（环境工程专业论文）改性膨润土光助fenton试剂预处理垃圾渗滤液的试验研究.pdf

西南科技大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 随着我国城镇化水平的迅速发展，城市固体废弃物的产量也在不断增加。 在垃圾填埋场运行管理中，最棘手的问题就是渗滤液的处理，如何进行有效 处理是环保学者近来研究的热点。 本试验主要研究内容为非金属矿辅助光化学催化氧化应用于垃圾渗滤 液处理。分别采用硅藻土和膨润土进行试验，确定了膨润土经改性后进入 u v f e n t o n 系统处理作为课题研究主线。研究了三种改性膨润土吸附剂对渗 滤液的处理效果，结果表明：改性后的高效钠基膨润土对渗滤液中污染物的吸 附效果最好，在p h = 6 5 ，投加量在8 9 l 时，对c o d c ，和b o d 。的去除效率达到 7 0 左右，对n h 。一n 的去除效率达到4 0 ，且吸附过程较好地符合动力学方 程及吸附等温方程。 在u v f e n t o n 系统中，通过正交试验及单因素优化试验确定了试验最佳 操作条件，试验发现，鼓入空气，提高了氧化效率，并促进了小部分n h 。一n 的挥发。当反应系统初始p h 调节为4 ，曝气量在7 0 l m i n ，h ：0 ：的投加量为 6 m l l ，f e 2 + 的投加量为1 0 m l l ，t i 0 。投加量2 0 9 几，光照反应时间为1 8 0 m i n ， 反应结束p h 调节为7 时，对c o d c ，的去除率达到了8 3 以上，对n h 。一n 的去 除率在1 4 左右。经过一系列处理后，渗滤液色度基本已降至最低。 我国膨润土资源丰富，价格低廉，且可再生，因而改性膨润土应用于垃圾渗滤 液前端预处理是切实可行的。 关键词：垃圾渗滤液预处理硅藻土改性膨润土u v - f 印t i 呲 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t w mm ef i l s tu r b 锄边撕o np r o c e 豁，m eq u a 而t ) ro fc i 够s 0 1 i dw a s t ei sa l s 0i i l b 嬲i i 培 1 kk n o t t ) ，p r o b l 锄m o s tl l a 】r dt or e s o l v eo fl a n d 丘u si s l e1 锄d 6 ule a _ 姗e 蛐e n ti n t l l e 彻1 i l i n g 锄dm a n 弼n e 吐ni sah o tr e s 伽hf o r 诎伽l m e i l t a l i s t s 慨h o wt 0 d i s p o s eo fl 锄d 丘ul c h a t ee 伍c i 饥n m t h ea p p l i c 撕0 no fn 伽m 魄i l l i cm i i l ea d 曲l g 诵m 贴s i d i a r yp h o t o c a ：t a l ) ，t i c 嘲d 撕0 n i nl 锄d m l l 既c h a t e 蛐e n ti sm a i l l l y 咖d i e db y l e 既肿e md i 咖血t ea n db 即胁i l i t e a r ea d o m 。di nt e s tr e s p 蒯v e l y ，蠲c e 吨l i i l i i l gt l l a tm o d i 五e db 印舾i l i t ea d d i i l g 、) i ，i t h p h o t o c a t a l 妒co x i 删o na r es e 嬲m a i ns t u d y1 i i l e o fm es c _ h 咖e t h r 呻器o f m o d i f i e db e n t o 砌 eu s 吨i nl a n d 丘1 1 l 朗c h 舢ei ss t u d i 。d ns h o 、l a tt 1 1 eh i g l l e 脓t n a - b 躐b 触i sb e s ta tp o 趾t 幽删呱w h 肌m el a n d 丘l ll e a c h a t e sp h 5 m e a d d i i l gd o s a 黟o f i ti s8 9 化t l l er 唧o v a lm t eo f c o d q 锄db o d 5i sa b o u t7 0 ，n h 3 - ni s u pt 04 0 ，a n dt h e 卵e c e 豁o f a d 蚓咖o ni sc o r r c 删t 0d y n a l i l i c sp 蜘o f a d 鲫咖0 n 锄d a d s o 删o n i s o m 锄 i nu v - f e n t o ns y s t 日玛m r o l i g ho m l o g o 彻lt e s t 趾ds i i l 百ef i a c t o r0 p 血n i z a d o nt e s t ，t h e b e s to p e r a 血gc o 碱廿0 1 1 si sd e t e n 】血咄w l l i l ei t 旬u i l d s l a tm e 础r o d u 西o f l ea i r c o m p 陀s s o r 岬o t 懿m eo x i d 撕0 ne 伍c i 即巧锄d l ea i rb u b b l 嚣b l a s t e di 1 1 t 0p r 伽t e l e v o l 撕l 时o fa l i m en h 3 - n 、枷朗t 1 1 e 僦d o ns 、辟锄sp hi s 聊l a t e da t4i n i 石a l l y 锄d i sr e j g u l a t i 耐a t7w h 饥t l l e 删o ni so v e r ，a 锄虹o n 删t ) ri s7 0 i m i n ，h 2 0 2 sd o s a g ei s 6 m i 几，f e z 十sd o s a g ei s1 0 m i 几，面0 2 sd o s a g ei s2 0 9 化锄dl i g h tr e a 嘶o n 血l ei s1 8 0 m i l l ，t l l er e m o v a lr a ：t eo f c o d 岛i sa b o v e8 3 ，n h 3 j ni sa b o u t1 4 a 矗玎as 酣e so f 蛐t ，m ec h m ao f l 觚d m l l 翰c ! h a t ei s 砌l c c dt 0 删m u m ( ：b i i l ai sr ic ：hi l lb e n t o l l i t er e s o t c 懿，i t sc h 朗p 锄dr e n e w a ：b l e ，廿l u si ti sp m 砸c a b l e m a tm o d i 丘e db e n t o i l i t ei su s e di 1 1l a i l d f i l ll c h a t ep f 酏咖l k e y - o r d s ：l a n d 丘ul e a c h 王r c e ：p r i 刮t e a 缸n e m ；d ia ：c o l i t e ；m o d i f i e db e n 由o i l i t e ；w f e n t o n 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下( 或我个人) 进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南科技大 学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究 所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 涩1 弓 日期：沙略红0 关于论文使用和授权的说明 本人完全了解西南科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可以公布该论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：淫杨 导师签名：机砂乙日期：少访。铲口 西南科技大学硕士研究生学位论文第l 页 1 绪论 随着我国城镇化水平的迅速发展，人民的生活质量在不断提高，城市固 体废弃物的产量也在不断增加，而城市垃圾填埋场渗滤液的处理一直是填埋 场设计、运行和管理中非常棘手的问题。垃圾渗滤液是液体在填埋场重力流 动的产物，主要来源于降水和垃圾本身的内含水。由于液体在流动过程中有 许多因素可能影响到渗滤液的性质，包括物理因素、化学因素以及生物因素 等，所以渗滤液的性质在一个相当大的范围内变动。一般来说，其p h 值在4 9 之间，c o d c ，在2 0 0 0 6 2 0 0 0 m g l 的范围内，b o d 。从6 0 4 5 0 0 0 m g l ，n h 3 一n 及重金属等污染物浓度也较高n 3 1 。城市垃圾填埋场渗滤液是一种成分复杂的 高浓度有机废水，若不加处理而直接排入环境，会造成严重的环境污染。为 保护环境，对垃圾渗滤液进行处理是必不可少的。 1 1 垃圾渗滤液的产生及危害 垃圾渗滤液是垃圾填埋过程中，由于压实和微生物的分解作用，垃圾中所 含的污染物随水分溶出，并与降雨、径流等一起形成的浸出液。它是一种污染 性很强的高浓度有机废水n 吲，并以液相和气相介质输送污染物质，具有很强 的流动性和迁移扩散能力，使水环境、土壤环境甚至大气环境质量下降，直 接导致水体缺氧、富营养化以及生物毒性，并通过食物链对人体产生危害。 垃圾渗滤液中b o d 、c o d 、n h 。一n 浓度高是其显著特点，高浓度的n h 。一n 含量， 造成了过低的c n 比值，给工艺选择带来了困难，过低的c n 比对常规的生物 处理有抑制作用，此外，渗滤液中p 元素比较缺乏，与微生物生长所需的碳磷 比1 0 0 ：1 相差较大导致生物处理中出现缺磷问题。通过对垃圾渗滤液成分分 析，能显著检测到的化学物质近百种，并发现多种确定或可疑致癌物、致畸 物。垃圾渗滤液中的物质大多数具有不同程度的生物毒性，这些物质的高度 浓缩和聚集，并主要以溶解态存在，流动性和吸收性的增强致使其直接危害 或通过食物链传递危害在生态系统加强；而且，多种毒性物质之间的乘积效 应得以凸现。因此，垃圾渗滤液必须得到安全而又有效的处理，回归水系统 或土壤系统后才能削弱或消除其对生态尤其是人类的危害。表卜1 和表卜2 为渗滤液中的污染物及其浓度变化范围及各地区填埋场的水质特点哺1 ： 1 2 垃圾渗滤液处理的国内外研究现状 城市垃圾填埋场垃圾渗滤液如何能得到有效地处理，是当前环保人士十 分关注的焦点问题。当前，随着环保标准的不断提高，国内外学者对垃圾渗滤 西南科技大学硕士研究生学位论文第2 页 表卜1渗滤液中的污染物及其浓度变化范围 t a b i e 1 1t h ep o ill r t a n to fl a n d f ji ll e a c h a t ea n dc o n c e n t r a t i o ns c a i e 注：除p h 和大肠菌群值外。其他项目单位均为m g l ；t s 一总硫；t c r 一总铬；v e 卜挥发性脂肪酸。 表1 - 2各地区填埋场垃圾渗滤液的水质特点 t a bi e 卜2t h el a n d f iil c h a t ef e a t u r eo fd i f f e r e r r ta r l a n d f ii 液处理技术进行了深入研究，由于垃圾渗滤液中污染物浓度高、水质水量变 化大，其处理工艺尚待进一步的完善。当前国内外大多根据填埋场的实际情 况及其它技术、经济等因素而采取有针对性的处理工艺。主要处理工艺有生 物法、物化法、土地法以及上述方法的综合等口叫 。 生物法是渗滤液处理中最常用的一种方法，由于其运行费用相对较低， 因而被世界各国广泛采用1 钉，包括好氧处理、厌氧处理以及好氧厌氧结合 等三种类型。好氧处理包括活性污泥法、曝气氧化塘、生物滤池、生物转盘 和生物流化床等工艺，能够有效降低渗滤液中的b o d 、c o d 和氨氮，还可去 除铁、锰等金属。如美国宾州f a l lt o w n s h i p 污水处理厂n 3 1 ，其垃圾渗滤液 西南科技大学硕士研究生学位论文第3 页 进水c o d 为6 0 0 0 2 1 0 0 0m g l ，b o d 为3 0 0 0 1 3 0 0 0m g l ，氨氮为2 0 0 2 0 0 0m g l ，采用活性污泥法处理时曝气池污泥浓度( m l v s s ) 为6 0 0 0 1 2 0 0 0 m g l ，是一般活性污泥浓度的3 6 倍。在容积负荷为1 8 7k g b o d ( m 3 d ) 时，f m 为0 1 5 0 3 1k g b o d ( k g m l s s d ) ，b o d 去除率为9 7 ；在容 积负荷为o 3k g b o d ( m 3 d ) 时，f m 为0 0 3 0 0 5k g b o d ( k g m l s s d ) ， b o d 去除率为9 2 。这些数据说明，只要适当提高活性污泥的浓度，使f m 为o 0 3 0 3 1k g b o d ( k g m l s s d ) ( 不宜再高) ，活性污泥法是能够有效地 处理垃圾渗滤液的。但是，活性污泥法也存在对渗滤液水质变动冲击负荷的 适应性较低和脱氮效果较差的问题；希腊的l o u k i d o um x 等人1 研究了以 聚氨基甲酸脂颗粒( 一种回收的包装材料废弃物) 和粉末活性炭为载体的二 组流化床处理高浓度渗滤液的效果，渗滤液进水水质为：p h 为7 5 ，c o d 为 5 0 0 0 m g l ，b o d 为1 0 0 0 g 几，n h 3 一n 为1 8 0 0m g 几，b o d c o d 为0 2 。结果 表明，以聚氨基甲酸脂颗粒为载体的流化床，平均去除了6 5 的c o d ，9 0 的b o d 和7 0 的色度，在后期稳定阶段n h 。一n 的去除率则达到了9 0 以上； 而以粉末活性炭为载体的流化床，c o d 、b o d 、n h 。一n 以及色度的平均去除率为 8 1 、9 0 、8 5 和8 0 。厌氧生物处理法具有有机负荷高、能耗少、污泥 产率低、对无机营养元素含量要求较低和可提高污水可生化性等优点，非常 适合于处理有机物浓度高、磷含量低、可生化性差的垃圾渗滤液。近年来， 用于垃圾渗滤液处理的厌氧生物处理方法有n 5 17 1 ：普通厌氧消化、两相厌氧 消化、厌氧滤池、上流式厌氧污泥床和厌氧复合床等。英国的水研究中心报 道n8 1 ，用u a s b 处理c o d 大于1 0 0 0 0 m g l 的渗滤液，当容积负荷为3 6 1 9 7 k g c o d ( m 3 d ) ，平均污泥龄为1 4 3 d ，温度为3 0 时，c o d 和b o d 的 去除率分别为8 2 和8 5 ；目前开发的厌氧复合床多为u a s b 和厌氧滤池复 合而成的上流式厌氧污泥床过滤器( u a s b f ) ，复合床的上部为厌氧滤池，下部 为上流式厌氧污泥床，可以集二者的优点于一体。k e e n a np j 等u 对u a s b f 处理美国马萨诸塞州c h i c o p e e 填埋场的渗滤液作了中试研究，渗滤液进水 c o d 为8 0 0 1 0 0 0 0m g l ，b o d 为3 0 0 4 6 5 0 m g l ，当容积负荷为1 0k g c o d ( m 3 - d ) 时，总的c o d 去除率超过8 5 。李征心町采用u a s b 一好氧膜生物炭反 应器( m b a c ) 联合处理工艺处理垃圾渗滤液，在进水c o d 为5 0 0 - 3 0 0 0m g l 、 b o d 。为3 0 0 19 0 0m g l 、氨氮为1 4 6 5 7 1 0 7 1 5m g l 以及水力停留时间为 1 9 3 0h 的条件下，处理出水c o d 降为1 4 6 8 8 0m g l ，b o d 。为7 8 1 4 2 m g l ， 氨氮为5 5 6 2 0 m g l ，出水不稳定，没有达到国家排放标准，但仍然有较高 的去除率。总的来说，在生物处理过程中，受水质、水量变化的影响较大， 西南科技大学硕士研究生学位论文第4 页 出水水质不稳定，尤其对难以生化处理的垃圾渗滤液处理效果更差，而且由 于渗滤液中高浓度的n h 。一n 抑制生物作用，影响了处理效果。 与生物处理相比，物化处理不受水质水量变动的影响，出水水质比较稳 定，尤其是对b o d 。c o d 值较低( 0 0 7 0 2 0 ) 的难以生化处理的垃圾渗滤液有 较好的处理效果，现已成为渗滤液后处理工艺或前端预处理工艺中最常用的 方法之一。物化方法包括混凝沉淀、化学氧化、吸附法、膜分离和氨吹脱法 等心。混凝沉淀法可有效地去除浊度、色度和重金属离子，对c o d 也有一定 的去除效果。目前采用的混凝剂多为a 1 ：( s 0 4 ) 。、f e s 0 。、f e c l 。以及聚铁、 聚铝等晗别。邢广侠乜3 1 比较了碱式氯化铝p a c 、高聚合铝铁盐c h y 等几种常用 无机混凝剂，确定c h y 为最佳混凝剂，当p h 为8 3 左右，c h y 投加量为6 4 0 m g l ，吸光度、色度、c o d 的去除率分别达7 1 8 、9 0 6 、4 1 2 。德 国i h l e n b e r g 垃圾填埋场瞳们用两级反渗透装置处理渗滤液，处理能力3 6 m 3 h ，c o d 去除率超过9 9 2 ，重金属去除率超过9 8 ，氨氮去除率为9 9 9 。 垃圾渗滤液中含有腐殖质、芳香族化合物等多种生物方法难以降解的有机物， 而化学氧化法能氧化这些难降解的物质，提高渗滤液的可生化性。运用于垃 圾渗滤液处理的化学氧化法主要有f e n t o n 、电化学氧化、臭氧氧化法、光化 学氧化等。哈工大的王鹏妇引用f e n t o n 混凝法对渗滤液通过u a s b 生化出水进 行深度处理，在最佳实验条件下，初始p h 为6 0 ，f e n t o n 试剂的加入量分别为 2 0 0m g l 的h ：o 。和3 0 0m g lf e 2 + ，最后出水的平均c o d 可降至4 4 7m g l 。 d g e e n e n s 等比印在比利时一座1 5 k m 2 的大型填埋场进行了小试和中试规模的 臭氧试验，结果表明臭氧预处理可将生物硝化毒性降至最低，c o d b o d 。比从 1 6 降到6 。证实了臭氧能成功用于去除渗滤液中c o d 。吸附法，即利用吸附 材料的巨大表面积和不规则的网孔结构，使垃圾渗滤液中的污染物质吸附在 其表面而被去除。活性炭是垃圾渗滤液处理中最常用的吸附材料，能有效地 去除有机物和色度，但是活性炭价格较贵，而且再生困难。希腊的 d i a m a d o p o u l o s e 口 用粉末活性炭处理渗滤液原水和混凝处理出水( c o d 5 0 2 1 1 4 l m g 几) ，在p h 为7 ，吸附时间4h ，活性炭用量6g l 时，c o d 的 去除率可达7 3 。膜分离心8 。驯就是在动力( 一般是压力) 的作用下，利用特殊 的薄膜对水中的成分进行选择性的分离，其机理主要是膜的筛分作用。膜分 离包括微滤、超滤、纳滤和反渗透。微滤膜的孔径为0 0 5 1 5pm ，超滤膜 的孔径为0 0 0 5 1 0um ，反渗透膜的孔径为0 3 1 2n m ，纳滤膜的孔径在 反渗透膜与超滤膜之间。p e t e r st a 报道口，用纳滤膜处理c o d 为1 7 0 0 0 m g l ， n h 。一n 为3 3 5 0 m g l 的渗滤液，c o d 和n h 。一n 的去除率分别为9 5 8 8 和 西南科技大学硕士研究生学位论文第5 页 5 7 6 1 ，同时s o 2 。、c a 2 + 、n a + 和c l 的去除率分别为9 2 4 8 、9 3 、 5 4 0 4 和3 8 9 5 。垃圾渗滤液中高浓度的氨氮是生物处理的抑制因素，目 前多采用氨吹脱来脱氮口引。氨吹脱，先调节污水p h 至碱性，然后以曝气的 方式使游离氨从水中逸出，以降低污水中的氨氮浓度。王文斌口3 1 对吹脱法去 除垃圾渗滤液中的氨氮进行了研究，控制吹脱效率高低的关键因素是温度、 气液比和p h 值。在水温大于2 5 ，气液比控制在3 5 0 0 左右，渗滤液p h 值控制在1 0 5 左右，对于氨氮浓度高达2 0 0 0 4 0 0 0 m g l 的垃圾渗滤液，去 除率可达到9 0 以上。总的来说，单一的物化法处理成本较高，所以不适于 大水量垃圾渗滤液的处理。 土地法包括循环回灌法和土壤植物处理系统口4 3 钔。循环回灌法，实质上 就是将填埋场作为一个巨大的生物滤床，将产生的渗滤液回流至填埋区域， 利用填埋场自身形成的稳定系统，使渗滤液流经覆土层和垃圾层，发生一系 列的生物、化学和物理作用而被处理，同时通过蒸发减少渗滤液的水量。其 净化作用主要体现在两个方面：一是减量。渗滤液回灌后通过蒸发或被植被 吸收，减少了渗滤液的场外处理量；二是加速稳定化进程。回喷可增加垃圾 湿度，增强微生物活性，加快甲烷的产生速率及有机物的分解，缩短填埋垃 圾的稳定化进程。回灌法不能彻底处理渗滤液，同时表面回灌会污染空气， 但是作为一种简单经济的方法，循环回灌具有开发的潜力。希腊 d i a m a d o p o u l o s e 报道口引，循环回灌法处理c o d6 9 4 0 0m g l ，b o d5 6 5 0 0m g l ，n h 。一n1 2 6 0 m g l 的渗滤液，c o d 去除率在9 0 以上，b o d 去除率在9 8 以上。张瑞明口即等人在杭州天子岭填埋场的中试研究表明，通过循环回灌可 基本实现渗滤液产生量与蒸发量的平衡，c o d 从1 0 4 0 0 m g l 降至1 4 2m g l ， t n 从8 9 9m g l 降至1 8 m g l 。土壤植物处理系统是在人工控制的条件下， 通过土地一植物系统的物理一生物一化学的综合反应，使渗滤液得到净化。 土壤颗粒能起到截留、吸附和过滤的作用；土壤中的微生物将渗滤液中有机 物进行转化和稳定，并将有机氮转化为氨氮；土壤中种植的植被利用渗滤液 中的各种营养物生长，并通过蒸腾作用减少渗滤液量。这种方法简便经济， 缓冲容量大，适合于土地广阔的地区。土地处理包括渗滤系统、表面漫流、 湿地系统等多种处理系统，目前用于渗滤液处理的主要是人工湿地系统。斯 洛文尼亚的b u l c t 等人对人工湿地处理渗滤液作了中试研究口钔，他们采用 4 5 0 m 2 的人工潜流湿地，平均水力负荷0 0 3 m 3 ( m 2 d ) ，在迸水c o d 为 1 2 6 4 m g l ，b o d 为6 0 m g l ，n h 3 一n 为8 8m g l 条件下，取得c o d 、b o d 和n h 3 一n 的去除率分别为6 8 、4 6 和8 1 。但由于垃圾渗滤液原始浓度太高，土地 西南科技大学硕士研究生学位论文第6 页 法只能降低浓度、减少其产量，仍需后续深度处理。 国外专家用生物活性炭流化床工艺处理老龄垃圾渗滤液，利用生物吸附 和生物降解双重功能，去除渗滤液中的有害物质h 们。u a s b 和s b r 因其工艺优 势，为国外渗滤液处理研究者较早应用。近年来，国内也有成功的应用范例， 采用典型的厌氧( u a s b ) + 好氧( s b r ) 处理工艺。u a s b 工艺对高浓度有机污 水的处理效果明显，对难降解有机物的去除率相对较高；s b r 工艺对污水处 理效果相对比较稳定，抗负荷能力强。膜分离技术在垃圾渗滤液处理中的研 究应用，国内外也均有成功范例，采用超滤、纳滤、反渗透技术处理均已见 报道，其中以反渗透和超滤的应用较普遍h 。另外，近年来，国内外专家利 用微波的热效应消解垃圾渗滤液中的污染物、电凝聚法催化氧化处理垃圾渗 滤液也取得了一定成效，但由于经济性以及操作控制要求高，没有得到广泛 的推广应用1 。 垃圾渗滤液的处理方法多样，效果参差不齐；但在实际的应用中，单单 靠某一种方法来处理是难以达到处理要求的，必须采用多种方法的组合。目 前我国的垃圾渗滤液处理多采用生物方法为主、物化方法为辅的组合工艺h 扣： 如上海老港填埋场采用厌氧塘一兼性塘一曝气塘一人工湿地工艺，广州李坑渗滤 液处理厂采用厌氧塘一氧化沟一兼性塘工艺，广州大田山渗滤液处理厂采用厌 氧一气浮一好氧工艺，福州红庙岭渗滤液处理厂采用u a s b 一氧化沟一稳定塘工艺， 深圳下坪渗滤液处理厂采用氨吹脱一厌氧复合床一s b r 工艺，香港新界西渗滤 液处理厂采用氨汽提一s b r 工艺，广州新丰渗滤液处理厂采用u a s b s b r 一反渗 透工艺。因此从处理垃圾渗滤液的社会效益及经济效益来看，物化与生化的 有机结合将成为垃圾渗滤液处理的发展趋势。如目前已经应用的生物处理+ 反渗透技术取得了比较好的处理效果，广州兴丰垃圾填埋厂处理垃圾渗滤液 采用的是u a s b + s b r + 反渗透处理工艺，处理能力为5 6 5m 3 d ，工程投资约6 0 0 0 万，处理成本约1 9 元m “1 。 1 3 垃圾渗滤液处理技术上存在的主要问题 我国现有城市垃圾填埋场的渗滤液处理工艺，大多采用厌氧加好氧生物 处理方法。据了解，已建成的垃圾渗滤液处理场普遍存在运行效果差现象，有 些处理厂甚至存在运行崩溃的危险。究其原因主要是：这部分垃圾渗滤液处 理场所采用的工艺是将城市污水处理的处理工艺路线稍加改进后，应用于垃 圾渗滤液处理或直接输送到城市污水处理厂合并处理，没有认真考虑复杂多 变的垃圾渗滤液的特点h p 例：( 1 ) 渗滤液进入渗滤液处理场之前已经历了较长 西南科技大学硕士研究生学位论文第7 页 时娟的有机物厌氧发酵过程，如渗滤液处理流程的第一道： 艺中安排厥氧水 解，酸化工艺已不适日；( 2 ) 由丁渗滤液本身存在c ：np 比例不协调的特点， 渗滤液若采用一般的好戢活性污泥沾处卫l ! 工艺，在这种营养比例不协调的情 况下，污泥培养1 ；起来或者培养好的污泥性能难以维持。这样必然出现渗滤液 处理效果差的现象。 以四川成都长安垃圾渗滤液通过管道输送到城市污水处理j 合并处理出 现的问题为例： 首先，活垃圾填埋污染控制标准( c b l6 8 8 91 9 9 7 ) 巾规定了垃圾渗 滤液小排放途径的排放限值，长安垃圾处理场垃圾港滤被未经严格的颓处 理直接排入污水处理j 不符台国家有关部门舰定。 其次，玑在的长安垃圾渗滤液经常出现的管道低洼处结品堵塞现象，既 增加r 输送动力消耗，义增加了必须的疏通、检修】作节。此外，还存和疏 通榆修过程中的污染扩敞町能。垃圾渗滤液在输送过程中，污染物k 成c a c 0 。结 品，使输送管道多次堵雍，最彩一次冲出l o 吨。堵鏖存管道的最低点形成，土青堪物 含c u c o 。9 7 ，钙结品体的实物照片弛图卜l ： 图卜1管道堵塞物的实物照片 f lg1 1t n er e a ip h o t o 耵a d no fp i p e o c k 0 卜 m 其三，来经处理的生活垃圾渗滤液排入城市一级污水处理厂，稀释比例 有一定的m 制，业内专家提供的经验数抛是；否则会逐渐影响污水处理 f 化系统的功能，按】j n 0m 3 d 生活垃城渗滤液进入n 处理生活污水3 0 几 吨的第二污水处理计算，稀释率达到j ，为经验数抛的上限，存在一定 的风险。四川中科成环保集日1 以t o t 方式运荷的湖南省长沙市第污水处理 厂( 1 8 万吨同) ，由于未经处理的生活垃圾渗滤液进入该厂，4 个月后馥厂 西南科技大学硕士研究生学位论文第8 页 运行状态逐渐发生变化：污泥量和氨氮明显增加。 其四，进入污水处理厂的垃圾渗滤液中的污染物质是否得到真实去除难 以判断。由于污水处理厂是生化法处理，微生物通过适应和竞争，形成了对 城市生活污水有良好选择性的微生物生物群落和系统，它们是否能对与生活 污水成分显著不同的垃圾渗滤液组分降解值得研究。如果没得到有效去除， 仅仅起到稀释作用，污染物质从总量来看，对环境的危害仍然存在。 出现这些症状的主要原因就是没有充分考虑到渗滤液的复杂多变性。 渗滤液处理中主要存在二大问题亟待解决：渗滤液高浓度氨氮的问题和 老龄渗滤液可生化性差的问题，要解决这二大问题，归根结底就是通过前期 预处理，降低b o d 、c o d 、n h 。一n 的含量，提高其后续可生化性。垃圾渗滤液 中高浓度的氨氮，将抑制微生物的活性，开发经济高效的脱氨氮方法，能大 大提高后续生物处理的效率。选择渗滤液处理工艺时，应根据渗滤液的特性 以及各地的实际情况，因地制宜地选用处理方法，并通过试验取得优化的工 艺参数，用于指导实践。 1 4 课题的研究目的和主要内容 垃圾渗滤液的危害性已经成为世界共识，如何尽可能地控制垃圾渗滤液 产生量、控制其流动性、削减其污染物质、降低污染毒性，使人群健康不受 危害是当前处理垃圾渗滤液的主要目的。但是，由于垃圾渗滤液浓度高，非常 复杂，如何有效地处理是公认的世界难题，尤其是在对垃圾渗滤液的前端预处 理上，各国专家们已经尝试了很多的单元技术或复合处理技术以初步降低污 染物负荷，保障后续生物法深度处理正常运行，以确保最后出水水质达到设计 要求，但能同时满足技术上和经济上可行性的不多，尤其是各国发展水平的不 一致，处理成本过高的某些技术很难得到普遍的认同和实施。本课题旨在探 寻一种廉价、处理效果较好的物化法预处理方式，以便给同行今后在此方面 开展深入研究时提供一些基本参考。 本课题针对许多渗滤液处理工程中预处理力度不够，导致后续处理负荷 大，影响了处理效果这一实际情况，并且从技术可行和经济合理两方面出发， 在已经做了的前期研究基础上，确定了利用非金属矿吸附、阳离子交换且易 再生利用的性能、同时加入f e n t o n 试剂( 辅以紫外灯照射，加速0 h 自由羟 基的释放) ，通过h ：0 。+ f e 2 + 的f e n t o n 化学反应释放出氧化能力很强的o h 自 由羟基氧化分解污染物严，生成的f e 3 + 与水产生水解一聚合反应，在其水解 过程中部分有机污染物通过吸附和混凝作用得到进一步去除为一体的预处理 西南科技大学硕士研究生学位论文第9 页 工艺路线，根据研究进度分三条路线展开： ( 1 ) ( 3 ) 厂 l 曝气l 1 _ j 非金属矿价格低廉，所具有的吸附、絮凝沉淀、离子交换性能，较大程度 西南科技大学硕士研究生学位论文第l o 页 地削减了垃圾渗滤液中c o d 、b o d 、s s 、氨氮、色度、以及重金属离子等物质， 改善其可生化性，而由h z o 。形成的o h 自由羟基的强氧化能力进一步促进了污 染物的分解，产生的f e 3 + 本身也是优良的混凝剂，在水体中参与各种络合物 絮凝作用，除去水中有机和无机的污染物而改良水质，这些都为后续的深度 处理创造了良好的条件，因此本课题的主要创新点集中在第三条联合预处理 路线上，从理论上来看，改性膨润土和光助f e n t o n 试剂的结合应该极大增强 去除效率，需通过试验进一步证实理论预测。课题关键点是要通过试验找到 既利于改性膨润土、也利于光助f e n t o n 试剂协同发挥出最大去除污染物能力 的应用参数。 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 1 页 2 非金属矿研究现状及在水污染治理中的应用 我国是个矿产资源较丰富的国家，一些非金属矿物特别是粘土矿物材料 有较好的吸附性和离子交换性能，价廉易得，且大多可进行回收再利用，在 污水处理中有着广泛的应用前景h 8 。5 0 1 ，合理将非金属矿物应用结合于水污染 治理中，是当前一段时间研究的热点。 2 1硅藻土研究及应用现状 硅藻土是由古代单细胞硅藻遗体所形成的硅质沉积岩，具有较强的吸附 性能和化学稳定性，比表面积大，价格低廉，已经被成功应用于一些城市污水 处理中。硅藻土矿在全国有广泛的分布，以工业开采的角度，最具开采价值 的主要有三个地区：吉林长白马鞍山、滇西的腾冲大理及四川攀西地区、浙 江嵊州。其中吉林长白的品位最好，是小环藻，但须掘进开采；浙江嵊州的属 脆杆型藻，比表面积低更适宜作填料；腾冲硅藻土品位参差、储量小而分散， 品位较好的已开采完；大理及四川攀西地区属小环藻型，露天易开采而品位 仅为2 0 3 0 。小环藻型的硅藻土由于其比表面积大而吸附性强，粒径小 而均匀完整，不易破碎，因而具有广泛的应用价值，水处理中可用作复合絮 凝剂。 。 硅藻土之所以能去除污水中污染物，主要原因是因为其吸附能力极强， 硅藻土本身所带的负电性能够充分和带正电荷的污染物形成电中和。此外， 改性硅藻精土在加工过程使其表面形成不平衡电位畸，当改性硅藻精土被微 量加入污水样中后，在高速搅拌下，瞬间散于水体之中，硅藻表面的不平衡 电位能中和悬浮离子的带电性，使胶体颗粒的胶团结构的毛电位减小或为 零，从而达到胶体颗粒脱离作用的目的，促使水中的污染物快速絮凝、沉淀， 经过电价中和与沉淀作用后，凝集成较大的矾花，借重力沉淀至底部。这样， 硅藻利用其较大的比表面积及较强的吸附力，把细微和超细微物质吸附到硅 藻表面，形成链式结构，使硅藻吸附时电位中和，污染物质和细菌，瞬间下 沉与水体分离嵋羽。其在高倍电镜下的形态结构如图2 1 ： 目前，硅藻土处理污水已经成功地应用于许多实际工程中，如江苏省常熟 市1 0 0 0 0 m 3 d 印染废水处理工程，攀枝花学院2 0 0 0m 3 d 生活污水处理工程等 均已取得较好效果，而比较成功的垃圾渗滤液处理流程为阳3 1 ：垃圾渗滤液由污 水泵送入过滤池时，同时吸入硅藻复合精土，经射流嘴喷射，使渗滤液与硅 藻精土充分混合。渗滤液由内筒上升顶部，再经内筒和外简之间落下，在中 筒底部再上升至外锥筒的项部。在外锥筒和中筒之间，下部是污泥层，中部 西南科技大学硕士研究生学位论文第12 页 图21硅藻土存高倍电镜下的形态结构 f lg2 1h n n e y c o 而s t r u c t u fd ia t l t es k e i e t o nd l f f e r e n ts h a o e s 有栗性过滤层，此层的引渫i ：进行回收弭利用，顶部是出水堰，经过吸附、 沉淀和过滤后的出水由上部出水堰流到后续处理构筑物中。流程图如图2 2 ： 垃城渗滤液经硅藻土预处理后，土要污染物得到了初步的去除，降低了 后续处理负担，但还远远未达到排放标准，尤其对氨氮( n h ，n ) 的去除应作 为后续处理的亟点。后续处理可聚片j 膜生物反应器( m n r ) ，对r 垃圾渗滤液 的后续处理可使用膜生物反应器( 川m ) ，在实际工程应用r p 通常是一种特别 有效的方法，它町以将水及生物降解的物质分离出去，而将微生物留住污水 处理池中，- 以保持微牛物的含量处于一个最佳的浓度，反应速度最快。即 使污水中b 。d 、c 0 d 的含量高达10 0 。0 m g 几，也可以达到根好的处理效果罔 此特别适合处理垃圾渗滤被这样高浓度难降解的有机废水，且出水可达到叫 刷水的标准。使用膜l 物反应器进行垃圾渗滤液处理可以大犬减少所需要的 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 3 页 硅藻精土处理池 图2 - 2硅藻精土污水处理流程图 f i g 2 。2 t h ec h a r to fs e w a g et r e a t 巾e n tb yu s i n gf i n ed i a t o n i t e 空间，也可以减少处理费用。图2 3 为膜生物反应器的工作原理图： 船r 工艺采用缺氧和好氧组合形式。渗滤液先进入缺氧区，在此将大分子量长 链有机物分解为易生化的小分子有机物，然后污水进入好氧区进行有机物生物降解， 同时进行生物硝化反应，并通过回流到缺氧区进行反硝化，完成脱氨功能，缺氧区 中置有潜水推进器，起到混合的作用。这样，经硅藻土预处理后再经膜生物反应器 ( 肥r ) 处理后，出水将达到排放标准，因此，值得在渗滤液处理工程中应用。 2 2 膨润土研究及应用现状 膨润土是以硅铝酸盐为主的矿物，具有很大的比表面积和较强的化学稳 定性，分布广，价廉且可回收再利用。硅铝结构本身带负电荷，它的表面电 荷主要来自s i - o s i 四面体，a 卜o a l 或a 卜o h 八面体在水介质中发生断键 作用，结构示意图如图2 4 哺钔。因此，膨润土有很好的阳离子交换能力和很 强的吸附能力，可应用于污水处理中，但天然膨润土中由于表面硅氧结构具 有极强的亲水性和层间大量可交换性阳离子的水解，使其表面通常存在一层 薄的水膜，而不能有效地吸附疏水性有机污染物，限制了在水处理领域的处理 效率哺5 1 ，通常对其改性后就用于污水处理中。 进水 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 4 页 进空气 滤出水 回流污泥 图2 3膜生物反应器工作原理 f i g 2 3 t h ep ri n c i p l eo fm d i b r a n eb i o r e a c t o r 图2 _ 4 膨润土结构示意图 f i g 2 _ 4 t h ec h a r to fb e n t i t es t r t u r e 西南科技大学硕士研究生学位论文第15 页 膨润土之所以能去除污水中污染物，主要原因是因为其吸附能力极强， 主要体现在交换吸附和物理吸附嘲咱引。吸附质离子由于静电引力作用聚集到 膨润土表面上，同时膨润土释放等当量层间可交换性阳离子，完成吸附过程， 吸附结合力为离子键。对有机离子吸附质，大分子比小分子更易被吸附，因为 有机大离子与蒙脱石作用时不仅阳离子交换起作用，范德华力也起相当大作 用，离子越大，范德华力越大，被吸附也越多：由于废水中的吸附质与膨润土 吸附剂间的分子引力作用，废水中待处理污染物被吸附。物理吸附在低温下就 能进行，但由于吸附质与吸附剂作用力主要是范德华力，所以吸附选择性不 强。一般实际的废水吸附处理中往往是两种吸附机理综合作用。对于焙烧膨 润土，是通过高温除去膨润土的表面水、层间吸附水及孔隙中的一些杂质， 增大其比表面，从而使膨润土的吸附能力得到增强；对于加入无机盐改性膨润 土，其目的是主要通过加入钠盐或铝盐改性，经过改性后的膨润土电位绝 对值减小，这主要是投加的阳离子吸附在带负电的膨润土表面，压缩其双 电层，从而使其电位降低，这样使其在吸附废水时，污染物容易接近其表 面，从而达到吸附目的哺引。 目前，改性膨润土应用于污水处理工程中的实例不太多，仅仅停留在各种 实验模拟阶段，但从多项实验结果来看，膨润土作为一种价廉易得且可再生的 吸附剂在处理污水中具有较好的应用前景，尤其对像垃圾渗滤这样浊度、色 度、浓度大的废水进行预处理时，极大的去浊脱色，削减了污染物浓度，减 轻了污染负荷。王连军等侧发现高温焙烧活化膨润土对染化废水的色度有良 好的去除能力，当投加o 1 的改性土，脱色率达9 5 以c o d 去除率可达7 4 以上；周珊等哺们采用酸活化膨润土处理酸性蓝印染废水，色度去除率可达9 6 ，c o d 去除率达6 3 。此外，改性膨润土对重金属离子也有较好的去除效果。 孙胜龙等1 ，研究了钠、铝改造型膨润土对溶液中c r ( ) 吸附及其机理，在 p h = 6 时，可去除溶液中9 5 的c r ( ) ；夏畅斌等哺2 1 研究了焙烧活化膨润土 对z n ( i i ) 、c d ( i i ) 等离子的吸附作用，z n 2 + 的饱和吸附量可达4 4 6 m g g ，而对 c d 2 + 的饱和吸附量高达1 6 5 8 m g g 。因此看出，膨润土应用于实际污水处理工 程必然会在不久得到广泛推广。 2 3 坡缕石( ( 凹凸棒石) 、蛭石等非金属矿研究及应用现状 坡缕石( 凹凸棒石) 、蛭石和海泡石等由于有较大的比表面积及一定的阳 离子交换容量，因而有良好的吸附性能，并具有选择性，对极性分子，主要 是水和氨具有很强的吸附能力，对醇、酸、醛、酮及正烯等有机分子也具有 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 6 页 一定的吸附能力哺3 1 。将坡缕石改性后可用于处理印染废水，0 5 的添加量即 可使处理后的印染废水，达到回收利用的标准。陈天虎 用不同方法改性的 凹凸棒石粘土和天然原土对染料、酚及印染废水的吸附进行了初步的对比实 验研究，结果发现各种方法改性的凹凸棒石粘土对染料和酚类物质的吸附去 除率与原土相比都有较大程度的提高，比原土提高约2 0 5 0 。坡缕石吸 附剂使用后，可利用焙烧的办法实现再生，再生后的坡缕石吸附剂，其吸附 能力基本保持不变。此外，坡缕石还可用于处理含重金属的工业废水。王红 艳拍钔将凹凸棒石粘土用硝酸进行改性处理，然后用于对含铜废水中铜离子的 吸附，研究了硝酸浓度、改性凹凸棒石粘土用量、吸附时间、p h 值等因素对 吸附性能的影响。结果表明：经4 m o l lh n o 。改性处理后的凹凸棒石粘土吸附 能力最好，凹凸棒石粘土加入量为3 e g l ，水样p h 值为4 ，超声搅拌2 0 m i n ，废 水中c u 2 + 的吸附率接近9 9 ，同时吸附剂的再生实验表明，复用时吸附量下降 平缓，可以重复使用。 蛭石有良好的阳离子交换性和吸附性，还可以用作工业废水、废液的离 子交换剂和吸附剂，放射性元素和重金属元素的吸收剂和固定剂，大面积油 污的处理剂等。蛭石还对某些放射性元素有吸附能力，对c 。有固定作用，可 作为核废料的处理剂。近年来，国外开展了利用蛭石来处理含重金属废水的 研究。俄罗斯科学家研究了蛭石和膨胀蛭石对n i2 +