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《西南交通大学》 2010年
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基于垃圾渗滤液中有机污染物特征的预处理研究

张胜利  
【摘要】:垃圾渗滤液中有机污染物种类众多,不仅含有大分子难生物降解有机物,而且还含有许多有毒难生物降解的小分子有机物,这将降低甚至抑制生物处理中微生物的活性。为此,本文以成都市长安垃圾填埋场的渗滤液为研究对象,在对其中有机污染物进行较全面分析的基础上,从理论上提出高浓度有机废水厌氧可生化性的新指标,并就其适用性与传统的可生化性指标进行了对比分析。采用石灰沉淀-混凝与氧化法组合对垃圾渗滤液中的有机污染物进行预处理,阐明了去除含量较低的难生物降解有机物对提高渗滤液可生化性的重要性;考察了次氯酸钠氧化降解垃圾渗滤液中典型有机物的影响因素及途径。 本文通过将超声波辅助萃取引入样品的预处理,与传统的振荡萃取相比,明显提高了萃取效率。利用C-MS分析仪,就不同极性色谱柱对有机污染物分析结果的适用性开展实验。结果表明:极性柱比较适于测定垃圾渗滤液中极性大的有机酸、醇类等物质,非极性柱能提高低含量烷烃、酯类等物质的检出率。长安垃圾填埋场的渗滤液在试验阶段为早期渗滤液与晚期渗滤液的混合液,因此,两种柱子配合使用非常必要。 基于理论分析,提出CODCH4/COD值作为废水厌氧可生化性的评价指标,确定了CODCH4/COD值表示厌氧可生化性的数值界限。同时,在BMP分析的基础上,采用CODCH4/COD值考察了垃圾渗滤液的厌氧可生化性,并与BOD5/COD值评价结果进行对比。研究显示,CODCH4/COD值与BOD5/COD值用于垃圾渗滤液可生化性的评价时,得出的结论具有相似性,但CODCH4COD值略大于BOD5/COD值。究其原因:好氧条件下,总的生化耗氧量(BODu)小于理论完全需氧量(COD);厌氧条件下,有机物完全去除时CODcH4等于理论完全需氧量。此外,BOD5测试时间仅5d,而BMP测试时间一般在30d以上,从而使微生物有足够的时间去适应废水水质,故能较好地反映废水的可生化性。进一步的GC-MS分析表明,垃圾渗滤液中有机污染物的种类和性质直接影响其生化性能。在可生化处理的渗滤液A中(BOD5/COD=0.3~0.4),检出的有机污染物约90%为有机酸类物质;在不易生化处理的渗滤液B中(BOD5/COD0.15),检出的有机污染物烷烃类约占50%。但无论是BOD5/COD值较低的渗滤液B,还是BOD5/COD值较高的混合渗滤液A,在进行生物处理之前都有必要先通过物化法将其所含的有毒有机污染物去除或降低到适当的浓度范围,以改善后续工艺的运行状况。 本文以垃圾渗滤液A作为多级预处理的研究对象。在石灰沉淀-混凝法预处理部分,由于饱和石灰水本身碱性不高且渗滤液具有一定的缓冲作用,所以调节pH值时加入适量的NaOH有助于石灰沉淀作用。相对于FC和FS, PAC为较佳的絮凝剂。助凝剂PAM和PAC配合使用不但增大了渗滤液COD的去除率,而且有利于絮体的沉降。采用GC-MS法对石灰沉淀-混凝预处理前后渗滤液中有机污染物的分析表明,石灰沉淀-混凝预处理可以去除渗滤液中部分有机污染物,特别是含量较低的难生物降解有机物,进而提高渗滤液的可生化性。与此同时,表征渗滤液中难生物降解有机物的指标A260的分析结果也表明预处理后该类物质可去除约48.67%。 为了将垃圾渗滤液中有毒且难生物降解的小分子有机物去除或降低到适当的浓度范围,实验对石灰沉淀-混凝预处理出水进行氧化处理。考察了pH值、氧化剂用量、反应时间和反应温度等对NaClO、Ca(ClO)2、KMnO4氧化处理效果的影响,并筛选出较优的氧化剂NaClO。采用NaClO进行正交试验时,试验结果表明:影响次氯酸钠氧化作用的主次顺序为NaClO折合有效氯用量反应时间反应温度,且次氯酸钠用量对处理效果有显著影响。氧化预处理后渗滤液中有机污染物的GC-MS分析显示,渗滤液中低含量有机污染物的谱峰经氧化处理明显下降的同时,有机污染物的总离子流图上部分短链脂肪酸的峰高增加。这归因于氧化剂NaClO将渗滤液中的部分有毒或难生物降解有机污染物转化成一系列小分子有机物,从而提高了渗滤液的可生化性。 最后,以垃圾渗滤液中的典型有机污染物苯酚为对象,分别在无氨氮体系和氨氮体系中考察了NaClO处理苯酚废水的氧化特性,探讨了相应的反应途径。实验结果表明:无氨氮体系中,NaClO氧化降解苯酚时氯化中间产物氯酚有且仅有5种,它们分别是2-MCP、4-MCP、2,6-DCP、2,4-DCP和2,4,6-TCP。在试验所取的pH值范围6-9内,同一氯酚在不同pH条件下随反应时间增加表现出相似的变化趋势,但不同pH条件下浓度变化速率存在一定差异,且弱碱性条件下有利于苯酚连续氯化反应的进行。加氯量的增大不仅有利于苯酚的氯化,而且有利于苯酚氯化中间产物的转化和氧化降解。在含氨氮的苯酚废水中加入NaClO,氨氮将与苯酚发生竞争反应。折点加氯曲线表现为当氯与氨氮质量比由5.35上升到27.67时,氨氮去除率的变化趋势滞后;而余氯量则不断减小,没有折点出现。随着氨氮浓度增加,苯酚的氧化降解受到抑制:一方面,苯酚的去除率不断下降;另一方面,体系中检洲到一系列氯酚中间产物。这些氯酚中间产物至少有2种(2-MCP和4-MCP),至多有5种(2-MCP、4-MCP、2,6-DCP、2,4-DCP和2,4,6-TCP)。因此,在氨氮体系中加入NaClO氧化降解苯酚时将有利于大大降低THMs和HAAs等有害副产物的生成量。实验结果对NaClO处理含氨氮的难生化或有毒的有机废水具有一定的参考价值。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:X703

【引证文献】
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7 记者 姜平;技术国内领先 国标清水排放[N];珠海特区报;2010年
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