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《重庆大学》 2009年
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微波催化氧化技术处理垃圾渗滤液的试验研究

林于廉  
【摘要】: 垃圾渗滤液是一种危害较大的高浓度难降解有机废水,如未经处理或处理不当就排入环境势必对填埋场周围环境及地下水造成严重污染,从而直接或间接对生态环境和人体健康造成威胁。由于渗滤液水质水量变化大,其中难去除的物质多,目前国内、国外的垃圾填埋场还没有成熟和完整的工艺可以借鉴,现有工艺的处理效能也很少能真正满足卫生填埋场渗滤液的排放要求。因此需要开发投资省、效果好的渗滤液处理技术和工艺。论文立足于渗滤液实际处理的需要,以节约成本、提高渗滤液中有机物去除率,加快反应速率、缩短反应进程为目的,探索渗滤液处理新工艺—微波催化氧化技术。论文采用共沉淀法-焙烧法、浸渍-焙烧法、固相焙烧法制备、筛选了适合于微波催化氧化的催化剂并进行了表征;对处理渗滤液效能最佳的催化剂进行了改性和改形;采用动力学模型模拟有机物浓度降解趋势,采用分子量分级分析了渗滤液中有机物的分子量变化和采用全谱扫描分析了反应过程中有机物种类的变化。 催化剂制备及筛选表明,Fe-Zr催化剂是共沉淀制备筛选出的效能最佳的催化剂,用Fe-Zr催化剂处理正丁酸模拟废水,TOC去除率为75%,该催化剂活性和稳定性比较好的主要原因是Zr对催化剂进行掺和改变了催化剂的物相; Fe-O/CeO_2催化剂是浸渍法制备、筛选出的效能最佳的催化剂,用该处理正丁酸模拟废水, COD_(Cr)去除率为67%,该催化剂中的活性成分Fe主要以α-Fe2O3形式存在,兼有少量的CeFe2;Ni-Co-Ce-O催化剂是固相-焙烧法制备、筛选出催化效能最佳的催化剂,用该催化剂处理正丁酸模拟废水,COD_(Cr)去除率为68%,与高温固相所得Ni-Co-Ce-O催化剂相比,该催化剂因其拥有更多孔洞,其催化活性更高。 渗滤液的水质检测(长生桥垃圾填埋场的渗滤液)表明:COD_(Cr)平均含量为5736mg/L,有机物以分子量小于1000的为主,占54.55%;总固体平均浓度为5477.0 mg/L,总固体中溶解态固体含量最大,占87.33%;总氮含量为2163.16 mg/L,其中氨氮为1743.62 mg/L,占80.61%;镍、铁的平均含量分别为7.18 mg/L和1.98 mg/L。 采用上述三种催化剂处理垃圾渗滤液,处理效能表明:Fe-O/CeO_2催化剂是处理垃圾渗滤液效能最佳的催化剂。其最佳处理工况为:Fe-O/CeO_2投加量10g/L、H2O_2投加量22.5mL/L、微波功率800w、微波作用时间8min和水样浓度5736 mg/L,此工况所得渗滤液COD_(Cr)去除率为69%。 催化剂改性研究表明,圆形颗粒的流动性较好,改性催化剂以A物质为掺和剂,(掺和比40%)混入Fe-O/CeO_2催化剂中,搅拌均匀并挤压成型为直径4.5mm的球形颗粒,风干后在350℃条件下焙烧4h制得。改性催化剂的平均孔径为0.56nm,孔道主要以微孔为主。用改性催化剂处理渗滤液,出水COD_(Cr)浓度和氨氮浓度分别为257 mg/L和99.2 mg/L,处理效能分别为94.9%和94.7%。出水氨氮、COD_(Cr)浓度均满足城市污水的三级排放标准。 单目标物质催化剂的机理分析表明,以空气为氧化剂时,Ni-O/CeO_2催化剂的催化效能高于以Fe-O/CeO_2催化剂的催化效能;以H_2O_2为氧化剂以Fe-O/CeO_2催化剂的催化效能高于Ni-O/CeO_2催化剂的催化效能;微波催化氧化反应与常温常压催化氧化反应和水浴催化氧化反应相比大大缩短了反应时间、提高了反应效率。 改性催化剂的微波催化氧化处理渗滤液的机理分析表明,对富含颗粒态有机物的渗滤液,微波催化氧化能在短时间内达到很好的预处理效果,而对溶解态有机物为主的渗滤液,渗滤液经处理后出水能达到城市污水三级排放要求。分子量分级和GC-MS试验表明,渗滤液中有机物的种类随着反应时间逐级快速递减,但有机物的去除并不是按一定比例进行,而是随分子量不同而有所不同;渗滤液的微波催化氧化反应在低温条件下进行的是有机物与H_2O_2的直接反应,微波作用加快其反应速率;高温条件下则以“芬顿”反应为主,“芬顿”反应过程中,小分子物质既是优先进行反应的物质也是最难去除的物质;固态颗粒物的存在既消耗了微波能和H_2O_2,又阻碍了小分子物质与催化剂充分接触。有机物的降解不符合Elovich方程、双常数方程、一级动力学方程、抛物线扩散方程四种动力学模型,SPSS数据处理系统拟合出氨氮、COD_(Cr)的降解动力学方程分别为:Y=1852.4602-442.4124t+36.8971t~2-1.0152t~3;Y=216.5628+5060.8354exp(-0.5431t)。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:X703

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