垃圾渗滤液的预处理方法及其机理研究

发布时间：2020-09-18 06:27

　　随着工业的发展与人们生活水平的提高,产生的垃圾量成倍增加,由此引起的垃圾渗滤液也成为目前水体污染中备受关注的污染废水。它的主要特点在于恶臭感明显、污染成分复杂且含量高、毒性大而难以采用生化法处理。因此,渗滤液的预处理方法显得尤为重要。在此背景下,本文旨在深入研究经典预处理技术与开发新型预处理技术,分别选用化学混凝法、磷酸铵镁化学法、煤渣吸附法、微波消解法、氧化剂氧化法及联合法预处理垃圾渗滤,旨在寻求高效的处理工艺,探讨其作用机理,为渗滤液的有效治理提供基础数据、理论指导和应用参考。本研究主要包括以下几个方面的内容： (1)化学混凝法预处理垃圾渗滤液的研究。通常,化学混凝法用于处理老龄垃圾渗滤液,而本试验则采用此方法处理新鲜垃圾渗滤液。试验结果表明,在分别选用氯化铝(AlCl3)、硫酸铝(A12(SO4)3)、氯化铁(FeCl3)、硫酸铁(Fe2(SO4)3)和聚合氯化铝(PAC)作混凝剂预处理垃圾渗滤液的对比研究中,在优化投加量、pH值和反应时间等试验条件下,水质色度的去除效果为：PAC＞AlCl3＞FeCl3 A12(SO4)3=Fe2(SO4)3;总固体残渣量(TS)的去除效果为：PAC＞Fe2(SO4)3＞Al2(SO4)3＞FeCl3＞AICl3;氨氮(NH4+)的去除效果为：FeCl3＞Fe2(SO4)3＞A12(SO4)3＞PAC＞AlC13; CODcr的去除效果为：AICl3＞A12(SO4)3=Fe2(SO4)3＞PAC＞FeCl3。而P043-的去除率均达到100.0%。预处理后的水质经紫外光谱分析,发现其吸收峰比原水的明显减少,强度明显降低,且铝盐的混凝效果明显强于铁盐。反应的沉淀物分别经SEM-EDS分析,证明混凝法不但可以有效去除色度、TS、NH4+、CODcr和PO43-,还可以同时去除渗滤液中的一些无机阴离子和金属离子。并且,再次证明铝盐的去除效果比铁盐的更为显著。在反应动力学机理研究中,污染物的去除均属于二级或三级动力反应模型,反映出化学混凝法在较短时间内去除污染物的效果受限的原因。该方法具有操作简便、反应快速、占地面积小、运行稳定、处理效果较好等特点,但成本较高,容易产生大量的剩余污泥。 (2)磷酸铵镁化学法预处理垃圾渗滤液的研究。试验结果表明,当pH值为9.5、反应温度为20～30℃、[Mg2+]/[NH4+]/[P043-]摩尔比为1：1：1.4、反应时间为15min、静置时间为20min时,其水质最佳去除率为：色度81.3%,TS52.5%,NH4+100.0%,CODcr43.4%,且出水无PO43-。预处理后的水质经紫外光谱分析,发现其吸收峰比原水的明显减少,强度明显降低。试验后的沉淀物经SEM-EDS和XRD分析发现,该灰色沉淀物主要由三种结构组成,即立方型、针状型和圆柱型结构。其中,立方型和针状型结构为磷酸铵镁,圆柱型结构为磷酸镁。此外,结构表面还吸附着其他元素成分,说明该方法不但能有效去除NH4+,还可以通过吸附作用同时去除垃圾渗滤液中的其他污染物质。试验反应经动力学研究分析,属于一级反应动力模型。产物经提纯后,可作为一种缓释肥,加以回收利用。 (3)蜂窝煤渣吸附法预处理垃圾渗滤液的研究。分别选用蒸馏水、氢氧化钠溶液、盐酸溶液、乙醇和乙酸预处理蜂窝煤渣。试验结果表明,盐酸溶液预处理后的蜂窝煤渣,其性状变化最为明显。当其投加量为20.0mg·L-1、pH值为9.5、反应温度为20℃、反应时间为15min、静置时间为20min时,渗滤液中污染物质的去除效果最佳：色度61.3%,TS52.5%,NH4+27.7%,CODcr39.3%,P043-100.0%。预处理后的水质经紫外光谱分析,发现其吸收峰比原水的明显减少,强度明显降低。试验后的沉淀物经SEM-EDS和XRD分析发现,HCl溶液预处理后的蜂窝煤渣的吸附性能最优。通过反应动力学模型研究发现,NH4+和CODcr的吸附均属于三级反应动力模型,色度的吸附属于二、三级反应动力模型。说明其去除速率较慢。该方法具有环境友好、以废治废、操作简便、性能稳定、成本低廉、占地面积小等特点。试验后的剩余沉淀物,可以回收利用。 (4)微波法预处理垃圾渗滤液的研究。试验结果表明,当微波功率为900W,pH值为2.0,反应时间为15min时,其水质最佳去除率为：色度75.0%,CODcr90.6%,PO43-100.0%,而NH4+的去除率很低,仅为6.5%。预处理后的水质经紫外光谱分析,发现其吸收峰比原水的明显减少,强度明显降低。在动力学研究中发现,色度和CODcr的去除均属于一级反应动力模型。该方法操作简便,处理效果好,占地面积小,且处理后的垃圾渗滤液,恶臭味消除,没有剩余残渣沉淀存在,具有进一步开发利用的潜力。 (5)氧化剂氧化法预处理垃圾渗滤液的研究。分别选用高锰酸钾(KMnO4).次氯酸钠(NaCIO).双氧水(H202)和芬顿试剂(Fenton)作氧化剂预处理垃圾渗滤液。试验结果表明,在优化投加量、pH值和反应时间等试验条件下,其水质最佳去除率分别为,KMn04:色度68.8%,NH4+14.4%,CODcr47.6%,PO3-4100.0%:NaClO:色度50.0%,NH4+40.8%,CODcr59.6%,PO3-4100.0%;H2O2:色度68.8%,NH4+3.2%,CODcr53.9%,PO34100.0%；Fenton:色度82.5%,NH4+10.1%,CODcr64.2%,PO3-4100.0%。预处理后的水质经紫外光谱分析,发现其吸收峰均比原水的明显减少,强度明显降低。在动力学研究中,采用KMnO4作氧化剂时,NH4+和CODcr均属于三级反应动力学模型；采用NaClO作氧化剂时,NH4+属于三级反应动力学模型,CODcr属于一级反应动力学模型；采用H202作氧化剂时,NH4+和CODcr的反应动力学模型均拟合得并不理想；采用Fenton作氧化剂时,NH4+属于三级反应动力学模型,CODcr属于二级反应动力学模型。 (6)微波-氧化剂-磷酸铵镁联合预处理垃圾渗滤液的研究。试验结果表明,在最佳试验条件下,水质的最佳去除效果分别为,微波+KMnO4+磷酸铵镁：色度75.0%,NH4+100.0%,CODcr93.1%,P03-4100.0%,TS99.9%;微波+NaC10+磷酸铵镁：色度75.0%,NH4+100.0%,CODcr91.5%,PO3-4100.0%,TS99.9%;微波+H202+磷酸铵镁：色度100.0%,NH4+100.0%,CODcr90.0%,P043-100.0％,TS99.9%；微波+Fenton+磷酸铵镁：色度100.0%,NH4+100.0%,CODcr92.0%,PO43-100.0%,TS99.9%。预处理后的水质经紫外光谱分析,发现其吸收峰均比原水的明显减少,强度明显降低,且微波+Fenton+磷酸铵镁组合处理后的水质最为显著。本课题的研究为垃圾渗滤液的经典处理方法提出深层的理论机理,同时为新的处理方法提供了新的探索方向。研究结果丰富了现有垃圾渗滤液的处理技术,并可能开发出简单的物化协同处理工艺,为垃圾渗滤液的处理提供了新的思路与方法。因此,本课题具有重要的理论意义和应用前景。
【学位单位】：湖南大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2011
【中图分类】：X703

【引证文献】