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垃圾渗滤液生物、物化处理工艺及机理研究

潘云霞  
【摘要】: 垃圾渗滤液是一种危害较大的高浓度有机废水,如不妥善处理,会对周围环境及地下水造成严重污染。但由于垃圾渗滤液的水质水量波动较大,垃圾渗滤液的处理工艺取决于垃圾的组成、垃圾渗滤液中有机物的降解特性以及垃圾的填埋年限和填埋方式等,采用单一的生物、物理化学处理方法都不理想。论文立足于垃圾渗滤液实际处理需要,以节约成本,提高垃圾渗滤液中有机物去除率,加快反应速率为目的,探索垃圾渗滤液处理新工艺。通过厌氧生物处理、吹脱、絮凝和高级氧化组合工艺处理垃圾渗滤液,研究不同工艺对垃圾渗滤液的处理效果,对工艺参数进行优化,分析有机物降解机理,建立动力学模型,并通过毒性生物检测,评价不同工艺处理后的垃圾渗滤液出水对环境的影响。 垃圾渗滤液厌氧生物处理方面的研究:比较加入颗粒活性炭和粉末活性炭对垃圾渗滤液中COD、NH_3-N和金属离子的降解效果。结果表明,单独的颗粒活性炭和粉末活性炭对垃圾渗滤液中COD、NH_3-N和重金属的吸附作用不理想。厌氧生物处理中加入活性炭,能促进垃圾渗滤液中有机物的降解,加快垃圾渗滤液的产气速率,提高产气量,增加Fe、Zn、Cu、Cd四种金属元素的去除率;其中,加入颗粒活性炭的反应器,NH3-N、COD和金属元素的去除率最高,产气量也最高。主要原因是在厌氧反应器中加入颗粒活性炭,促进了厌氧颗粒污泥的形成。 垃圾渗滤液吹脱及絮凝处理方面的研究:将厌氧生物处理后的垃圾渗滤液,通过吹脱预处理,COD和NH3-N浓度分别下降到2372mg/L和295.7mg/L。再将吹脱预处理的垃圾渗滤液通过絮凝处理,结果表明,硫酸铁、聚合硫酸铁和聚氯化铝铁三种絮凝剂能有效去除垃圾渗滤液的色度、浊度和COD,pH值为5的聚合硫酸铁对垃圾渗滤液的色度、浊度和COD去除效果最好;添加有机高分子阳离子絮凝剂聚丙烯酰胺(CPAM)作助凝剂,能提高垃圾渗滤液的色度、浊度和COD去除率。通过正交实验确定絮凝工艺处理垃圾渗滤液的优化条件是:pH值为5.2,PFS浓度为9.10 mmol/L,反应时间8 min,助凝剂CPAM浓度5 .00mg/L。在此优化实验条件下,垃圾渗滤液的色度去除率为75.6%,浊度去除率为93.6%,COD去除率为56.7%。 垃圾渗滤液深度氧化处理方面的研究:将絮凝处理后的垃圾渗滤液分别进行UV/Fenton、US/Fenton和MV/Fenton高级氧化处理,确定这三种高级氧化技术的优化条件,比较他们在优化条件下对垃圾渗滤液COD和色度的去除效果,并对其相关机理进行研究。结果表明,UV/Fenton反应中,当pH值为2.5,Fe~(2+)浓度为5 .00mmol/L,H_2O_2浓度为5.70×10~2 mmol/L时,反应120 min,垃圾渗滤液的色度和COD去除率分别达到最高值99.1%和86.2%;在此条件下的表观动力学方程为:V=-dP/dt=2.6×10~(-8)×P~(1.92)×F~(1.79)×E~(1.67)。对于US/Fenton反应,当Fe~(2+)浓度为5.00 mmol/L,H_2O_2浓度为5.70×10~2 mmol/L,pH值为2.5,超声功率为100 W,超声频率为45 kHz时,反应90 min,垃圾渗滤液的色度和COD去除率分别达到最高值99.1%和83.4%;其表观动力学方程为:V=lg-(dP/dt)= 1.0×10~(-7)×P~(0.86)×F~(2.34)×E~(0.87)×H~(0.82)。对MV/Fenton反应,当Fe~(2+)浓度为15.00 mmol/L,H2O2浓度为5.70×10~2 mmol/L,pH值为2.5,微波功率为800 W时,反应120 s,垃圾渗滤液的色度和COD去除率分别达到最高值99.7%和79.2%;其表观动力学方程为:V=lg-(dP/dt)= 7.0×10~(-22)×P~(0.74)×F~(0.62)×E~(2.18)×H~(2.69)。这三种高级氧化处理技术对垃圾渗滤液的色度和COD去除率都高于单独的Fenton反应,而且,日光、超声波、微波三种催化诱导方式都与Fenton试剂存在协同作用。垃圾渗滤液经过这三种高级氧化技术处理后,大分子有机物都被氧化为小分子有机物及二氧化碳和水。三种高级氧化工艺中,UV/Fenton对垃圾渗滤液中的COD去除率最高(86.2%),但反应所用时间也最长(120 min),MV/Fenton对垃圾渗滤液中的COD去除率最低(79.2%),反应所用时间也最短(120 s);三种氧化处理工艺,不论其降解机理如何,垃圾渗滤液的降解产物都相似,三种处理工艺的降解产物的紫外吸收峰都在210~220nm。 垃圾渗滤液急性毒性检测方面的研究:用不同工艺处理后的垃圾渗滤液培养甘蓝种子144 h,观察其种子萌发状况,检测垃圾渗滤液对甘蓝种子萌发的毒性作用。研究结果表明,垃圾渗滤液的浓度越低,对甘蓝种子萌发的毒性也越小,种子萌发率也越高。垃圾渗滤液原液对甘蓝种子萌发的毒性最大,经厌氧生物处理后,毒性有所降低,垃圾渗滤液经絮凝处理后,对甘蓝种子萌发的毒性明显降低。垃圾渗滤液经高级氧化技术处理后,对甘蓝种子萌发的毒害作用虽然降低,但毒害作用依然存在。三种高级氧化技术对垃圾渗滤液毒性的影响差别不大。随着垃圾渗滤液经厌氧生物处理、絮凝和高级氧化处理,垃圾渗滤液的毒性和GT50逐渐降低,EC50逐渐增加。 垃圾渗滤液经厌氧生物处理后,再通过吹脱、絮凝和UV/Fenton后续物化处理,垃圾渗滤液的COD浓度由5.05×10~4 mg/L降低到142 mg/L,达到国家污水三级排放标准,色度和悬浮固体SS达到国家污水一级排放标准(GB18918-2002)。


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