorzystanie zaawansowanych metod utleniania (AOP) do oczyszczania odcieków składowiskowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Formation of leachate poses a problem closely related to the use of landfill sites. Landfill leachate is a wastewater, which as a result of permeation elutes mineral and organic compounds from a bed. Due to its diverse composition, both physical and chemical, it is necessary to purify the leachate before its discharge into drains or a natural receiver. The following article shows that there is a variety of pollutants in municipal landfill leachate. It also presents the dependency existing between the age of a landfill site, and the concentration of pollutants in leachate, as well as how it affects biodegradation of contaminants. There were discussed various methods to purify leachate and the physical, chemical, physico- -chemical and biochemical processes were compared. Comparing these processes, many factors were taken into account: the efficiency and effectiveness of the processes, their side effects, the costs, the amount of energy that is required for a process to take place, reaction dynamics, and more. A successful purification of leachate with use of a single process unit is not possible. Therefore, there are used hybrid systems that combine biological methods of physico-chemical processes, especially the advanced oxidation processes. The most important among the chemical processes used for treatment of leachate are Advanced Oxidation Processes - AOP. Advanced oxidation processes are divided into chemical and photochemical oxidation. The most commonly used methods include oxidation with ozone and hydrogen peroxide and Fenton's reagent oxidation. Processes using ozone are usually employed as the third stage of landfill leachate treatment. This process allows discharge of the leachate into a receiver. The largest decreases in the number of pollutants are obtained using combined processes. Some of the best effects were observed after employment of oxidation both with ozone and hydrogen peroxide, helping to additionally enhance this process photocatalytically. AOP proved to be the most effective method of treatment of waste water that contains organic products (waste water from chemical and agrochemical industries, textiles, paints, dyes). More conventional techniques cannot be used to treat such compounds because of their high chemical stability and low biodegradability. There was also performed a literature review in the field of biological, physical and chemical purification methods of landfill leachate.

PL

Problemem ściśle związanym z użytkowaniem składowiska odpadów komunalnych jest powstawanie odcieków oraz konieczność ich oczyszczania. Odcieki składowiskowe są wodami odpadowymi, które w wyniku przenikania przez złoże wymywają z niego związki mineralne i organiczne. Ze względu na różnorodny skład zarówno fizyczny, jak i chemiczny istnieje konieczność ich oczyszczenia przed odprowadzeniem do odbiornika naturalnego bądź kanalizacji. Liczba i różnorodność związków chemicznych, jakie występują w odciekach, jest ogromna, a ich pełna identyfikacja praktycznie niemożliwa. W artykule omówiono zależność, jaka występuje między wiekiem składowiska a stężeniem zanieczyszczeń w odciekach, a także, jak powyższa zależność wpływa na biodegradację zanieczyszczeń. Do oczyszczania odcieków z młodych składowisk można stosować metody biologiczne z uwagi na znaczne stężenie zanieczyszczeń podatnych na biodegradację. Do usuwania zanieczyszczeń trudno rozkładalnych, znajdujących się w odciekach ze składowisk ustabilizowanych, zastosowanie znajdują różnorodne metody fizyczne i chemiczne. Przy doborze odpowiedniej metody oczyszczania odcieków ze składowisk odpadów komunalnych należy przeprowadzić wnikliwą analizę ich właściwości fizycznych i chemicznych. Należy ponadto rozpatrzyć technologie składowania odpadów, rodzaje składowanych odpadów, jakość i ilość odcieków, jakie powstają, oraz wielkość składowiska. Trzeba również uwzględnić przewidywany czas eksploatacji składowiska, jak również wymogi prawne, pozwalające na odprowadzenie uprzednio oczyszczonych odcieków do odbiornika. Prowadzone od wielu lat badania ukazują, iż niemożliwe jest dobre oczyszczenie odcieków, kiedy stosuje się jeden proces jednostkowy. Zwykle wykorzystuje się do tego celu układy hybrydowe, które łączą metody biologiczne z procesami fizyczno-chemicznymi: procesy zaawansowanego utleniania, metody membranowe bądź procesy sorpcji na węglu aktywnym. Coraz większą uwagę skupia się na wykorzystaniu zaawansowanych procesów utleniania - AOP (Advanced Oxidation Processes) do oczyszczania ścieków o niewielkiej podatności na biodegradację. Cechą, która wyróżnia te procesy, jest czynnik utleniający. Czynnikami utleniającymi są bardzo reaktywne rodniki hydroksylowe. Posiadają one wysoki potencjał utleniająco- redukcyjny, dzięki czemu są zdolne do utleniania związków organicznych. Procesy AOP prowadzą do mineralizacji zanieczyszczeń, polegającej na utlenieniu zanieczyszczenia do dwutlenku węgla, wody i nieorganicznych związków. Zastosowanie AOP jako obróbki wstępnej, wspomagającej oczyszczanie biologiczne, powoduje, że procesy te są efektywne i opłacalne z punktu widzenia ekonomicznego. Do najczęściej stosowanych metod chemicznych zaliczamy utlenianie ozonem, nadtlenkiem wodoru oraz utlenianie odczynnikiem Fentona. Ozonowanie stosuje się najczęściej jako trzeci stopień oczyszczania odcieków wysypiskowych. Metody zaawansowanego utleniania wydają się obiecującą alternatywą dla konwencjonalnych sposobów postępowania z odciekami ze składowisk odpadów komunalnych. Niemniej jednak wysoki koszt technologii AOP oraz nie do końca poznany mechanizm reakcji chemicznych i fizycznych wymaga wciąż prowadzenia dodatkowych badań naukowych.

Słowa kluczowe

EN

landfill leachate; advanced oxidation processes; AOP; biodegradability enhancement

PL

odcieki składowiskowe; zaawansowane metody utleniania; AOP; zwiększenie biodegradowalności

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 15, nr 2
• Strony: 203--217
• Opis fizyczny: Bibliogr. 43 poz.

Twórcy

autor

Jelonek P.

autor

Neczaj E.

• Czestochowa University of Technology, Faculty of Environmental Engineering and Biotechnology, Brzeznicka 60a, 42-200 Częstochowa

Bibliografia

• [1] Żygadło M., Strategia gospodarki odpadami komunalnymi, praca zbiorowa, Wydawca Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Poznań 2001.
• [2] Girczys J., Procesy utylizacji odpadów stałych, Seria Monografie nr 100, Wyd. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2004.
• [3] Szpadt R., Usuwanie i oczyszczanie odcieków ze składowisk odpadów komunalnych, Przegląd Komunalny 2006, 12 (184).
• [4] Hoigne J., Intercalibration of OH radical sources and water quality parameters, International Conference, Oxidation Technologies for Water and Wastewater Treatment,Goslar, May 12-15 1996.
• [5] Rosik-Dulewska C., Podstawy gospodarki odpadami, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2005.
• [6] Ca?izares P., Paz R., Sáez C., Rodrigo M.A., Costs of the electrochemical oxidation of waste-waters: a comparison with ozonation and Fenton oxidation processes, Journal of Environmental Management 2009, 90, 410-420.
• [7] Oller I., Malato S., SánchezPérez J.A., Combination of Advanced Oxidation Processes and biological treatments for wastewater decontamination - A review., Science of the Total Environment 2011, 409, 4141-4166.
• [8] Renou S., Givaudan J.G., Poulain S., Dirassouyan F., Moulin P., Landfill leachate treatment: Review and opportunity, Journal of Hazardous Materials 2008, 150, 468-493l.
• [9] Slak R.J., Gronow J.R., Hall D.H., Voulvoulis N., Household hazardous waste disposal to land-fill, Environmental Pollution 2007, 146, 501-509.
• [10] Surmacz-Górska J., Groźne odcieki z wysypisk, Przegląd Eureka 2001, 4.
• [11] Bilitewski B. i inni, Podręcznik gospodarki odpadami - Teoria i praktyka, Wydawnictwo „Seidel-Przywecki”, Warszawa, 2006.
• [12] Prousek J., Advanced oxidation process for water treatment. Chemical process, Chem. Listy 1996, 90, 229-237.
• [13] Szyc J., Odcieki ze składowisk odpadów komunalnych, Monografie, Instytut Ochrony Środowiska, Warszawa 2003.
• [14] Anielak A.M., Chemiczne i fizykochemiczne oczyszczanie ścieków, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2000.
• [15] Surmacz-Górska J., Degradacja związków organicznych zawartych w odciekach z wysypisk, Monografie nr 5, Polska Akademia Nauk, Komitet Inżynierii Środowiska, Lublin 2001.
• [16] Lee Y., Gunten U., Oxidative transformation of micropollutants during municipal wastewater treatment: Comparison of kinetic aspects of selective and non-selective oxidants, 2010, 44, 555-566.
• [17] Haapea P., Korhonen S., Tuhkanen T., Treatment of industrial landfill leachates by chemical and biological methods: ozonation, ozonation + hydrogen peroxide, hydrogen peroxide and biological posttreatment for ozonated water, Ozone Science Engineering 24(5), 369-378.
• [18] Wu J.J., Wu C.-C., Ma H.-W., Chang C.-C., Treatment of landfill leachate by ozone-based advanced oxidation processes, Chemosphere 2004, 54, 997-1003.
• [19] Tizaoui C., Bouselmi L., Mansouri L., Gharbi A., Landfill leachate treatment with ozone and ozone/hydrogen peroxide system, Journal of Hazardous Materials 2007, 140, 316-324.
• [20] Prousek J., Advanced Oxidation Process for water treatment. Photochemical process, Chem. Listy 1996, 90, 307-315.
• [21] www.chem.univ.gda.pl
• [22] Lopez A., Pagano M., Volpe A., Di Pinto A., Fenton’s pre-treatment of mature landfill leachate, Chemosphere 2004, 54, 1005-1010.
• [23] Biń A.K., Zastosowanie procesów pogłębionego utleniania do uzdatniania wody, Ochrona Środowiska 1998, 1(68), 3-6.
• [24] Deng Y., Englehardt J.D., Treatment of landfill leachate by the Fenton process, Water Research 2006, 3683-3694.
• [25] Dabek L., Ozimina E., Oxidation of organic contaminants adsorbed on active ted carbons, Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych 2009, 41, 427-436.
• [26] Hasender R., Fdez-Navamuel B., Hartel G.,Degradation of polyethylene glycol by Fenton reaction: a comparative study, Water Science and Technology2007, 55(12), 83-87.
• [27] González O., Sans C., Espulgas S., Sulfamethoxazole abatement by photo-Fenton. Toxicity, inhibition and biodegradability assessment of intermediates, Journal of Hazardous Materials 2007, 146, 459-464.
• [28] Zarzycki R., Imbierowicz M., Rogacki G., Filipiak T., Nowoczesne metody unieszkodliwiania odpadów, Mat. seminarium naukowego nt. Ochrona środowiska w przemyśle - techniki i technologie, Łódź 1996.
• [29] Wąsowski J., Piotrowska A., Rozkład organicznych zanieczyszczeń wody w procesach pogłębionego utleniania, 2002, 85, 27-32.
• [30] Kim S.M., Geissen S.U., Vogelpohl A., Landfill leachate treatment by a photoassisted Fenton reaction, Water Science and Technology 1997, 35(4), 239-248.
• [31] Chen W., Juan C., Wei K., Decomposition of dinitrotoluene isomers and 2,4,6-trinitrotoluene in spent acid from toluene nitration process by ozonation and photo-ozonation, Journal of Hazardous Materials 2007, 147, 97-104.
• [32] Neczaj E., Ultradźwiękowe wspomaganie biologicznego oczyszczania odcieków wysypiskowych, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2010.
• [33] Roche P., Volk C., Carbonnier F., Paillard H., Water oxidation by ozone/hydrogen peroxide using the ‘Ozotest’ or ‘Peroxotest’ methods, Ozone Science & Engineering 1994, 16, 135-55.
• [34] Zaleska A., Janczarek N., Nowoczesne procesy utleniania, Politechnika Gdańska, Wydział Chemiczny, Gdańsk.
• [35] Skarrer M., Summerfelt S., Ozonation followed by ultraviolet irradiation provides effective bacteria inactivation in a freshwater recirculating system, Aquacultural Engineering 2007, 37, 180-191.
• [36] Takahara H., Nakayama Sh., Tsuno H., Application of ozone to municipal sewage treatment, International Conference Ozone and UV Proceedings, 17-23.
• [37] Ried A., Mielcke J., Wieland A., The potential use of ozone in municipal wastewater, Ozone: Science & Engineering 2009, 31, 415-421.
• [38] Muruganandham M., Chen S., Wu J., Mineralization of N-methyl-2-purolidone by advanced oxidation process, Separation and Purification Technology 2007, 55, 360-367.
• [39] Schwarzenbeck N., Leonhard K., Wilderer P.A., Treatment of landfill leachate-high tech or low tech, Water Science and Technology 2003, 48, 277-284.
• [40] Ceçen F., Aktas O., Aerobic co-treatment of landfill leachate with domestic wastewater, Environmental Engineering Science 2004, 2, 303-312.
• [41] Rokhina E.V., Lens P., Virkutyte J., Low-frequency ultrasound in biotechnology: state of art, Trends in Biotechnology 2009, 27, 5, 298-306.
• [42] Neis U., Ultrasound in water, wastewater and sludge treatment, Water 2000, 2, 36-39.
• [43] Poyatos J.M., Mu?io M.M., Almecija M.C., Torres J.C., Hontoria E., Osorio F., Advanced Oxi-dation Processes for wastewater treatment: state of the art, Water Air Soil Pollut. 2010, 205, 187-204.