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《哈尔滨工业大学》 2011年
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生活垃圾渗滤液吸附降解及催化氧化技术的研究

蒋宝军  
【摘要】:垃圾渗滤液是垃圾填埋处理过程中产生的高浓度有机废水,由于含有的污染物质浓度高、成分复杂、水质水量变化大,垃圾渗滤液处理一直是污水处理领域的世界性难题。本文从垃圾渗滤液处理的实际需要出发,以减少垃圾渗滤液产生量、降低垃圾渗滤液处理成本和提高垃圾渗滤液处理效果为目的,探索垃圾渗滤液吸附降解和化学催化氧化处理技术。通过在厌氧填埋的垃圾中加入具有吸附性和吸水性的填料,研究了填料添加对垃圾渗滤液的产生量、垃圾降解速率、垃圾渗滤液水质的影响。此外,本文还研究了聚合氯化铝(PAC)混凝与Fenton试剂联用处理垃圾渗滤液的效能及成本,确定了PAC、H_2O_2和Fe~(2+)的最佳投加量;通过合成金属离子催化剂与臭氧联用处理垃圾渗滤液,筛选出对渗滤液处理效果较好的金属离子催化剂,深入分析金属离子催化剂催化臭氧氧化垃圾渗滤液的最佳反应条件,这些研究成果为垃圾渗滤液吸附降解技术和化学催化氧化技术的实际工程应用提供了理论与技术指导 在垃圾渗滤液吸附降解的研究中,通过向填埋垃圾分别添加锯末、活性炭、沸石、废旧报纸作为填料,同时以相同填埋条件下的不添加填料垃圾层做对比,分析了垃圾层的渗滤液产生量、垃圾降解速率、渗滤液的COD和NH_4~+_-N浓度的变化特点。经过180天的实验研究发现,锯末等填料具有减少渗滤液产生量、加速垃圾降解的作用。在厌氧填埋的垃圾中混合添加锯末可以使每升垃圾的渗滤液产生量在180天内减少100~200 mL,而且在垃圾填埋180天后,填料加速垃圾降解增加的库容量大于填料自身占据的库容量。 研究表明,填料添加能减少渗滤液中COD和NH_(3-)N的含量。锯末、活性炭、沸石吸附渗滤液中有机污染物的能力相差不大,但锯末对NH_(3-)N的吸附能力强于活性炭和沸石。锯末和活性炭能够较好地吸附渗滤液中溶解的铜离子、铁离子和锌离子等重金属离子,从而降低填埋初期渗滤液中的重金属离子浓度。总体来看,添加锯末的效果要优于活性炭、沸石、废旧报纸。对锯末吸附渗滤液中污染物的实验研究结果表明,20℃时锯末对渗滤液COD吸附一般在3小时左右内完成,且吸附量与COD平衡浓度之间的关系符合费兰德利希吸附等温式,锯末吸附COD的质量约为142.44mgCOD/g锯末;20℃时锯末对渗滤液中NH_4~+_-N的吸附在1小时左右完成,锯末对NH_4~+_-N的吸附容量为36.36mgNH_4~+_-N/g锯末,其吸附规律无法用现有的吸附等温式来表达。 PAC混凝/Fenton氧化处理垃圾渗滤液的实验结果表明,Fenton试剂氧化垃圾渗滤液中污染物质的最佳反应条件为pH=3.5、H_2O_2和Fe~(2+)摩尔比为6、H_2O_2和渗滤液的COD质量比为3,反应时间为4小时;PAC混凝去除渗滤液中污染物的PAC最佳投加量为PAC与渗滤液的COD质量比为0.6。混凝/Fenton工艺和Fenton/混凝工艺对同样水质的渗滤液原液COD去除率相差不大,但混凝/Fenton工艺比Fenton/混凝工艺处理每吨渗滤液的成本至少低62.6元。 为了合成能够与臭氧联用催化氧化垃圾渗滤液中污染物质的高效催化剂,制作了以γ-Al_2O_3为载体的铜、镍、钴、镉、铬五种负载型金属离子催化剂,使之分别与臭氧联用催化氧化垃圾渗滤液。结果表明,五种催化剂中铜催化剂催化臭氧氧化对垃圾渗滤液COD的去除率最高,镍离子催化剂催化臭氧氧化对垃圾渗滤液NH_4~+_-N的去除率最高。在此基础上,为了发挥铜、镍两种单组份催化剂各自的优势,合成了不同浸渍液浓度和浸渍液摩尔用量比条件下的75种铜镍双组分催化剂用于垃圾渗滤液的催化臭氧氧化处理。结果表明,在此75种催化剂中,浸渍液浓度为0.25mol/L,铜和镍的摩尔用量比为1,800℃下焙烧制得的铜镍离子质量负载率为2.6764%的催化剂对垃圾渗滤液COD和NH_4~+_-N的去除率最高。针对该催化剂的催化臭氧氧化实验表明,当渗滤液pH值为9、臭氧投加量为臭氧总投加质量/渗滤液COD质量=0.55、催化剂投加量为催化剂质量/渗滤液COD质量=3时,此催化剂的催化臭氧氧化处理渗滤液的效果最好。在此反应条件下,对COD浓度为515~12115mg/L的垃圾渗滤液,COD去除率为25.2~75%。通过铜镍催化剂催化臭氧氧化,可使垃圾渗滤液的可生化性得到明显改善,催化氧化前后垃圾渗滤液的BOD_5/COD值从0.085~0.145提高到0.31~0.475。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:X703.1

【参考文献】
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