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聚硅酸铁铝絮凝剂的制备及其在垃圾渗滤液预处理中的应用 摘要 本文对聚硅酸氯化铁铝絮凝剂( p f a s i c ) 的制备及对垃圾渗滤液的 预处理情况进行了研究。 本絮凝剂以氯化铁、氯化铝为主要原料，在高速剪切的条件下，引入 硅酸根，经过反复的原料配比调试及操作参数的选定，经过聚合反应和熟 化反应，合成了一系列不同碱化度，p h 值为2 1 2 8 的深红棕色液体 p f a s i c 。 实验结果表明，当f e ( i i i ) ：a l ( i i i ) ：s i ( i v ) 为1 0 ：l ：0 7 8 6 时，c o d 。去除 率能达到最高，此外，碱化度、絮凝剂的投加量以及垃圾渗滤液的p h 值 对絮凝效果也会产生很大的影响。实验结果显示，当絮凝剂的碱化度为 o 5 7 ，投加量为1 7 0 m l 几( 即f e ( i i i ) 2 9 7 9 l ，a 1 ( i i i ) 0 1 4 9 几，s i ( i v ) 0 1 2 g l ) ，渗滤液的p h 值为5 7 时，能得到最好的絮凝效果，c o d 。，去除率 能达到5 5 以上。 通过显微镜及扫描电镜对其微观晶体形貌进行观察，发现此絮凝剂在 碱化度较低时呈颗粒状结构，但碱化度较高时呈树枝状结构。此外，通过 傅立叶红外光谱仪对其进行结构分析，发现此类絮凝剂是通过- o h 键键 合的。运用f e r r o n 逐时络合比色法对p f a s i c 溶液形态进行分析测定，将 其区分为 f e + a l 】。、 f e + a 1 b 、 f e + a 1 。三种形态。研究了熟化时问、碱化 度b 等因素对p f a s i c 溶液的形态转化影响。实验表明： f e + a l 】b 随熟化 时间的增长而逐渐转化为 f e + a 1 。；随着碱化度b 值的增长，【f e + a l 】。含 量降低，【f e + a 1 】b 和 f e + a 1 。含量增高，【f e + a 1 。比 f e + a l 】b 增高的幅度大。 使用g c m s 对处理前后的垃圾渗滤液成分进行分析，发现烷烃、烯烃类， 酚、醇类，酯类及羧酸类有机物得到较好的去除，而含有苯环的芳香族化 合物的去除效果不理想。酚、醇类，羧酸类有机物是通过与铁、铝水解产 物结合形成络合物去除的，而烃类、酯类有机物是通过吸附共沉淀去除的。 关键词：垃圾渗滤液，絮凝，无机絮凝剂，p f a s i c ，有机污染物，机理 北京化工大学研究生学位论文 p r e p a r a t i o no fi n o r g a n i cf l o c c u l a n t c o m p o s i t eo ff e ( i i i ) - a l ( i i i ) - s i ( i i i ) f o r p r e t r e a t m e n to fl a n d f i l ll e a c h a t e a b s t r a c t a ni n o 哩i 肌i cn o c c u l 眦c o m p o s i t eo ff e ( i i i ) - a l ( i i i ) 一s i ( i v ) ( p f a s i c ) w e r eo p t i m a l l yp r e p 甜e da n du s e dt op r e t r e a tl a l l d f i l ll e a c h a t ei nm i sp a p e r w i t hm ea d d i t i o no fa na l k a l is i l i c a t e ，m en o c c u l a mw a sm a d eu s i n gi r o n c h l o r i d ea 1 1 da l u m i n i u mc h l o r i c l ea sm a i nr a wm a t e r i a l s u n l e rh i 算血s h e a r m i x i n g ，t l l r o u 曲p o l y m e r i ca n da g i n gr e a c t i o n s ，m ef l o c c u l a j l t ，a r e d d i s h b r 0 、v i ls o l 埘o n ，w 汕d i 脏r e mb a s i c i t i e sa n dp hv a l u e s ，w a sf i n a l l ym a d e 0 d t i n l u mr e a c t i o nc o n d i t i o n sw e r es e l e c t e d t h ee x p 耐m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt 1 1 a tr e m o v a lra _ t eo fc o d “o fl a l l d f i l l l e a c h a t ew a st 1 1 e h i g h e s tw h e nt h e r a t i oo ff e ( i i i ) ：a l ( i i i ) ：s i ( i v ) w a s 1 0 ：1 ：0 7 8 6 m o r e o v e r b a s i c i 饥a d d i t i o no fn o c c u l a n tc o m p o s i t ea 1 1 dp h v a l u e so fl a i l d f i l ll e a c h a t ew o u l di n n u e n c em en o c c u l a t i o ne 位c t t h er e s u h a l s od e m o n s 廿a t e dt l l a t u n d e rt 1 1 ec o n d i t i o n so f 吐1 eb a s i c i t yo fp f a s i ca t a r o u n do 5 7 ，m ea d d i t i o no fp f a s i ca ta r o u n dl7 0 m ln o c c u l a j l tp e rl i t e r l e a c h a t e ( f e ( i i i ) 2 9 7 9 l ，a l ( i i i ) o 1 4 9 l ，s i ( i v ) o 1 2 9 几) ，p h5 - 7 ，t h eb e s t n o c c u l a t i n ge a l e c tc o u l db ea c h i e v e d ，a r l dc o d c rr e m o v a lr a t ec o u l dr e a c h t o 5 5 m i c r o s c o p i cc r y s t a ls t m c t u r eo fp f a s i ch a db e e no b s e e du s i n ga m i c r o s c o p e ：i tc o u l db ef o u n dm a tm en o c c u l a n t s ( p f a s i c ) h a dd i f f e r e n t m i c r o s c o p i cc r y s t a ls t r u c t u r e sa td i f f e f e n tb a s i c i t i e s i na d d i t i o n ，t h ep r e p a r e d c o m p o s i t e p f a s i cw a s a n a l y z e du s i n g f o u r i e rt 啪s f b m li n 舳r e d s p e c t r o s c o p y ，a n dm en o c c u l 枷，a _ s f b u n dt ob eak i n do fi n o 娼a n i c c o m p o s i t ew i ms t r o n g ) hb o n d i n g t h ef e r r o nm e m o dw a su s e d 洫 m e a s u r i n gm es p e c i e sd i s 订i b u t i o na n dt r a n s f o m a t i o no fp f a s i ca g g r e g a t e i i 北京化工大学 学位论文原创性声明 y8 8 2 3 l 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指 导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用 的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过 的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由 本人承担。 学位论文作者签名：江删孑 腓月j 日 北京化工大学研究生学位论文 第一章绪论 1 1 垃圾渗滤液处理技术研究进展 我国垃圾的卫生填埋开始的比较晚，相应的渗滤液净化方面的研究起步也较晚， 九十年代初才开始有一些零星的研究，城市垃圾渗滤液的研究仍处于初期。到目前为 止，仍缺乏对渗滤液的水质特点及其变化规律以及相应的处理技术的系统深入的研 究：国内外尚无十分完善和成熟的处理垃圾渗滤液的工艺。因此，本节将从渗滤液的 产生、其水质、水量的影响因素以及目前渗滤液的处理技术等几个方面对渗滤液的研 究进展进行概述。 l l1 渗滤液的产生过程 l1 1 1 垃圾渗滤液概述 长期以来，垃圾的填埋处理在垃圾的三大处理方式中占有主要地位，这一方面与 我国的国情有关【1j 另一方面是根据垃= ! ：! 乏填埋法的优点而选定。与其它方法相比较， 填埋法投资小，运行费用低，操作简单。我国早期的垃圾填埋场多为简易堆场，没有 良好的防渗设施、清污分流设施、沼气导出设施和压实、灭菌设施等，产生的渗滤液 对周围环境造成了很大污染。大约从2 0 世纪8 0 年代开始，卫生填埋法被国内外广泛 采用，它构筑简单、建设和运行费用低、环境保护措施比较完善，很快成为我国垃圾 填埋的首选方式。8 0 年代末和9 0 年代建设运行的一些垃圾填埋场，如北京阿苏卫、 广州大田山、杭州天子岭、上海老港等基本都达到了卫生填埋的技术要求。然而无论 是早期的简易填埋还是现在的卫生填埋，垃圾渗滤液的产生和处理是困扰人们的一个 难题。由于所含有大量的氨氮、重金属、无机盐及有机污染物，垃圾渗滤液作为一种 高强度废水，已经被视为地表水及地下水的潜在污染源，如果得不到妥善处理，会穿 透地表土及地下土层，对地下水体造成严重污染”j 。 由于垃圾的填埋处理在我国很长的一段时间里仍然是主要的处理方法。所以渗滤 液的二次污染问题越来越引起人们的重视。垃圾填埋场渗滤液对周围地下水和地表水 均会造成严重的环境污染p j 。c a l v e n 报导距垃圾处理厂的蓄水池5 1 2 m 远的一口井中， 其硬度、钙、镁浓度、总固体量和c 0 2 都有增加。德国l a n g 报导距离填埋场4 k m 远的 地表水下游，水质出现恶化。国内郑曼英等h 报导广州市老虎窿填埋场虽然1 9 9 2 年封 场但直至1 9 9 5 年其排出的浸出液b o d 5 、 赵万有等报导，垃圾填埋1 i 采取防渗措施 赵万有等报导，垃圾填埋不采取防渗措施 c o d 。，、氮和磷仍然超标，其中以氨为甚。 对地下水必然造成严重污染，主要表现在 对地下水必然造成严重污染，主要表现在 北京化工大学研究生学位论文 地下水的水质混浊有臭味、c o d 。三氮含量高；油、酚污染严重；细菌及大肠菌超 标。因此，处理好垃圾填埋过程中产生的渗滤液，是防止二次污染最重要的措施。城 市垃圾填埋场的设计和研究在我国尚处于起步阶段，妥善处理垃圾渗滤液是垃圾填埋 场设计成败的关键。 1 1 1 2 垃圾渗滤液的产生及其水量的影响因素 卫生填埋场渗滤液来源主要包括如下几个方面。 ( 1 ) 降水：降水包括降雨和降雪，它是渗滤液的主要来源之一。影响渗滤液产生数 量的降雨特性有降雨量、降雨强度、降雨频率、降雨持续时间等。降雪和渗滤液生成 量的关系受降雪量、升华量、融雪量等影响。在积雪地带，还受到融雪时期或融雪速 度的影响。 ( 2 ) 地表径流：地表径流是指来自地表面上坡方向的径流水，对渗滤液的产生量也 有较大影响。具体数量取决于填埋场场地周围的地势、覆土材料的种类及渗透性能、 场地的植被情况及有无排水设施等。 ( 3 ) 地下水：如果填埋场的底部位于地下水水位以下，地下水就有可能渗入填埋场 内。渗滤液的数量和性质取决于地下水与垃圾的接触量、接触时间及流动方向。如果 在设计施工中采取防渗措施，可以避免或减少地下水的入渗量。 ( 4 ) 垃圾含水：随垃圾进入填埋场中的水分，包括垃圾本身携带的水分以及从大气 和雨水中的吸附量。入场垃圾携带的水分有时是渗滤液的主要来源之一。 ( 5 ) 有机物分解生成水：垃圾中的有机组分在填埋场内经厌氧分解会产生水分，其 产生量与垃圾组成、p h 值、温度和活动菌群等因素有关。 ( 6 ) 覆盖材料中的水分：随覆盖材料进入填埋场中的水量与覆盖层物质的类型、来 源及季节有关。覆盖层物质的最大含水量可以用田间持水量来定义，即克服重力作用 之后能在介质中保持的水量。砂的典型田间持水量为6 1 2 ，黏土质的土壤则为 2 3 3 l 。 垃圾填埋场中水分循环示意图如下所示。 降雨 地表径流 地下入渗水 垃圾含水及分解水 填埋场 一 一 蒸发+ 蒸腾 地表径流 地下渗出 渗滤液 北京化工大学研究生学位论文 1 1 1 3 垃圾渗滤液的组成及特性 ( 1 ) 渗滤液的主要成分 填埋场渗滤液的主要组成成分有如下四类： 有机物，常以c o d 、t o c 、b o d 5 来计算。一些含量低但危害大的有机组分如酚 等常单独计量； 常见无机金属元素和离子，如c d 、m g 、f e 、n a 、n h 3 、c 0 3 2 。、s 0 4 2 一和c l 一等； 微量金属元素，如m n 、c r 、n i 、p b 等； 微生物。 典型城市生活垃圾填埋场渗滤液的成分见表1 一l 。 表1 一l 典型城市生活垃圾卫生填埋场渗滤液的组成( 单位，m l ) t a b l e1 - lc o m p o s i t i o no f s a n n a 叮l a l l d 埘1 1 e a c h a t ei i l 帅i c a lc n i e s ( 2 ) 渗滤液的性质 渗滤液的性质与垃圾的种类、特性、填埋方式和填埋年限等许多因素有关。对于 普遍采用的厌氧填埋来说，渗滤液的性质如下： 色昧：呈淡茶色或暗褐色，色度在2 0 0 0 4 0 0 0 之间，有较浓的腐臭味。 p h 值：填埋初期p h 值为6 7 ，呈弱酸性；随着时间的推移，p h 值可提高到7 8 ，呈弱碱性。 生化需氧量( b o d 5 ) ：随着时间和微生物活动的增加，渗滤液中的b o d 5 也逐渐 增加。一般填埋6 个月到2 5 年时，渗滤液中的b o d 5 达到峰值，且多以溶解性的为 主。此后，b o d 5 开始逐渐下降，到6 1 5 年填埋场稳定时为止。 化学需氧量( c 0 d ) ：填埋初期c 0 d 略低于b o d 5 ，但随着时间的推移，b o d 5 急速下降，而c o d 下降缓慢，使得c 0 d 变得略高于b o d 5 。b o d 5 c 0 d 比值可用来 北京化工大学研究生学位论文 反应渗滤液的可生物降解性。当b o d 5 c o d 三0 5 时，则认为渗滤液较易生物降解；当 b o d 5 c o d 0 1 时，则认为渗滤液难于生物降解。最初，这一比值一般维持在0 5 或 稍大一点：当介于0 4 o 6 时，表明渗滤液中的有机物已开始被生物降解；对于成熟 的卫生填埋场，渗滤液的此项比值通常为0 0 5 0 2 ，其中常含有难以被微生物降解的 腐殖酸和富里酸。 总有机碳( t o c ) ：浓度一般为2 6 5 2 8 0 0 m l 。b o d 5 厂r o c 可反映出渗滤液中 有机碳氧化状态。填埋初期，b o d 5 t o c 值高；随着时间的推移，填埋场趋于稳定化， 渗滤液中的有机碳主要以氧化态存在，b o d 5 t o c 值降低。 总溶解固体( t d s ) ：渗滤液中溶解固体总量随填埋时间推移而变化。填埋初期， 溶解性盐的浓度可达1 0 0 0 0 m g l ，同时含有相当量的钠、钙、氯化物、硫酸盐和铁等。 填埋6 2 4 个月达到峰值，此后随时间的推移，无机物浓度逐渐降低。 悬浮固体( s s ) ：一般多在每升几百毫克。 氮化物：渗滤液中氮化物浓度较高，以氨氮为主，一般为4 0 0 m g l 左右，有时可 高达1 7 0 0 m g l 。凯氏氮占总氮的1 0 左右。 重金属：生活垃圾单独填埋时，重金属含量很低，一般不会超过环保标准，但与 工业废物或污泥混合填埋时，重金属含量会增加，并可能超标。 渗滤液的化学组成并不是固定不变的。一方面，随着填埋场使用年限的增加，渗 滤液中各成分的浓度会发生较大的变化( 表1 2 ) 。另一方面，即使是新建填埋场，在 不同的阶段，渗滤液中的成分也是变化的。一般来说，当填埋场处于初期阶段时，渗 滤液的p h 值较低，c o d 、挥发性脂肪酸和金属的含量较高；当填埋场处于后期时，p h 值升高( 6 5 7 5 ) ，而c o d 、挥发性脂肪酸和金属的含量则明显降低f 5 1 。 表l - 2 新老填埋场渗滤液成分比较( 单位：m g l ) t a b l e1 - 2c o m p a r i s i o no f l 柚d f i 1 e a c h a t eb e t 、v e e nn e wa n do l dl a n 娟l l s 4 北京化t 大学研究生学位论文 1 1 1 4 垃圾渗滤液水质的影响因素 渗滤液的水质影响因素可分为外部因素和内部因素：外部因素包括气象条件、填 埋场表面状况和操作运行方式等，内部因素主要指垃圾成份和性质。本文主要从以下 几个方面来介绍： ( 1 ) 垃圾成份对渗滤液水质的影响 垃圾填埋场渗滤液水质受垃圾成份影响很大。渗滤液中c 0 d 。b o d 5 、s s 、主 要由厨余中有机物产生的。垃圾中厨余含量高低直接影响渗滤液c o d 。、b o d 5 浓度 高低；另外炉灰、脏土等对渗滤液中有机物有吸附、过滤作用，因此垃圾中炉灰、脏 土的含量也会影响渗滤液有机物浓度。由于生活水平、生活习惯以及环保意识的不同， 各城市的垃圾组成相差较大，致使填埋场渗滤液中c o d 。b o d 5 从数千m l 至数万 m g l 之问变化。表1 3 、表1 4 分别列举了国内 6 】、国外【7 】部分城市垃圾组成。分析表 1 3 、表1 4 城市生活垃圾组成，国内垃圾中厨余含量一般比国外高，而且炉灰( 深圳 除外) 含量也很高，为6 2 8 2 。原因是国外净菜进城及燃气所致；而国内垃圾中 厨余含量高低与城市居民生活水平有关，居民生活水平越高，垃圾中厨余含量越高。 表1 5 【6 l 为国内部分城市垃圾填埋场渗滤液水质，分析表1 3 、表l 一5 可知：当垃圾中炉 灰含量相近时，垃圾厨余含量越高，渗滤液中c o d 。，、b o d 5 、n h 3 _ n 浓度越高。深圳 是一座以经贸、旅游为主的城市，人们生活水平较高，垃圾中厨余含量高。而燃煤量 极少，所以深圳市垃圾填埋场渗滤液c o d 。，、b o d 5 、n h 3 n 浓度很高。 表1 - 3 我国主要大城市垃级渗滤液的组成 t a b l e1 3c o m p o s i 雠o no f l a i l d 6 1 e a c h a t ei nm a i nc i t i e so f c h i n a 国家或地区美国日本德国英国法国 厨余( ) 1 71 8 61 61 81 5 北京化工大学研究生学位论文 表l - 5 国内部分城市垃圾渗滤液水质 t a b k1 5w a t e rq u a l i t i e so f l 柚d f i l ll e a c h a t ei ns o m ec n i e so f c h i n a ( 2 ) 填埋场填埋时间对渗滤液水质的影响 渗滤液水质不仅与垃圾组成有关，而且随填埋时间及各阶段填埋场内垃圾分解而 有很大变化。填埋场各阶段垃圾分解形态与水质变化如下瞵1 ： 调整期：垃圾填埋场初期或垃圾填埋作业进行中，水分逐渐积累且尚有氧气存在， 厌氧发酵作用及微生物作用缓慢，本阶段渗滤液水量较少。过渡期：本阶段水分达 到饱和容量，垃圾及渗滤液中的微生物渐由好氧性转变为兼氧性及厌氧性；因厌氧和 缺氧情况下电子受体自认转变成n 0 3 及s 0 4 2 ，o r p 约在1 0 0 m v + 1 0 0 m v 之间，此阶 段尚无甲烷形成。酸形成期：由于垃圾及渗滤液的兼性和专性厌氧微生物的水解酸 化作用，垃圾中的有机物迅速分解为脂肪酸，而含n ，p 的有机物经氨化和磷酸盐化 转化为氨氮和磷酸盐。同时一些金属( f e ，m n ) 也会与有机酸发生络合作用，致使渗 滤液呈深褐色，在此期间所产生的渗滤液c o d 。，极高，b o d 5 c o d 为o 4 o 6 ，可生 化性好，而且颜色也相当深，是属于初期渗滤液。甲烷形成期：在酸形成期间，如 果有机酸未随渗滤液流出填埋场，则将进入甲烷形成期。在这期间有机物经甲烷菌分 解转化为c h 4 、c 0 2 ，同时产氢产乙酸菌的存在也会产生一些氢气。c 0 2 溶解于水形 成h c 0 3 。、c 0 3 2 。、h 2 c 0 3 等不同形态的碳酸化合物，p h 值则由于重碳酸盐的缓冲系 统而维持在6 8 ，同时也给甲烷菌提供了较好的生存条件，此时o r p 为最低值，约 为3 0 0 m v 十4 0 0 之间，由于有机酸的急速分解，渗滤液的c o d c r 、b o d 5 浓度会 急剧降低，b o d 5 c o d c r 也降为o 1 0 0 1 左右，渗滤液的可生化性变差，此时渗滤 北京化工大学研究生学位论文 液为后期渗滤液。成熟期：此时垃圾渗滤液中可利用的有机成份己大量减少，细菌 的生物稳定作用趋于停止，并停止产生气体，渗滤液中剩余腐殖质易和重金属离子发 生络合作用，所以渗滤液的颜色还是很深，雨水中o r p 增加。氧气及氯化物也随之 增加，自然环境状况逐渐恢复。因此在垃圾填埋稳定过程中存在两种主要作用：一是 固体垃圾中有机物分解，形成可溶性或挥发性的产物，进入渗滤液或大气，而最终离 开填埋场；另一作用是稳定的腐殖质的合成，这些腐殖质有可能留在垃圾中，也可能 进入渗滤液。这两种作用的综合结果是使渗滤液中高分子有机物增加。但是，用填埋 场处理生活垃圾，实际上是一个垃圾填充，覆土的多次重复过程，填埋场的各个部分 可能处于不同的稳定阶段，或者说其各部分的“年龄”是不同的，而且各部分有各自 的物理、化学和生物活动条件。渗滤液通常可根据填埋场的“年龄”，划分为两大类， 一类是“年轻”填埋场( 3 5 a 以下) 的渗滤液，其特点是低p h 值，高b o d 5 、c 0 d c r ， 高b o d 5 c o d 。，值：另一类是较“老”的填埋场( 5 a 以上) 的渗滤液，其特点是b o d 5 、 c o d 。较低，b o d 5 c o d 。，值也较低，n h 3 - n 浓度高，p h 值通常为7 5 左右。 1 1 2 垃圾渗滤液处理技术研究和应用进展 国外有关渗滤液的处理技术已有较多的研究报道。虽然垃圾卫生填埋技术在我国 的应用起步较晚，但对垃圾渗滤液处理方案、方法及工艺的研究，已作为垃圾填埋场 环境污染防止的重要内容之一而受到普遍的重视，有关的研究报道近几年也日趋增 多，取得了一定的进展。 到目前为止，垃圾渗滤液的处理技术主要有生物处理、物化处理和土地处理技术。 生物处理法包括厌氧处理( 如上流式厌氧污泥床u a s b 、厌氧折流板反应器a b r 、厌 氧塘等) 、好氧处理( 如曝气塘、活性污泥法、生物转盘和滴滤池等) 和无氧好氧 ( o ) 混合处理。物化法主要有化学混凝沉淀、活性炭吸附、化学氧化、催化氧化、 膜处理等。 1 1 2 1 生物处理 ( 1 ) 好氧生物处理 活性污泥法作为传统生物废水处理的工艺得到最广泛的应用。美国和德国的几个 活性污泥法污水处理厂的运行结果表明，活性污泥法可以获得较好的垃圾渗滤液处理 效果。如美国宾州f a l lt o w n s l l i p 污水处理厂1 9 1 ，其垃圾渗滤液的c o d 。，为6 0 0 0 1 2 0 0 0 m l ，b o d 5 为3 0 0 0 8 0 0 0 m 班，氨氮为2 0 0 2 0 0 0 m l 。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 ，是一般污泥浓度的3 6 倍。经过处理后的垃圾渗 滤液最终出水b o d 为1 0 0 3 0 0 m g ，l ，去除率达9 7 。但在高污泥浓度条件下，其 北京化工人学研究生学位论文 泥水分离采用一般的二沉池也是难以实现的。 也有采用低氧一好氧活性污泥法或s b r 法等改进的活性污泥流程，其具有能维持 较高运转负荷，耗时短等特点，比常规活性污泥法更有效【l o 】。薛军等 1 l 】采用低氧好氧 活性污泥法处理模拟渗滤液，进水c o d c r 、b o d 、s s 分别为6 4 6 6 m l 、3 5 0 2 m g ，l 、 2 3 9 6 m g ，l 时，经过处理后c o d c r 小于3 0 0 m 叽，b o d 小于5 0 m g l ，s s 小于1 0 0 m l 。 两段法处理渗滤液中的氮、磷去除效果也较高，磷的平均去除率达到9 0 5 ，氮的平 均去除率也为6 7 5 。 与活性污泥法相比，生物膜上能生长世代较长的微生物，促进对垃圾渗滤液的处 理效果。u w e l a l l d e r 等【1 2 】用悬浮载体生物膜反应器在1 0 2 6 下处理垃圾渗滤液， t n 可去除9 0 左右，同时去除2 0 左右的c o d c r 。j p h e n d e r s o n 等【1 3 j 用生物转 盘( i 出c ) 和间歇式反应器( s b r ) 处理垃圾渗滤液，在负荷为4 5 ( m 3 d ) ，h i u b o 3 d ， t = 1 8 2 0 时，渗滤液经r b c 处理n h 3 - n 去除率9 8 以上。 曝气稳定塘在土地有富余的地区，是最经济的垃圾渗滤液生物处理方法。英国在 b r y np o s t e gl a n d f i l l 投资建立了一座1 0 0 0 m 3 的曝气氧化塘【1 4 】，最小水力停留时间为 1 0 d ，氧化塘出水沉淀后进入城市下水道。此系统运行后，f m 为o 0 5 o 3 k g b o d 5 ( k g m l s s d ) ，水量变化范围o 1 5 0 m 3 d ，出水b o d 5 平均为2 4 m g l ，出 水c o d 平均达7 2 0 m l 。 m p i r b a z a r i 等1 1 5 】曾经尝试采用膜生物活性炭工艺对垃圾渗滤液进行处理研究， 向生物反应器中投加粉末活性炭，并最终形成了生物活性炭颗粒，再对生物反应器的 出水进行膜分离，通过吸附、生物降解和膜过滤的共同作用，达到了较好的处理效果， 该工艺对t o c 的去除率可以达到9 5 9 8 ，对特殊有机物的去除也超过9 7 。 ( 2 ) 厌氧生物处理 厌氧生物处理主要是利用厌氧微生物将基质中结构复杂的难降解有机物先分解 为低级、结构较为简单的有机物，再由甲烷菌将有机物分解为甲烷、二氧化碳和水等 终产物。厌氧处理最主要的优点是工艺稳定、能耗省、剩余污泥量少、操作简单、无 尾气污染，投资及运行费用低廉，副产物沼气还可作为燃料回用。由于垃圾渗滤液中 有机物含量高，而且其中多数为生物可利用物质，用厌氧生物处理既可有效降解有机 物，又可以承受较大的冲击负荷。 厌氧生物法包括上流式厌氧污泥床( u a s b ) 、厌氧间歇性序批式反应器( a s b r ) 、 厌氧折流板反应器( a b r ) 和厌氧生物滤池等。p j m a r i s 等【16 j 应用u a s b 在常温下 ( 3 0 左右) 处理垃圾渗滤液，有机负荷在7 5 1 2 o 埏c o d ( m 3 - d ) 时，c o d 的去除 率在8 5 以上，产气率为4 0 0 6 0 0 m l 幢c o d 女。国内北京市市政研究所的胡志红l ”j 也发现，当c o d 的容积负荷为2 1 k g c o d ( m 3 d ) ，总停留时间为3 0 h 时，u a s b 对c o d 和b o d 5 的去除率分别为6 l 和7 2 。h t i m u e 等【1 8 比较了a s b r ( 厌氧间歇性序批 式反应器) 和a h b f ( 厌氧混合床过滤系统) 对垃圾渗滤液的处理效果，其中厌氧混 北京化工大学研究生学位论文 合过滤床出一个位于下部的上流式厌氧污泥反应器和一个位于上部的厌氧生物滤膜 组成。研究发现这两种方法均能在不调节p h 值及不预处理的情况下有效处理垃圾填 埋场渗滤液。在有机负荷为2 8 k g t o c ( m 3 d ) ，水力停留时间为1 5 d 时，a s b r 法的 t o c 去除率达到7 3 9 ；而在有机物负荷为1 2 k g t o c ( m 3 d ) ，h r t 为2 4 d 时，a h b f 法的t o c 去除率能达到8 1 4 。加拿大h a l i f i a ) 【h i g l l w a ) r 填埋场采用厌氧生物滤池， 取得了较好的处理效果【w 。 但是厌氧生物处理工艺易受环境条件及干扰物质影响，低温下处理效果明显变 差。m s s u i l g 等1 2 0 j 在研究韩国处理设施处理效果不稳定的原因时发现，温度和水力 停留时间对处理效果有较大影响。原设施在h r t 为4 6 天时，c o d 去除率仅有o 1 6 ；延长h r t 至1 0 天，可将c o d 去除率提高到2 0 左右；而提高温度至3 5 时， 处理效果比在常温下提高1 2 1 4 倍，c o d 去除率可达3 0 左右。另外厌氧法对管 理操作要求非常严格，厌氧菌在有氧气的条件就会失去活性；抗冲击负荷能力较差， 菌驯化适应时间较长，一般在3 6 个月。厌氧法处理的出水水质不能达到很好的水 平，但它作为高浓度有机废水在好氧处理前的预处理是经济有效的。 ( 3 ) 厌氧- 好氧联合处理 在现行的渗滤液处理工艺中，大多采用厌氧一好氧组合处理系统。实践表明，采 用该工艺既经济合理，处理效率又较高，不仅可以较有效的去除c 0 d 。和b o d ，还 可较好的去除氮和磷等。 广州市环境卫生研究所对广州市大田山垃圾填埋厂渗滤液进行厌氧气浮好氧试 验，进水水质c o d 。为8 0 0 0 m l ，b o d 5 为5 0 0 0 m 妒。，s s 为7 0 0 m 叽，p h 为7 5 ， 处理后水质c o d 。，为1 0 0 0 m l ，b o d 5 为6 0 m l ，s s 为5 0 0 m l ，p h 为6 5 7 5 。 b o r z a c c o n i 等用u a s b + r b c 组合工艺处理高浓度垃圾渗滤液( c o d 。，1 8 5 0 0 m l ， b o d 5 1 0 5 0 0 m l ，n h 3 - n 1 5 0 0 m 班等) ，经过厌氧阶段( u a s b ) 处理，c o d 。r 4 0 0 0 m g ，l 以下。再经过好氧阶段( r b c ) 处理，出水c o d 。降到1 2 0 0 m 叽左右。整个系统的 污泥产量仅是用好氧处理时的一半。王宝贞【2 l j 采用a ( 缺氧活性污泥) b ( o 淹没 式生物膜) 复合工艺处理苏州七子山填埋场的渗滤液，c o d 。n h 3 n 和i n 去除率 分别为9 4 2 、9 5 1 和7 3 9 ，使得其出水c o d 浓度可在1 0 0 0 m g ，l 以下。 李引”j 采用u a s b 好氧膜生物炭反应器( m b a c ) 联合处理工艺对垃圾渗滤液 进行处理，在进水c o d 。，为5 0 0 3 0 0 0 m l ，b o d 5 3 0 0 l9 0 0 m l ，氨氮1 4 6 5 7 1 0 7 1 5 m l ，水力停留时间为1 9 3 0 h 的条件下，组合工艺出水c o d 。降为1 4 6 8 8 0 i i l l ，b o d 5 为7 8 1 4 2 m 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。 虽然阻上各种生物工艺处理垃圾渗滤液的c o d 和b o d 去除率较高，但由于垃圾 渗滤液中难生物降解的物质较多，经过处理后的出水c o d 浓度仍较高，大部分均在 1 0 0 0 m g l 以上，不能达到国家污水排放标准要求。因此需要进一步研究新型处理工 北京化工大学研究生学位论文 艺，使渗滤液达到国家排放标准。 1 1 2 2 物理化学处理 由于垃圾渗滤液常含有较高浓度的c o d 。，、b o d 、氨氮及各种重金属离子等，可 生化性较差，在进行渗滤液处理时，需要辅助于物理化学法对渗滤液进行预处理以改 善废水的可生化性或将生化处理后剩余的难降解有机物和高浓度氨氮通过物化方法 除去以达到排放标准。常用的物化方法有吸附法、絮凝沉淀法、氧化还原法等。 化学沉淀中的一种主要方法是混凝。常用的混凝剂有硫酸铝、硫酸亚铁、三氯化 铁等，对年轻的填埋场产生的渗滤液c o d 。，和总碳的去除率一般为1 0 2 5 ，而 对老的填埋场渗滤液由于b o d 5 c o d 。的比值很小，c o d 。，和总碳的去除率可达5 0 6 5 。同时，阴离子、阳离子、中性粒子的聚合电解质可作为助凝剂以提高絮凝 速度。a a 、v o k r a n e 等【2 2 1 分别用三氯化铁和硫酸铝做渗滤液的混凝实验，当两者的投 量均为0 0 3 5 m 0 1 l 时，浊度的去除率分别为9 5 和8 7 ，c o d 。，的去除率分别为5 5 和4 2 ，达到这种最佳效果的p h 值分别为5 o 和5 5 。并认为三氯化铁比硫酸铝效 果好，实验中在采用三氯化铁作混凝剂时，加入中性聚丙烯酰胺可提高絮凝效果。国 内对此也有研究，例如王宝贞【2 3 】采用聚合氯化铝p a c 作混凝剂，焦碳作吸附剂，可 有效去除渗滤液中的c o d 。和各种重金属离子，其中p a c 的用量为4 0 0 m l ，焦炭8 1 0 l ，c o d 。，的去除率为5 8 9 ，重金属的去除率为6 0 5 ，色度的去除率为6 8 ， 并且铜几乎能完全去除。 在废水处理中，吸附法主要是利用多孔性固体物质，使废水中的一种或多种物质 被吸附在固体表面而去除的方法。常用的吸附剂有活性炭、沸石、焦炭、矾土、焚烧 炉底狄等，其中应用较广泛的是颗粒状和粉末状的活性炭。活性炭具有5 0 0 1 7 0 0 m 2 g 的比表面积，有很强的吸附能力。在渗滤液的处理中，主要用于去除水中难降解的有 机物( 酚、苯、胺类化合物等) 、金属离子( 汞、铅、铬) 和色度，一般情况下，对 c 0 d 。和n h 3 n 的去除率为5 0 7 0 。m o r a w e ，b e m d 等【2 4 j 报导了用两级活性炭 柱处理垃圾渗滤液，水中难降解的有机物和有机氯化合物以及色度的指标均可达标。 w c y i l l g 等【2 5 j 将粉末活性炭( p a c ) 投入间歇式活性污泥法反应器( s b r ) 中，由 于吸附和降解同时进行，出水水质明显比两者的单独作用好，并认为p a c s b r 法的 处理费用比传统的粒状活性炭吸附技术或者生物降解与活性炭联合处理法要低。m p i r b a z a r i 等【2 6 j 用生物活性颗粒炭，即在活性炭上培养生物膜以降解有机物，发现生物 吸附处理渗滤液或者高浓度的废水有很大的潜力，而且总碳的去除和生物浓度与生物 增长曲线密切相关。活性炭吸附法处理程度高，对水中的绝大多数有机物都有效，可 适应水量和有机物负荷的变化，粒状炭可再生后重复使用，设备紧凑，管理方便。但 是活性炭吸附易受p h 值、水温及接触时间等因素的影响。 1 0 北京化工大学研究生学位论文 化学氧化还原处理方法：利用强氧化剂将废水中的有机物氧化分解为小分子的碳 氢化合物或将有机物完全矿化为c 0 2 和h 2 0 。f e n t o n 试剂是目前应用较多的一种催化氧 化法。它利用羟基自由基的强氧化性对废水中的有机物进行氧化处理和试剂中的铁离 子进行混凝沉淀。张晖等【27 j 利用强f e i l t o n 试剂对垃圾渗滤进行处理，对于老化的垃圾 填埋场的渗滤液，当药剂投加量大约为o 1 m o l 几时，其c o d 的去除可达6 7 5 以上。 宫磊等【2 s 1 采用f e m o n 试剂氧化和化学沉淀法联合处理垃圾渗滤液，对c o d 。和氨氮具 有良好的去除效果，去除率分别达到6 8 和9 8 以上，经处理后的渗滤液b o d 5 c o d 值为0 6 7 ，氨氮含量为3 4 m g ，l ，渗滤液的可生化性大大改善。a n t o n i ol o p e z 等【2 9 】用 f e m o n 法预处理成熟填埋场的渗滤液以提高其可生化性，其初c 0 d = 1 0 5 4 0 m l ， b o d 5 = 2 3 0 0 m l ，当f e ”= 2 7 5 m l ，h 2 0 2 = 3 3 0 0 m g ，l 时，渗滤液p h 调到3 o ，反应2 h 后，能达到预期的目标b o d 5 c o d 三o 5 。m j l 叩e s 等【3 0 】用两种高级氧化技术( f e 2 + ， h 2 0 2 u v 和h 2 0 2 厂u ) 处理成熟填埋场的渗滤液以提高其可生化性，对于f e 2 + h 2 0 2 ，u v 系统，当加入h 2 0 2 和f e ”的量分别为2 0 0 0 m g l 、1 0 m g l 时，可使b o d 5 c o d 由0 1 3 增 加到o 3 7 ：对于h 2 0 2 u v 系统，当加入3 0 0 0 m g lh 2 0 2 时，可使b o d 5 c o d 由o 1 3 增加 到o 4 2 。后续的活性污泥工艺几乎能去除剩余的所有c o d 和色度。 1 2 无机絮凝剂发展概述 随着我国经济的发展，用水量急剧增加，工业废水也相应增加，无论是饮用水还 是工业废水都要经过处理才能使用或排放。目前国内外有关水处理的报道很多，有絮 凝沉淀法、生化法、电化学法、离子交换法、吸附法、膜分离法等，其中絮凝沉淀法 是应用最为广泛、最经济的处理方法。 絮凝是用水和废水处理工艺中应用最普遍的关键环节之一，它在很大程度上影响 着后续流程的运行工况，最终出水质量和成本费用，因而成为环境工程中重要的科技 研究开发领域。高效的絮凝技术系统应该由优异的絮凝剂、反应器和自控投药三方面 紧密结合而成，其中絮凝剂起核心作用。絮凝剂分无机、有机、复合、微生物四大类， 其中无机絮凝剂由于其价格低廉，无毒，处理效果好，易于储运而引起中外学术界和 企业界的高度重视。 无机絮凝剂从无机低分子絮凝剂到无机高分子絮凝剂以及无机和有机相结合的 组合式絮凝剂，它经历了一百年的发展历史，尤其是2 0 世纪6 0 年代开始出现无机高 分子絮凝剂，大大拓宽了无机絮凝剂的应用范围。 1 2 1 传统的无机低分子絮凝剂 常用的无机低分子絮凝剂有硫酸铝、明矾、三氯化铁、硫酸亚铁等，其中硫酸铝 北京化工大学研究生学位论文 是最重要的无机絮凝剂之一，也是当今世界上生产量最大的无机盐【3 ”。 尽管如此，随着人们生活水平的日益提高，保护环境意识日益加强，加上随着工 业的发展，工业废水种类繁多成分复杂，传统的无机低分子絮凝剂满足不了人们对处 理水的要求。由于它的化学结构过于简单，无机低分予絮凝剂在低温低浊下的处理性 能差、处理后水中残余可溶性铝含量高、易受氯等离子和盐类的影响、絮体含水率高、 沉降速度慢，因而给后续污泥处理工序带来负担，增加成本费用，甚至有的絮凝剂如 铁盐具有对设备管道的腐蚀性。因此人们在不断地探索新的具有高效的絮凝剂。 1 2 2 单组分型无机高分子絮凝剂 单组分型无机高分子絮凝剂主要分为阳离子型和阴离子型。 1 2 2 1 阳离子型 阳离子型主要有聚合氯化铝( 铁) 、聚合硫酸铝( 铁) 等。 聚合氯化铝( p a c ) 又名碱式氯化铝( b a c ) ，于2 0 世纪6 0 年代在同本首先进 入水处理实用阶段。我国在2 0 世纪7 0 年代初有生产报道。实际应用表明，p a c 絮凝 效果为传统低分子铝盐的2 3 倍，具有投加量少，对水体p h 值影响小，矾花形成速 度快、适宜的投加范围广等一系列优点，在提高水处理质量方面表现了极大的优越性， 尤其是在高浊度水处理方面。p a c 对水浊度和色度有很好的去除率，对c 0 d 、b o d 、 重金属离子和放射污染物等也有作用，但效果不是很理想。据报道，在低温下，p a c 仍有良好的絮凝效果。在弱酸性条件下，羟铝比为2 4 ：l 的p a c 在低温下的效能比在 常温下好【3 2 】。传统的p a c 的