（环境工程专业论文）磁场协同交变脉冲电解法处理垃圾渗滤液的研究.pdf

亟堡黧墨丕堂蟹点堂丝丝塞 摘要 垃圾渗滤滚是一秘藏分舅常复杂熬蹇浓凌蠢掇褒零，暴露缀衰蕊枣 性，糟不加处理而直接排放，会造成生态环境的严重污染。 焱当今麴垃圾渗滤波处理鞭技寒中，毫絮凝法因莛操终麓褒、不造 成二次污染、能在对有机物产生化学降解作用的同时，将垃圾渗滤波中 大量露在懿窍掇帮无援；镌絮凝淀淀出寒等爨患嚣逐濒受爨| 重援。熬瑟， 该法蒋遍遇到了可溶性金属电极迅速产生极化和钝化现象丽鼯致电耗邈 大的豳难，馊其难以实现大规模工业他应用。 针对如上困难，本文研究了一种新的垃圾渗滤液电化学处理方法， 自制了磁一电水处理反应装嚣，采用低电压、低频率交变脉冲电源，铰 彻底地克服了可溶性电极的极化和钝化问题，并且采用磁场产生的特殊 “磁搅拌”作用增强导电离予的选择性运动，从而更避一步撬商了电解 效率。 本文主要搽索和研究如上设备与方法用于垃圾渗滤液处理的可行性 及规棒，寻求该新方法处理圭立圾渗滤液的最健条件，从而为该新方法、 新设铸处理垃圾渗滤液的实际正业应用奠定理论与实践基础。 蜜验中采阁铝嚷极和铁电稷分剐讲究了武汉市二妃由垃圾填淫厂的 新鲜j 斑圾渗滤液和流芳垃圾填埋厂的港龄化垃圾渗滤液的降解规律，在 现有蜜验条僻下褥蹬酌最德工艺参数为：瓣辩最大琢猝电流密度 5 0 0 a m 2 ，脉冲电流周期3 s ，磁场强度0 0 8 0 t ，反应时间9 0 m i n 。处燃流 璧楚5 3 3 1 0 q m 堍，在该最往参数下，娃瑗结栗楚；老龄识垃毂渗滤 液c o d 去除率6 7 8 5 ，氨氮去除率8 5 6 4 ；新鲜士崴圾渗滤液c o d 去 除率5 6 8 7 ，舞氮去狳率8 9 。6 5 。磁场强露恕缓降勰效果毙攀一毫场终 解效果好。对于老龄化的垃圾渗滤液而吉，磁场作用使c o d 和氨氮降解 率分裁提裹1 4 2 强弱7 4 1 。 本文综合结论是：磁场一交变脉冲电化学场协同处理的方法，对垃 圾渗滤滚c o d 秘氨氮熬降瓣郄具赛坡好效果，毒终麓生鐾处理静蛰态方 法，黩有广泛的应用前景。 关键词：交交踩冷邀蜒，磁场，蛙圾渗滤滚，镪溺处理 亟堡建王盔堂黧圭堂焦鹭熹 a b s t r a c t l a n d f i l ll e a c h a t ei sak i n do fo r g a n i cw a s t ew a t e rw h i c hc o m p o n e n ti s v e r y c o m p l e x w i t hs u p e rt o x i c i t yl a n d f i l ll e a c h a t ew i l lc a u s eh i g hp o l l u t i o no f w a t e ra n ds o i l a n d d e s t r o y t h ee n v i r o n m e n tu n l e s si ti sd i s p o s e d i nt h en e wt e c h n i q u e sf o r t h el a n d f i l ll e a c h a t e d i s p o s a l ，e l e c t r o c h e m i s t r y i s r e c o g n i z e df o ri t ss i m p l eo p e r a t i o na n dn os e c o n d a r yp o l l u t i o n a n de l e t r o - f l o c c u l a t e c a n d e p o s i tag r e a td e a lo fo r g a n i cc o m p o n e n ta n dm i n e r a lw h e nd e g r a d i n gt h eo r g a n i c c o m p o n e n t h o w e v e r , i nt h ep a s ti n v e s t i g a t i o na n de x p l o r a t i o n ，w ea l w a y sm e e tt h e d i f f i c u l t ) , t h a te l e c t r i c i t yc o s t t o om u c h ，w h i c hc a u s e db yt h er a p i dp o l a r i z a t i o na n d p a s s i v a t i o n o ft h ed i s s o l u b i l i t ym e t a lp o l e s ot h em e t h o dc o u l dn o tb e a p p l i e di n c o s m i c a l l yi n d u s t r y , i na l l u s i o nt ot h e d i f f i c u l t i e s ，t h i s p a p e rb r i n g s f o r w a r dab r a n dn e w e l e c t r o c h e m i s t r ym e t h o df o rl a n d f i l ll e a c h a t e ，m a k e sam a g n e t i s m - e l e c t r or e a c t i o n e q u i p m e n t ，a d o p t s l o wp r e s s u r e ，l o w f r e q u e n c y ，p e r i o d i cp u l s ee l e c t r o l y s e ，a l m o s t c o n q u e 搭t h e p o l a r i z a t i o n a n d p a s s i v a t i o n o f t h e d i s s o l u b i l i t y m e t a lp o l e 。a n d t h e m e t h o d b o o s t su pt h es e l e c t i v em o v e m e n to ft h ee l e c t r i ci o nb yt h e “m a g n e t i cc h u r n u p ”c a u s e d b ym a g n e t i cf i e l d ，t h e ni m p r o v e st h ee l e c t r o l y s ee f f i c i e n c y t h em o s tt a r g e to ft h ep a p e ri st oe x p l o r ea n ds t u d yt h ep o s s i b i l i t ya n dr u l et h a t e s t a b l i s h e db ym a g n e t i c f i e l dl o wp r e s s u r e ，l o wf r e q u e n c y , p e r i o d i cp u l s ee l e c t r o l y s e 。 t h e ni n t e g r a t i n gw i t ht h em a g n e t i cf i e l d ，t h e p a p e rs t u d i e st h es t r e n g t h e ne f f e c to f l a n d f i l ll e a c h a t et h a tc a u s e db ym a g n e t i cf i e l d ，e x p l o r e st h ec h a n g er u l eo f d e g r a d e ， l o o k sa f t e rt h eb e s tc o n d i t i o nd e a l i n gw i t hl a n d f i l ll e a c h a t e ，a n ds e r i e st h et h e o r ya n d p r a c t i s eb a s i co f t h en e wm e t h o da n de q u i p m e n t ，t h ee x p e r i m e n ts t u d i e st h ed e g r a d e r u l eo ff r e s hl a n d f i l ll e a e h a t ei ne r f e im o u n t a i ng a r b a g ep l a n ti nw u h a na n dt h ea g e d l a n d f i l ll e a c h a t ei nl i u f a n gg a r b a g ep l a n t ，w h e nt h ep o l ei sa l u m i n i u ma n di r o n w o r k ， t h er e s u l ti n d i c a t e st h a t ：i nt h es a m er e s p o n s ec o n d i t i o n ，t h ec o dr e m o v er a t eo f a g e d l a n d f i l ll e a c h a t ei s 1 0 9 8 h i g h e rt h a nf r e s hl a n d f i l ll e a e h a t e ，t h er e m o v er a t e o f a m m o u i aa n da z o t ei s4 , 0 1 l o w e rt h a nf r e s hl d 霸l ll e a c h a t e 、t h ed e g r a d ee f f e c to f m a g n e t i c f i e l dc o o p e r a t ew i t he l e c t r i cf i e l d i sb e t t e rt h a nt h es i n g l ee l e c t r i cf i e l d ，t h e r e m o v er a t eo fc o da n da m m o n i aa n da z o t ei m p r o v e1 4 2 a n d7 4 1 t h eb e s t l i 武汉理工大学硕士学位论文 c o m b i n e dc o n d i t i o no fm a g n e t i cf i e l da n de l e c t r i cf i e l ds h o wt h a tw h e nt h em a x i m a l i n s t a n t a n e o u sd e n s i t yi s5 0 0 a m ，c y c l ef o rc h a n g et h ep o l ei s3s e c o n d s ，t h ei n t e n s i t yo f m a g n e t i cf i e l di s0 0 8 0 t t h er e s p o n s et i m ei s9 0m i n u t e s ，t h ec o d r e m o v er a t eo f a g e d l a n d f i l ll e a c h a t ei s6 7 8 5 ，a n dt h er e m o v er a t eo fa m m o n i a - ni s8 5 ，6 4 ：t h ec o d r e m o v er a t eo ff r e s hl a n d f i l ll e a c h a t ei s5 6 8 7 ，a n dt h er e m o v er a t eo fa m m o n i a - ni s 8 9 6 5 s ot h ei n t e g r a t ec o n c l u s i o no ft h ep a p e ri st h a tm a g n e t i cf i e l dc o o p e r a t e dw i t h t h ep e r i o d i c p u l s ee l e c t r o l y s es h o w s9 0 0 de f f e c ti nt h ea s p e c to fr e m o v ec o dm a d a m m o n i a - n ，a n di tc a l lb ea b r o a da p p l i e d t h es u p p l ym e t h o df o rb i o l o g ym a n a g e k e yw o r d s ：p e r i o d i cp u l s ee l e c t r o l y s e ，m a g n e t i cf i e l d ，l a n d f i l ll e a c h a t e ， c o o p e r a t i v ee f f e c t i i i y 6 8 8 4 17 此页若属实，请申请人及导师签名。 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进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，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 包含为获得武汉理工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。 研究生签名：缝日期 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定， 即t 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生签名：继导师签名： 注；请将此声明装订在论文的目录烽 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章引言 1 1 城市垃圾渗滤液的来源和危害 随着城市化规模的扩大，城市人i ；3 不断增多，城市垃圾也随之增多， 垃圾是伴随着人类的生产、生活而产生的。各国人民世世代代都在用不 同的方式、方法处理他们的废弃物。为了消除垃圾对环境的恶劣影响， 常采用焚烧、堆肥、填埋和综合利用等方法对垃圾进行处理。垃圾填埋 因具有技术成熟、处理费用低、管理和运输方便等优点而被广泛使用【1 1 。 目前我国城市垃圾主要的处理方式是卫生填埋，而填埋场需要解决的一 个追切问题即是垃圾渗滤液的处置。城市垃圾渗滤液成分复杂，含有多 种污染物质，是一种高浓度的有机废水，如不加以处理，则将对环境造 成严重的污染1 2 】。另外，由于垃圾渗滤液中各种污染物质的浓度变化大， 给处理工艺的选择带来困难，是一种处理难度较大的废水。 垃圾渗滤液是经过一系列复杂的生物、化学及物理过程产生的，主 要来自降水、垃圾分解产生的水、垃圾自身含水、浸入的地下水等。垃 圾渗滤液的产生量和性质受诸多因素影响，其中包括：填埋场的气候条 件、水文地质条件、垃圾的特性及其含水量、填埋工艺等。对于同一填 埋场，其渗滤液的性质随着填埋场的场龄而变化。这种性质的变化反映 了垃圾在填埋场内的5 个阶段：调整期、过渡期、酸形成期、甲烷形成 期、最后成熟期。在这些过程中存在两种主要作用，一是固体垃圾中有 机物分解，形成可溶或挥发性产物，进入渗滤液或大气；另一作用是稳 定的腐殖质的合成，这些腐殖质一部分留在垃圾中，一部分进入渗滤液。 这两个作用的综合结果是使渗滤液中浓度有机物增高，主要含有以下3 类： ( 1 ) 低分子量的脂肪酸； ( 2 ) 腐殖质类和高分子量的碳水化合物； ( 3 ) 中等分子量的灰黄酸类物质，约9 0 的可溶性有机酸是短链的【3 j 。 武汉理工大学硕士学位论文 垃圾填埋场渗滤液渗入地下，对地下水和其它公共水域造成严重的 污染。且随着填埋场的增大，其中大量易腐物在经过多年厌氧分解之后， 产生高污染性渗滤液的能力增大，在水底沉积物中，填埋前后，c r 、c u 、 c d 、z n 、p b 、c o 、h g 等元素浓度均存在不同程度的增力h t 4 1 。 渗滤液处理方法中，将渗滤液与城市污水合并处理是最简便的方法。 但是填埋场通常远离城镇，因此其渗滤液与城市污水合并处理有一定的 困难，往往不得不自己单独处理。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。渗滤液是液体在填埋场重 力流动的产物，因受物理、化学以及生物等诸多因素影响，其性质在一 个相当大的范围内变动。一般来说，其p h 值介于4 9 之间，c o d 和 b o d 5 分别在2 0 0 0 9 0 0 0 0 m l 和6 0 4 5 0 0 0 m e d l 的范围内变化，重金 属浓度和市政污水中重金属的浓度基本一致。以保护环境为目的，对渗 滤液进行处理是必不可少的【”。因此，积极开展垃圾渗滤液处理新技术、 新设备的开发研究，对于减少污染、改善环境、提高人们生活质量，具 有重要的现实意义。 当前采用的城市垃圾填埋、焚化、堆肥等处理方法都存在着不同程 度的对水、土和大气的污染。研究表明，城市垃圾填埋场排放的甲烷气 体约占全球甲烷气体总排放量的7 ，美国环保局1 9 8 8 年公布了在垃圾 填埋场中检测到的2 0 余种非甲烷类有毒有害挥发性有机化合物，如苯、 二甲苯、含卤素化合物等，部分具有致癌作用，其浓度达1 0 一6 级。目 前全球性的清洁大气计划使得各国越来越重视有害气体的排放。因此， 国外一些发达国家已开始通过对垃圾填埋场气体的收集、分析作为制定 相应的环保条例或探索城市垃圾处理方法的依据，国内尚未开展此方丽 的研究工作p i 。 为了防止垃圾渗滤液污染水体，中国在1 9 8 9 年颁布了城市生活垃 圾卫生填埋技术标准，但是对垃圾渗滤液的处理无具体规定；同时因为 垃圾渗滤液水质变化范围极大，各种污染物浓度高，因此垃圾渗滤液的 处理一直是一个世界性难题【_ ”。虽然各国开展研究的时间已较长，但迄 今尚无比较切实有效的处理方法。近年来，人们对环境质量的要求越来 越高，而垃圾渗滤液的污染却越来越严重，长此以往，土壤与地下水的 武浸理羔大学鹾士学位逢文 质量势必受到缀大影响。 1 2 渗滤液的特点 1 2 1 水质笺杂 不同地区的填埋场缄同一填埋场不同时段的渗滤波水质均榭很大变 化。垃圾渗滤波是一秘麓浓度韵寿极废窳，豫蠢规污染物羚，述食鸯黧 众属和檄物营养索( 如氨缀等) 。如工业固体废物进入城市垃圾填埋场，携 媸的有毒、有害物质难以预料，水质会受擞复黎。垃圾壤埋壤渗滤渡瓣 为其水熬、水质波动较大，处理较复杂。影响其产生量的因素象要有降 水量、域埋工艺、壤埋每眼、垃圾特性、渗滤波收集方鼗、填蠼场底郝 状况等，其中降水量是荚键因繁。降水墩随时间、季节变化，导致渗滤 波水量办有较大幅度的变化。影响渗滤波性质的因素包括垃圾的成分、 颗粒粒襁、压实程度、现场的水文气象条件以及填埋年限。 2 。2c o d 鞫b o d 浓度高 垃圾渗滤波馥毒壤污染甥浓疫矮卷，磐c o d 最裹胃迭到9 0 0 0 0 m g l ， b o d 最高可达到3 8 0 0 0 m g l 。 1 2 3 金属离子含爨高 垃圾渗滤液中含有多种金满离子，熟中铁的浓度可选2 0 5 0 m g l ，锻 的浓度霹迭1 2 。3 m 班，锌鹣浓发霹达1 3 啦。还可g 急禽畜汞、铬、锈、 铅等多种有毒、有害的煎金属离子。虽然在严格控制工业固体废物进入 鹣垃圾壤淫玛中，一般爨金震燕子熬浓发不裹，毽骞蒸诗效应，酝鞋瞧 应予以熙够重视。 武汉理王太学预0 ：学证论文 1 2 4 氨氯含量嵩 垃圾渗滤波中氨氮浓度很高，占总氮9 0 以上，且氨氮浓度在一定 时麓滚嚣孪蠲韵延长会霄新升高，主要楚因为有机氮转化为氨氮造成鹩。 在中晚期填埋场中，氨氮浓度离是垃圾渗滤滚的重要特征之一，也是露 致处理难度增大的一个蘑要原阂。由于目前多采用厌氟填埋技术，因而 渗滤波中载氨缀浓度褒壤埋场进入产警烷除段嚣不酝上舞，这弱裹蜂壤 后延续很长的时间直至最后封场，甚颦当垃圾填埋场稳定后仍可达到相 当裹戆浓疫。 1 。2 5 微生物营养元素比例失调 一般来说，对于生物处理，垃圾渗滤液中的磷元紫总是缺乏鲍，例 如在北燕几个域圾填域场，垃圾渗滤液中的b o d t p ( 生化需氧量总磷) 都大予3 0 0 。_ 踺：基与微艇臻生妖腰嚣要豹碳磷l l ( i o o ：1 ) 稳差甚运。在不 同场龄的垃圾渗滤液中，碳氮比有较大的差异，也会出现比例失调情况。 综主分撰w 菝看瘗，竣毂渗滤滚崮予金满离子古纛嵩、氨氮含量离 和微生物营养元素比例失调，极不利于微生物的生存和繁殪，因此给传 统豹生物阵解法造成了困难 8 1 。 l 。3 姣圾渗滤液处理的方法及各种方法的优缺点 浚瑗渗滤液簏处爨技术主黉有生物娃瑗、物亿楚邀、遥巯理技术。 。3 。 生物处理技术 1 , 3 1 1 好氧生物处理 好氧法是常用的废水生物处理方法之，有活性污泥法、缴物滤汛、 4 生物转盘等各种工艺。这些方法可有效地降低b o d 、c o d 和n h ，- n ， 还可去除一些如铁、锰等金属。活性污泥法因其费用低、效率高而得到 了最广泛的应用。据王宗平1 9 】等人研究，活性污泥法能去除渗滤液中9 9 的b o d 5 及8 0 以上的有机碳。低氧一好氧活性污泥法及s b r ( 间歇式活 性污泥法) 等改进型活性污泥法因其具有维持较高运转负荷且耗时短等 特点，比常规活性污泥法更有效。如徐迪民【lo 】等用低氧好氧活性污泥法 处理进水c o d 为6 4 6 6 m g l 、b o d 5 为3 5 0 2 m g l 、s s 为2 3 9 6 m g l 和p h 为5 6 5 的渗滤液，出水c o d 、b o d 5 、s s 分别降至2 2 6 7 、1 3 3 和 2 7 8 m g l ，p h 为6 5 7 5 。与活性污泥法相比，生物膜法具有对废水水 质、水量的变化有较强适应性，生态系统较稳定，生物种类较多的优点。 j p h e n d e r s o n i l l 等用生物转盘( i 国c ) 和序批式反应器( s b r ) 处理垃圾渗滤 液以去除n h 3 - n ，在负荷为4 5 9 ( m 3 d ) ，h r t 为o 3 d ，t = 1 8 c 时，渗滤 液经r b c 处理可全部去除n h 3 - n ；当负荷为4 0 0 9 ( m 3 d ) ，h r t 为o 7 d ， t = 2 0 时，渗滤液经s b r 处理后可将n h 3 - n 全部去除。 1 3 1 2 厌氧生物处理 厌氧生物处理方法适宜处理高浓度有机废水，该方法动力消耗低， 污泥量少，近年来被广泛应用。厌氧生物处理方法有厌氧生物滤池、厌 氧接触法、上流式厌氧污泥床( u a s b ) 及分段厌氧消化等。英国水研究中 心报道了用u a s b 处理c o d 大于1 0 0 0 0 m g l 的渗滤液，当c o d 负荷为 3 6 1 9 7 k g ( m 3 - d ) ，平均污泥泥龄为1 o 4 3 d ，t = 3 0 时，c o d 和b o d 5 去除率分别为8 2 和8 5 t “j 。 1 3 1 3 厌氧一好氧组合处理 由于垃圾渗滤液是有毒有害的高浓度有机废水，单独采用好氧处理 或厌氧处理往往难以达到要求。在现行的渗滤液处理工艺中，大多采用 厌氧好氧组合处理系统。实践证明，采用该工艺既经济合理，处理效率 又较高，不仅可以较有效地去除c o d 和b o d 5 ，还可较好地去除n 、p 等。邹莲花 1 3 】等采用厌氧一吹脱一缺氧一好氧一混凝沉淀工艺处理深圳 武汉理工大学硕士学位论文 市玉龙坑生活垃圾填埋场渗滤液，当进水c o d 为2 5 0 0 0 m g l 、b o d s 为 1 5 0 0 0 m g l 、n h 3 - n 为1 0 0 0 m g l 时，出水各项指标均低于排放标准。 l b o r z a c c o n i 0 4 1 等采用u a s b + r b c 组合工艺处理高浓度垃圾渗滤液，进 水c o d 为1 8 5 0 0 m g l 、b o d 5 为1 0 5 0 0 m g l 、n h 3 - n 为1 5 0 0 m g l ，结果 表明，在厌氧阶段( u a s b ) ，可去c o d 8 0 以上( c o d 最大负荷 2 0 k g ( m 3 d ) ，h r t = 2 d ) ；在好氧阶段( r b c ) ，去除c o d 7 2 以上( c o d 负荷1 5 k g ( m 3 d ) ) ，u a s b + r b c 貉个系统可去除9 4 以上的c o d ，并 且整个系统的污泥产量仅是用好氧反应器处理时的一半，同时在厌氧阶 段还不需能耗。 废水生物处理技术是一种应用较为广泛、经济、成熟的技术，但由 于垃圾渗滤液水质复杂，与一般污水有很大差异，而且由于垃圾渗滤液 特别使老龄化垃圾渗滤液内所含重金属离子和氨氮等有毒物质浓度很 高，对微生物的生长繁殖有抑制作用，因此单纯的生化处理技术难以满 足达标的要求，应加强预处理或后续处理技术的研究，探寻技术上、经 济上可行的工艺方案。一般来讲，生物塘处理技术是一种节省投资及运 行费用，能够适应渗滤液水质、水量变化的生物处理方法，但此法需以 ：仃可占用土地资源为前提。 1 3 2 物化处理技术 由前述可知，尽管生物处理方法广泛应用于垃圾渗滤液处理，但由 于垃圾渗滤液的高毒性抑制了微生物的生长，因此长期以来处理效率不 高，故人们也寻求其它处理方法以配合或弥补生物方法。 物化法主要有活性炭吸附、化学沉淀、密度分离、化学氧化、化学 还原、膜渗析、汽提、湿式氧化等多种方法。和生物法相比，物化法受 水质、水量影响小，出水水质稳定，尤其对b o d c o d 较低而难以生物 处理的垃圾渗滤液有较好的处理效果【1 5 。祝万鹏【1 6 1 等报导了用石灰硫酸 贬铁漂白粉工艺处理垃圾渗滤液，其结果对砷、无机磷和亚硝酸盐的处 理效果良好。张兰英1 1 7 】等人用铝土矿混凝剂吸附方法对垃圾渗滤液进行 了处理，结果表明能去除4 8 9 3 的有机物。王琳【1 8 】等报导了深度氧化法 武汉理工大学硕_ 上学位论文 和复合式a o p 5 工艺在处理渗滤液污水中的应用。国外对物化法的研究 和运行较多，a k o e n i n g 等【l9 】进行了用脱氮硫杆菌处理渗滤液的研究： k c c h e u n g e t 等f 2 0 】进行了用空气吹脱和加石灰自由吹脱渗滤液预处理的 研究，并对两者进行了比较，结果认为：加石灰自由吹脱是简单和经济 的物化处理方法；j f e t t i g e t 掣2 l 】人则对活性炭吸附预处理渗滤液作了研 究；g b a u m g a r t e n 和c f s e y f d e n d 2 2 l 以纤维过滤膜取代反渗透膜，对渗 滤液后处理进行了研究，结果认为前者更经济。s o o - m k i m 等睇剐则以经 典的f e 2 + + h 2 0 2 反应与紫外光结合，进行渗滤液处理的研究，其c o d 去 除率不低于7 0 ，当光辐射为8 0 k w m 3 时可以提高氧化率6 倍，当光辐 射提高到1 6 0 k w m 3 时，降解速率会提高1 倍。 渗滤液物化处理技术尽管出水水质稳定，能够适应渗滤液水质、水 量大幅度变化的特点，对b o d c o d 较低而难以生物处理的垃圾渗滤液 有较好的处理效果，但是物化法处理费用高，一般用于渗滤液预处理或 深度处理。 1 3 3 土地处理技术 渗滤液的土地处理包括慢速渗滤系统( s r ) 、快速渗滤系统( r j ) 、表面 漫流( o f ) 、湿地系统( w l ) 、地下渗滤土地处理系统( u g ) 以及人工快速渗 滤处理系统( a r i ) 等多种土地处理系统。土地处理，主要通过土壤颗粒的 过滤，离子交换吸附和沉淀等作用去除渗滤液中悬浮颗粒和溶解成分。 通过土壤中的微生物作用，使渗滤液中的有机物和氮发生转化，通过蒸 发作用减少渗滤液量。目前用于渗滤液处理的土地法主要是回灌和人工 湿地。对回灌法的研究国内较多，徐迪民等详细研究了垃圾填埋场渗滤 液回灌的影响因素，发现在实验所用的亚粘土中加入一定比例的细砂， 改善覆盖土层的透水性和透气性，当进水负荷为6 6 1 1 5 9 c m 2 d ) 时， 运行两个月，c o d 去除率可到9 8 左右，并对回灌法处理垃圾填埋场渗 滤液的依据、工艺流程、技术参数均作了阐述。人工湿地是近几年出现 的一种新处理工艺【2 4 l 。c r a i g d m a r t i n l 2 5 蹲建造一种长度与宽度比为1 0 ： l ，深度为0 5 m ，种植了各种水草的人工湿地，并进行了处理营养的研 武汉理工大学硕士学位论文 究。 土地处理技术的投资及运行费用较低，抗冲击、负荷能力强，较适 宜于处理垃圾渗滤液，但存在受土地资源限制、易造成异昧及可能污染 土壤和地下水等缺陷。其中渗滤液回灌技术具有投资省、运行费用低、 可以加快填埋场稳定等优势，应加快相关技术的研究和生产性试验步伐。 1 3 4 电化学处理技术 电解氧化法对垃圾渗滤液的深度处理具有较好的应用前景。李小明 【2 6 】发现电解氧化过程中，氨氮被优先去除，其次是c o d ；电解氧化反应 在一定浓度c l 。存在时，以间接氧化为主，与直接氧化作用并存；酸性条 件比碱性条件更有利于电解氧化作用对c o d 及氨氮的去除；c 1 浓度高 时，氧化去除c o d 及氨氮的效果好：电流密度高时，有利于间接氧化作 用的发生。 电化学方法因其所具有的多功能性、操作简单、易于自动化并且具 有环境兼容性等特点而倍受人们重视。近年来，国内外研究者对该方法 在水处理中的应用进行了广泛的研究，并对有机污染物电化学降解机理 提出了不同观点【2 ”。 国内对于脉冲电解处理废水还处于刚刚起步的探索阶段，研究甚少。 而用交变脉冲电解处理废水国内外尚未见报导。 1 4 本课题研究的目的和意义 综上所述，垃圾渗滤液是一种成分异常复杂的高浓度有机废水，具 有很高的毒性，需进行一定程度的处理才能排放。目前垃圾渗滤液的处 理方法虽然比较多，但都或多或少地存在一些如降解率低下、操作困难、 处理费用高、产生二次污染等难以克服的缺点或困难。逐渐受人青睐的 电絮凝法也普遍遇到了可溶性金属电极迅速产生极化和钝化现象而导致 电耗过大的困难，使该法难以实现大规模工业化应用。 针对以上问题，本文研发一种全新的磁场一交变脉冲电化学场协同 电絮凝技术，即用自制的磁一电水处理反应装置，采用低电压、低频率 交变脉冲电源，较彻底地克服了可溶性电极的极化和钝化问题，并且采 用磁场产生的特殊“磁搅拌”作用增强导电离子的选择性运动，从而更 进一步提高了降解和电絮凝双重效率。 本课题研究的主要目标，是探索和研究如上设备所确立的磁场一低 电压、低频率交变脉冲电解法用于垃圾渗滤液处理的可行性及规律；研 究各种电化学参数对垃圾渗滤液处理效率的影响和磁场对垃圾渗滤液电 化学处理的强化作用，以及降解效果的变化规律；寻求该新方法处理垃 圾渗滤液的最佳条件，为该新方法、新设备处理垃圾渗滤液的实际工业 化应用奠定理论与实践基础。 9 武汉理工大学硕i j 学位论文 第2 章污水电化学和磁场处理技术综述 2 1 污水电化学处理技术综述 2 1 1 电化学去除有机污染物的原理 电化学水处理技术是使污染物在电极上发生直接电化学反应或利用 电极表面产生的强氧化性活性物种使污染物发生氧化还原转变，后者称 为间接电化学转化。 直接电化学转化通过阳极氧化可使有机污染物和部分无机污染物转 化为无害物，阴极还原则可从水中去除重金属离子。这两个过程同时伴 生放出h 2 和0 2 的副反应，使电流效率降低，但通过电极材料的选择和 电位控制可加以防止。间接电化学转化可利用电化学反应产生的氧化还 原剂c 使污染物转化为无害物质，这时c 是污染物与电极交换电子的中 介体。c 可以是催化剂，也可以是电化学产生的短寿命中间物。已有报 道指出的这类短寿命中间物包括e s ( 溶剂化电子) 、h o 、h 0 2 、0 2 - 等 自由基，它们可以分解污染物质，并且此过程是不可逆的。此外，近年 来也有利用0 2 在阴极还原为h 2 0 2 ，而后生成h o 【2 8 】。进而氧化有机物的 方法出现，可用于处理苯酚、苯的衍生物( 苯胺类) 、h c h o 及c n 一。 为加速h o 的生成，可在被处理液体中加入少量f e 2 + ，发生下面的f e n t o n 反应： f e 3 + + h 2 0 2 ，0 h 一十h 0 f e 3 + 上述赢接、间接电化学转化过程的分类并不是绝对的，实际上电化 学过程中这两者往往同时发生。 此外，对于气、固相中污染物，也可用电化学法去除。对于气相中 污染物，可先用电解质溶液吸收污染物，再用电化学法将其转化为低毒 物质【2 9 】。这两个步骤可在不同装置中进行，也可在同一装置中实现。对 于固相中污染物，例如修复被污染土壤，可将电极插入土壤，加上直流 电，以地下水或外加电解质作电解液，并辅以外加抽提系统将污染物加 篓堡堡墨盔堂堡j ：鲎垡鲨塞 以去除。 2 1 2 电化学法处理污水存在的问题以及新的发展方向 电化学方法处理废水具有无需添加化学药品、设备体积小、占地颟 积少、无二次污染、搽终茂倭瑟活嚣羹蜀鼓弱瓣怼农遴簿溃爨处理等多 种优点。但电化学方法一直存在着电耗大、成本高等缺点，从而大大限 制了它农废水处理中的疲用。 电解法处蠼工业废水存在问题的研究虽然已经开展了十几年，在撼 础理论研究方藤，对其宏双理论大家墩达成一些共识，但在微溪方瑟， 如电檄上实际发生的氧化还原过程、葳应机理、反应产物和反应动力掌 等有待深入研究。在实际应用中，如 啄提高电极氧化遂愿、混凝、吸黔 等作掰对废水处理的效率是研究的重点之一。 电凝聚作为废水处理的一种有效乎段，缀卑就褥剔了应髑，但由予 其在实际应用串单位魂耗稻铁耗过大，使电凝聚法韵簸展及成蹋受到了 限制。另外，电凝聚过程中，电解一段时间后，阳极檄板会发生钝化现 象。钝亿时龟缀袭谣辩着一瑟毓化物傈护膜，耽时电瓣槽只有氧亿、还 原和浮上作用，电凝聚作用消失，液酾浮着大壁的泡沫。这样就使电流 效率降低，簸掰廷缓奄解进程1 3 0 l 。 提高电流效率、降低电极钝化是降低能耗的关键所在，也是今后魄 凝聚磷褒豹圭玻方囱。近年来，瞧讫擎工艺的不断迸梦议及新泡极稽料、 电源技术和膜材料的应用，为电化学方法治理污染提供了更新，更有效 豹簿决警羧。将赫渖技术襄鬯凝聚方法结合莲来为褒承楚褒掩供了崭薪 的思路和研究课题。 躲渖亳瓣技本是一耱较瑟熬壤往攀处理方法，由予采羯“遥电一新 电通电”的供电方式，可以使阳极上的氧化膜大为减少，避免钝化现 象；惑涎耄_ 予楚淹段供邀，东叛毫嚣，铁嫒婷止游耗，麸瑟瑟疆簿糕铁 耗。但是本课题之前他人所使用的脉冲电压通常在1 0 0 4 0 0 v 左右，处 理过程巾电毙转换成热缝豹毙壤太大孩致能耗绥然较蠢，对设备安全绝 缘要求拔高，不利实现工业化。本文用的低电雁、低频率交变脉冲电解 武汉理工大学硕， ：学位论文 法是一种新的电化学处理法，可以将能耗降得更低。 2 1 3 脉冲电解的原理 2 1 3 1 一般脉冲电解原理 将电解槽与脉冲电源相连接构成电解体系，其进行的电解过程就是 脉冲电解。电流从接通到断开的时间to i l 为脉冲持续时间，也叫脉冲宽 度，即电解的工作时间；电流从断开到接通的时间to f f 为电解间歇时间 或称脉冲间歇。脉冲周期为脉冲宽度和脉冲间歇之和，脉冲频率则是脉 冲周期的倒数。设占空比为r ，则r 为导通时间( 脉冲宽度) 与脉冲周期之 比，通过改变占空比r 的值，就可得到不同的节能效果 3 ”。 脉冲对电极过程的影响主要有三个方面：液相传质过程、吸附和脱 附现象、双电层的电容效应【3 2 】。当采用脉冲电流进行电解时，紧靠电极 表面的离子浓度也将随脉冲电流的作用而涨落，从而影响了液相传质过 程。吸附、脱附过程不仅在电脉冲期间起作用，在断电期间的作用更为 明显和重要，因为在脉冲中断时，吸附于阴极的氢或杂质可以解吸返回 溶液中。当脉冲持续时间过短或采用窄脉冲时，双电层的充电时间与前 者相比显得较长，这时就不能忽略电容效应。脉冲即不断地重复进行“供 电一断电一供电”的电解过程，使电解效率得到大幅度地提高。因为通 电时间小于电解处理总反应时间，铁的溶解量将少于直流电解时的溶解 量；由于施加脉冲信号，电极上的反应时断时续，有利于扩散，降低浓 差极化，从而降低电耗d ，1 。电解槽内的电流是离子在电场作用下流动而 形成的。在供电时间内，离子浓度会迅速降低：而在断电间隙时间内， 离子浓度又会得到迅速恢复和补充。 2 1 3 2 交变脉冲电解原理 交变脉冲电流是在正向脉冲( 阴极脉冲) 后紧跟一个反向脉冲( 阳极脉 冲) 。本论文的前期探索性研究表明：在电解过程中，如果施加脉冲周期 武汉理工大学硬士学位论文 筠电极换向周期间步的脉冲信号，既具备脉冲电解的特点，又由于两极 均可溶繇，更有肇l 予金瓣离子与胶体闯熬絮凝午警嗣。同辩两极极性经常 变化，防止了电极因大墩a 1 2 0 3 沉积而产生的钝化现象，从而超到提高 瞧解效率戆终瘸。这就怒交变辣净遣瓣凝概念，氇是零文主要磷究麴整 理垃圾渗滤液的新方法的主体。 2 1 3 3 电凝聚处理废水的原理 电凝聚法楚在终热魄压熬谨蠲下，鞠瘸霹滚往韵籀投，产黛大量鹣 阳离子( 如f e ”、a 1 3 十等) ，利用生成的金属氮氧化物对废水进行凝聚沉淀。 这令过糕往 堇黪藏萋气浮，敢恣稼爻电凝聚浮上法。典羹戆毫羧爱应： 阳极：f e 2 e = f e 2 + 弱掇：2 h + + 2 e = h 2 电瘩翠生成的铁离子藏铝离子能与氢裁根结合起到凝聚作用，这种氢 娥纯物鸵絮凝效暴魄药麴絮凝要好褥多。弱时，在酾掇发生逐缀反应， 逸出的氢气形成极小的气泡，将废水中的凝聚物要l 乏带浮上电解槽的液体 焱蔼。 2 1 4 脉冲电场处理涎水的研究现状 2 1 4 1 潮外研究进展 国外对脉冲电解处理废水研究较多的是俄罗斯和美图，其他国家也 凑少量的缀道。譬在1 9 7 7 每，美国的l o n g 等 3 4 1 在凑丞、藏；孛魄绣戆终 用下，阁电凝聚方法对禽有妥儿油皂液的废液避行了处理。所彳碍数据表 骥，其残渣大为减少，低于o 4 ，蔼圈时a 巴皂熬圈收率与 辣羚方法榛 比增大了1 0 。s v e t a s h o v a 等【3 5 】予1 9 9 2 年对含油水溶液电化学处理中的 电流脉冲形状效聚傲了掰究。偬们对采用直流电流和采阕周期交换的熬 流电流的处理效果作了分析对比，发现用后者处理的残留物中油浓度大 大减少，并且电耗也相对直流彀寓所降低。1 9 9 3 年，俄罗颠的d i k u s a r 镩 3 6 1 通道分析溶解的重鑫属分离，显示在一定脉冲参数设置下的电流效 武汉理工大学硕士学位论文 率和净化率可达到最高，并研究了溶解物和脉冲双电极电流参数对溶解 率和净化动力学的影响。2 0 世纪9 0 年代中期，l a b y a k 等p 7 1 研究了从电 镀工厂的冲洗废水中提取金属镍所采用的脉冲电流参数的效果及技术特 点，并对再生率、过程的电流效率、残留金属浓度和电耗等数据进行分 析。俄罗斯的g o n c h a r o v 等【3 s 】认为采用电化学脉冲处理是一种活性凝聚 方法，能够形成高表面能的混合物，效果几乎优于所有的絮凝剂，可以 从溶液中移除任何极性化合物。 由上述可以看出国外研究较多的脉冲电解法，大都是高电压，而且 都是用的“供电一断电一供电”的方式，没有周期性的换极。 2 1 4 2 国内研究进展 国内对脉冲电解处理废水的研究还很少，处于刚刚起步的探索阶段。 詹伯君【3 9 】认为方波波形的脉冲电解电源应用于废水处理设备，节能效果 较好，应用面广，可在适当场合推广。具体在结合植绒印花废水脉冲电 解处理的基础上，分析了运行中出现的问题和解决办法。他认为在脉冲 电压下激发出来的f c 2 + 具有极强的凝聚活性，极易与染料显色基团结合 而脱色。由于是间断供电，在断电间歇期间内，铁板停止消耗，从而使 平均铁耗大大降低【4 “。 但是，在本研究之前的一般脉冲电解法，其脉冲频率与换向周期各 自为阵，故克服电极极化和钝化的效率较低，而且，由于其槽电压过高 ( 1 0 0 v - 4 0 0 v ) ，电能转换成热能的比例太大，且对设备的绝缘和操作制度 及人身安全防护要求较高，故不利于大规模工业化。 本研究所使用的交变脉冲电解法，是一种脉冲频率与电极换向周期 完全同步的新型的脉冲电解模式。本研究前期探索性研究表明，这种脉 冲电解模式具有彻底克服电极极化钝化现象；使用电压低( 小于3 0 v ) ，电 能转换为热能比例小等特点，是目前一种较先进的技术。 本课题中，还加入了磁场与之协同进行垃圾渗滤液处理研究，以上 内容迄今为止国内外尚未见报道。 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 2 1 5 电场与其他降解技术的协同性 协同性是指利用电化学技术同其他方法联合处理污染物，其处理效 果十分理想，目前的研究方向有： l 、絮凝一电解法联合处理废水。该法是依靠电场的作用，通过电解 装置的电极反应，产生直径很小的气泡，用以吸附系统中直径很小的颗 粒物质，使之分离；或是利用可溶性的阳极，产生大量的阳离子( 如f e 2 + 、 a 1 3 + 等、，电锯生成的铁离子或铝离子能与氮氧根结合起到凝聚作用，这 种氢氧化物的絮凝效果比药剂絮凝要好得多。同时，在阴极发生还原反 应，逸出的氢气形成极小的气泡，