（环境工程专业论文）生物絮凝剂（普鲁兰）处理渗滤液的研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要1 垃圾渗滤液是城市垃圾卫生填埋的产物，具有有机物浓度高、成分复杂、水 质变化大、处理工艺要求高的特点。生物絮凝剂作为一种新型的絮凝剂，具有无 毒、高效、易降解、无二次污染的特性而受到很多科研工作者的关注，并对其进 行了大量的研究工作，并取得了一些成果。 本文以( 普鲁兰) 生物絮凝剂作为研究对象。在普鲁兰产生菌的诱变选育的基 础上对普鲁兰进行制备，对( 普鲁兰) 生物絮凝剂在以下四个方面进行了垃圾渗滤 液处理试验研究，( 1 ) 将( 普鲁兰) 生物絮凝剂与无机低分子、有机高分子、硅 藻土等絮凝剂进行了比对试验。( 2 ) 按照正交试验设计，对普鲁兰絮凝剂与助凝 剂投加量和投加比例、混合搅拌速度、混合搅拌时间、反应搅拌速度、反映时间等 絮凝工艺条件进行了优化。( 3 ) 对( 普鲁兰) 生物絮凝剂的最佳p h 值进行了试 验验证。( 4 ) 对最佳沉降时间进行了比选。 研究结果表明：普鲁兰在加入助凝剂的条件下处理垃圾渗滤液的效果要好于其 它絮凝剂单独处理时的效果：最佳p h = 6 ；最佳沉降时间为3 0 m i n 。在最佳絮凝工 艺条件下，( 普鲁兰) 生物絮凝剂对垃圾渗滤液的处理效果较好，浊度去除率可达 到9 9 、c o d 。，去除率3 5 左右；同时垃圾渗滤液由呈黑色浑浊且恶臭的溶液， 经普鲁兰处理后变得澄清透明。 根据实验结果对e 普鲁兰) 絮凝剂絮凝机理进行了理论分析。其絮凝过程主要 是通过絮凝剂的吸附架桥作用，助凝剂对垃圾渗滤液中负电性胶体颗粒起到电中和 作用，使胶体表面的双电层压缩，为普鲁兰吸附溶液中的胶体颗粒提供了有利条件。 实验结果为( 普鲁兰) 絮凝剂的实际工程应用提供了试验依据和试验基础。 生物絮凝剂作为新型絮凝剂与无机、有机高分子絮凝剂相比具有形成絮体过程 缩短，絮体沉降速度挟，对环境不造成二次污染等优点而在水处理工艺中的应用范 围会不断提高。 关键词：垃圾渗滤液生物絮凝剂絮凝机理絮凝工艺 湖北省自然基金赍助项目( 2 0 0 1 a b b 0 1 6 ) 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t l e a c h a t ef r o ml a n d f i l li s h i g h l y c o n c e n t r a t e d o r g a n i c w a s t e w a t e r w i t ht h e f l u c t u a t i o no fl e a c h a t e sq u a l i t ya n dq u a n t i t y ，i ti sd i f f i c u l tt of i xac e r t a i np r o c e s sf o r i t s t r e a t m e n t a c c o r d i n gt o d o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lr e f e r e n c e s ，a n d c o n s u l t i n g l e a c h a t ep r o c e s s i n gt e c h n o l o g ya th o m e ，ap h y s i c a l c h e m i c a lt r e a t m e n tm e t h o do f l a n d f i l ll e a c h a t eh a sb e e nd e v e l o p e d k n o w nt ob es t r o n g l yf l o c c u l a t i n g ，h a r m l e s s ， s a f e ，e a s yt ob i o d e g r a d ea n dn o n es e c o n d a r yp o l l u t i o n ，b i n - f l o c c u l a n t s h a v eb e e n w i d e l yu s e di nm a n yf i e l d s ，s u c ha st h et r e a t m e n to fs e w a g ea n dw a s t e w a t e rf r o m f e r m e n t a t i o ni n d u s t r i e s b i o f l o c c u l a n ti su n i q u ei ni t sn o n s p e c i f i cf o c c u l a t i n g i tc a l l r e m o v ea l m o s ta l l s u s p e n d e ds o l i d s ( s s ) i ns o l u t i o n 。a san e wk i n do ff i o c c u l a n t ， b i o f i o c c u l a n t h a sa t t r a c t e dm a n yr e s e a r c h e r sa t t e n t i o n al o to fe f f i c i e n tw o r ko ni t h a sb e e nf i n i s h e d m u t a g e n e s i sa n ds e e ds e l e c t i o no ff u n g u sh a d b e e nd o n e b u i l do nt h ee x p e r i m e n t o fm u t a g e n e s i sa n ds e e ds e l e c t i o no ff u n g u s ，p u l l u l a nw a sm a k ep r e p a r a t i o n t h e f o l l o w i n gf o u ra s p e c t so fp u l l u l a nf i o c c u l a t i o ns t o d yw e r er e s u l t e df o rt h et r e a t m e n t l a n d f i l ll e a c h a t e ：( 1 ) t h ec o m p a r i s o no ft h ef l o c c u l a t i o ne f f i c i e n c yo fp u l l u l a nw i t h i n o r g a n i c 、o r g a n i cf i o c c u l a n ta n dc e l i t ew e r em a d e t h er e s u l ts h o w e dt h a tp u l l u l a n h a dah i g h e rc o d c rr e m o v a l e f f i c i e n c y t h a nt h e o t h e r s ( 2 ) i n t h e e x p e r i m e n t s ， t e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r sf o rt h el e a c h a t ef l o c c u l a t i o nb y p u l l u t a nw e r eo p t i m i z e d ，( 3 ) o p t i m a lp hr a n g eo f p u l l u l a nw a sd e t e r m i n e di nt h et r e a t m e n to fl a n d f i l ll e a c h a t e ( 4 ) t h e o p t i m a ls e d i m e n t a t i o n t i m eo ft h ef l o c c u l a t i o nw a sf i x e d t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t sp r o v e dt h a tt h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o dw a s3 5 a n d t u r b i d i t y9 9 t h es t u d yo ff l o e c u l a t i o nm e c h a n i s mw a sa n a l y z e da c c o r d i n gt ot h ef l o c c u l a t i o n e x p e r i m e n t t h ef l o c c u l a t i o no f p u l l u l a na b s o r b e da n d j o i n e ds u b s t a n c e p o s i t i v ei o n i i 华中科技大学硕士学位论文 n e u t r a l i z ee l e c t r on e g a t i v i t yo fs u b s t a n c e t h i sa c t i o nc o n d e n s ed u a le l e c t r i cl a y e ra n d p r o v i d e f a v o r a b l ec o n d i t i o nw h i c hp u u u l a na b s o r b e ds u b s t a n c e b i o f l o c c u l a n ti sak i n do fn e wo n e si nc o m p a r i s o nw i t ho r g a n i co ri n o r g a n i c f l o c c u l a n t s t h es e t t l i n gp r o c e s si sm u c h f a s t e rt h a n o r g a n i ca n di n o r g a n i cf l o c c u l a n t s k e yw o r d s ：l e a c h a t e ，b i o f l o c c u l a n t ，f l o c c u l a t i o nm e c h a n i s m ，f l o c c u l a t i o np r o c e s s i n g i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位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。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出 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：幻刍山 日期：矗呼每i j 7 月乎日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文。 保密口，在 一年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密口。 ( 请在以上方框内打“”) 、 学位论文作者签名：岛丢止 日期2 如牛年，月a 日 指导教师签 日期：年厂月岔日 华中科技大学硕士学位论文 1 城市垃圾及渗滤液处理概况 1 1 城市垃圾处理方法 随着人们生活水平的不断提高，生活垃圾的产生量也在不断增长。据不完全统 计美国是世界上垃圾排放量最大的国家，每年达2 0 多亿吨，年人均产垃圾量约为 8 0 0 k g 左右：英国、法国、荷兰三国的人均年垃圾量分别为3 2 0 、2 7 0 、2 1 0 k g 。日 本年产生活垃圾为5 0 0 0 万t 人均约5 0 0 k g 【l 】。依照国家环保总局的统计结果显示， 我国城市垃圾年产生量以每年8 的速度递增，1 9 9 9 年已达1 4 亿吨，仅少数垃圾 进行了无害化处理，垃圾围城现象比较普遍，二次污染严重。截至2 0 0 2 年，全国 生活垃圾清运量为1 3 6 3 8 万吨，比2 0 0 1 年增加1 2 ；其中生活垃圾无害化处理量 为7 4 0 4 万吨，比2 0 0 1 年减少5 6 ，生活垃圾无害化处理率为5 4 3 。虽然“十五”期 间，新增城市垃圾无害化处理能力1 5 万吨日。但垃圾的递增速度远远大于垃圾的 无害化处理的速度【2 l 。目前，国内外已开发出各种方法以期实现城市生活垃圾无害 化、减量化、资源化。但能够在工程上被广泛采用的仍然是填埋、焚烧和堆肥3 种方法。 三种城市垃圾处理技术对于城市垃圾的有效处理都起到了有效的减量化、无害 化、资源化的作用。但从经济和技术角度讲，城市垃圾卫生填埋比较简单易行，运 行费用较低。一般垃圾卫生填埋场可以运行1 0 年以上，封场后可以作为其它场地 使用。但垃圾填埋场要求用地面积较大，对地质、地貌要求较高，场地初期处理投 入较大，填埋期间和封场后会产生大量的渗滤液。堆肥法在城市垃圾处理中除建设 初期要求对堆肥场地及构筑物的技术处理较高。虽然场地占用面积相对垃圾填埋场 较小，但其建成后的运行控制管理较严格，运行中的能耗较高，后期的产品肥料 不易找到市场。垃圾焚烧作为城市垃圾处理的新型处理方法具有处理效率高，垃圾 减量化程度较高，占地面积小，可以为人们提供能源等优点。但在垃圾燃烧的过程 中易产生有害气体，如尾气中含二恶英等物质，对大气造成污染：对周围居民会产 生毒害。同时由于垃圾成分的不同其热值较低，使得垃圾焚烧的费用较高，有些地 华中科技大学硕士学位论文 方甚至更高。这使得城市垃圾焚烧技术在应用上受到了限制。三种处理方法的比较。 见表1 - 1 。 表1 - 1 城市垃圾处理方法比较 1 2 渗滤液的产生、特性及处理技术现状 随着经济的发展，城市规模的扩大，由城市生活垃圾所造成的环境污染日益严 重。如何控制城市生活垃圾所造成的污染，已经成为全球亟待解决的重大课题之一。 目前，垃圾卫生填埋仍然是国内外广泛采用的处理城市生活垃圾的重要方法1 6 1 。美国 填埋处置的垃圾量占垃圾总量的6 0 7 0 ，日本填埋处置的垃圾量占总量的2 0 2 华中科技大学硕士学位论文 以上。近年来，我国已经陆续兴建了一批城市生活垃圾卫生填埋场。这些填埋场由于 渗滤液处理不当或处理工艺中存在问题，已对环境造成了二次污染，使垃圾的卫生填 埋失去了应有的价值和意义。 渗滤液主要是由于垃圾自身的含水率、易降解有机物、当地降水情况及填埋场 自身地下水等因素共同作用，使得垃圾填埋后产生的渗出溶液。渗滤液的产生主要 受以下三个方面的影响：( 1 ) 大气降水和径流。( 2 ) 垃圾自身所含的水分。( 3 ) 填埋后微生物对垃圾厌氧分解作用所产生的水。渗滤液的污染负荷主要是由于微生 物的厌氧分解和降雨的淋溶作用而带来的。垃圾填埋后，在微生物作用下，垃圾中有 机物经过好氧反应和厌氧反应产生降解。由于垃圾中溶有的氧气少，好氧反应速度 快，致使好氧反应很快终止而进入厌氧反应。一般好氧反应只持续几十天，而厌氧反 应则要持续数十年。垃圾中有机物的降解主要是通过厌氧反应来完成的。再经过溶 解、淋洗等作用使垃圾中原有的、以及垃圾降解后产生的大量污染物进入渗滤液中， 以致渗滤液污染物浓度特别高。另外，由于垃圾降解产生的c o z 溶于渗滤液以后， 使渗滤液偏酸性，这种酸性环境使得不溶于水的碳酸盐、金属及其金属氧化物等无 机物发生溶解，一般渗滤液水质随填埋时间的不同而发生变化。垃圾中有机物不断 地降解，渗滤液也会不断地产生，其有机物的降解可用一级反应动力学方程式表示： c 。= c o “t 为反应时间，k 为有机物降解速度常数，c o 为t = 0 时有机物的浓度，c 。为 t 时有机物的浓度。k 是各种有机物降解反应速度的综合反映，k 与反应温度、垃 圾成分等因素有关。渗滤液流量则与垃圾和覆土的含水率、垃圾压密程度、地表水 和地下水以及降雨的渗透量有关。对于采取了阻水措施的卫生填埋场，渗滤液主要 受降雨的影响j 其流量也随之而变化。填埋场渗滤液的流量可根据下列公式估算： q = ( c i a t + c 2 a 2 + c 3 a 3 ) i x l 0 4 + v 。c 渗滤液的比率，为无量纲常数。c 值随覆土坡度、 垃圾种类、垃圾含水率、降雨强度、蒸发量等因素变化而交。一般情况下c = 0 - 3 0 8 ，据某些填埋场实测值c 仅为0 3 0 4 。 按1 9 9 9 年我国城市垃圾年产量1 4 亿t ，每年以8 的速度递增。我国大陆平 均年降雨，强度为6 4 8 m m 来计算7 1 。依据简化公式q = c a i x l 0 。3 粗略估算1 9 9 9 - - 2 0 0 4 年我国渗滤液的年产出量见表1 2 3 华中科技大学硕士学位论文 垃圾填埋所 需总容积 ( x 1 0 4 n 1 3 ) 填埋场总集 雨面积 ( 1 0 4 m 2 ) 渗滤液量 ( 1 0 4 m 3 ) 2 3 5 9 9 0 。02 5 4 8 6 9 。22 7 5 2 5 8 72 9 7 2 7 9 。43 2 1 0 6 1 83 4 6 7 4 6 7 l1 7 9 9 61 2 7 4 3 61 3 7 6 1 11 4 8 6 4 11 6 0 5 3 31 7 3 3 7 6 2 2 9 3 82 4 7 7 3 2 6 7 5 72 8 8 6 5311 7 。43 3 6 6 8 从表中可以看出我国到2 0 0 4 年渗滤液的产生量将达到年产上千万吨如果对 渗滤液不加以有效治理或者治理不当就会对地下水、地表水及周围环境造成严重的 污染。为了有效防治渗滤液的污染，国内外的学者及工程技术人员对渗滤液的性质 及处理技术做了大量的研究。探索出了多种处理渗滤液的工艺。 1 2 。l 渗滤渡的特性 渗滤液的性质取决于以下几个方面：垃圾的成分，不同的国家和地区由于其 生活水平高低的差别，造成垃圾的成分不同。一般的，发达国家和地区的垃圾成分 中有机物的含量较高，而无机物、灰份等物质较低。经济欠发达国家和地区的垃圾 中有机成分较低，无机物、灰份等含量较高。填埋时间，填埋场初期产生的渗滤 液的b o d i c o d 的比值较高，可生化性较好。利用生化处理工艺可有效的去除渗滤 液中的污染物。填埋场所在的地理位置的天气情况。一般的，降雨对渗滤液的成 分变化及产生量会造成极大的影响。填埋场设计的合理与否，对渗滤液的成分也 有一定的影响。综合各方面的资料看，渗滤液具有如下特点： 4 华中科技大学硕士学位论文 ( 1 ) 水质复杂且危害很大，张兰英等人采用g c m s d s 联用技术鉴定出垃圾 渗沥液中有9 3 种有机化合物，其中2 2 种被列入我国和美国e p a 环境优先控制污染 物的清单中 8 1 。此外，渗沥液中还含有l o 多种金属和植物营养素( 氨氮等) ，水质成 分十分复杂。 ( 2 ) c o d 。和b o d 5 浓度高。渗滤液中的c o d 。一般在3 0 0 0 5 0 0 0 0 m g l ，b o d s 一般在2 0 0 3 0 0 0 0 m g l ，浓度要比城市生活污水高出很多倍。这就要求其处理构 筑物的有机负荷率高，水力停留时间长，耐冲击负荷高。 ( 3 ) 金属含量高。渗滤液中含有1 0 多种金属离子，其中铁约为5 0 6 0 0 m g l ， 铅约为0 0 2 1 2 3 m g l ，锌约为0 0 1 3 7 0 m g l ，钾、钠约为2 0 0 2 0 0 0 m g l ，钙约 为2 0 0 3 0 0 0 m g l 。生物处理系统中如金属离子含量过高，对微生物有强烈抑制作 用，长时间运行，会导致污泥中的无机物含量增加，影响系统正常运行，一般须先调 节渗滤液的p h 值使重金属离子沉淀。 ( 4 ) 氨氮含量高。氨氮浓度随填埋时间的增加而相应增加，一般在1 0 8 0 0 m g l ， 渗滤液中的氮主要以氨氮形式存在，约占t k n 4 0 5 0 ，如此高浓度的氨氮，使微 生物营养元素比例严重失调，仅靠硝化细菌和反硝化细菌脱氮不仅不能去除，反而会 影响处理系统的正常运行，因此，在渗滤液进入生化处理前常需用物化法脱氮。 ( 5 ) 含盐量高，渗滤液中的盐主要为氯化物( 1 0 0 4 0 0 0 m g l ) 磷酸盐( 9 1 6 0 0 m g l ) ，若在缺水地区需对渗滤液回收利用时，应对其脱盐处理。 ( 6 ) 色度深且有恶臭的气味，需考虑脱色处理，臭味给运行操作带来困难。 ( 7 ) 水质变化大。填埋时间是影响渗滤液水质的主要因素。填埋初期渗滤液 b o d c o d 一般在o 4 o 7 5 ，采用生物处理可达到良好的去除效果。但随着填埋时 间的增长，垃圾层日趋稳定。渗滤液中的有机物浓度降低，可生化性差，难降解的相 对分子质量大的有枫化合物所占比例明显增大，有时b o d c o d 值甚至可降至低于 o 1 。这表明生物法处理渗滤液的效率，随垃圾填埋场填埋时间的增加而变得越来 越低，后序处理构筑物的处理负荷在逐渐加大。渗滤液的水质受季节降雨影响而波 动较大。其变化规律很难确定。 5 华中科技大学硕士学位论文 综上所述，渗滤液的水质非常不稳定，其中c o d 。b o d 5 、n h 3 - n 及金属离子 的浓度都严重超标。这对渗滤液的处理造成了一定的困难，其处理的难度较一般城 市生活污水要大的多，处理工艺也更为复杂。 1 2 2 目前国内外渗滤液处理技术 目前在国内外对渗滤液的处理呈现多样亿发展趋势。渗滤液处理工艺主要有以 下几种： 1 2 2 1 生化处理工艺：好氧生物处理及厌氯生物处理工艺 ( 1 ) 好氧生物处理工艺 好氧处理工艺主要有：好氧曝气池、好氧稳定塘、生物转盘和滴定滤池等。这 些工艺均属于活性污泥法的不同应用方式，活性污泥法可有效去除c o d 。b o d 5 、 s s 、n h 3 - n 等物质，其处理费用低，效率高。在国内外得到广泛应用。 美国和德国几个活性污泥法污水处理厂的运行结果表明，通过提高污泥浓度来 降低污泥有机负荷，获得较满意的渗滤液处理效果。美国宾州的f a l lt o w n s h i p 污 水处理厂，其渗滤液进水的c o d 。，为6 0 0 0 2 1 0 0 0 m g l ，曝气池的污泥浓度 ( 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。在体积负荷为 1 8 7 k g b o d s ( m 3 d ) 时，f m 为0 1 5 o 3 1 k g b o d 5 ( k g m l s s d ) b o d 5 的去除率为 9 7 ；在体积负荷为0 3 k g b o d 5 ( m 3 d ) 时，f m 为o 0 3 o 0 5 k g b o d s ( k g m l s s d ) ， b o d 5 的去除率为9 2 ，该厂数据表明，适当提高活性污泥浓度，使f m 在o 0 3 o 31 k g b o d s ( k g m l s s d ) ，且耗时短等特点。徐迪民等用低氧- 好氧两段活性污 泥法处理进水c o d c ，为6 4 6 6 m g l 、b o d 53 5 0 2 m g f l 、s s2 3 9 6 m g l 和p h 为一5 6 5 的渗滤水，出水c o d c ，、b o d s 、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 ， 且还有较好的n 、p 去除率( p 为9 0 5 ，凯氏氮为6 7 5 ) t 9 1 。可见采用活性污泥法 能有效地处理渗滤液。 好氧稳定塘的特点是体积大，有机负苟低但要占用大量的土地资源，处理时间 长降解速度慢。生物膜法具有微生物世代时间长，抗水量、水质负荷冲击等特点。 对渗滤液中的c o d 。b o d 5 、n h 3 - n 能有效去酬加】。与活性污泥法相比，生物膜法 6 华中科技大学硕士学位论文 具有抗水量、水质冲击负荷的优点，而且生物膜上能生长世代较长的微生物，如硝化 菌之类。u w e l a n d e r 等用悬浮载体生物膜反应器在1 0 2 6 c 下处理渗滤液以去除 n h 3 - n ，当操作达到最佳扶态时，无机氮几乎可全部去除，t n 可去除9 0 左右， 同时去除2 0 左右的c o n c ，【1 l 】。j p h e n d e r s o n 等用生物转盘( r b c ) 和序批式反应器 ( s b r ) 处理垃圾渗滤水以去除n h 3 - n ，在负荷为4 5 欧m 2 - d ) ，h r t - - - o 3 d ，t = l s 。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 卸7 d ，t = 2 0 c 时， 渗滤液经s b r 处理后可将n h 3 n 全部去除【1 2 】。c ，p e d d l e 等。用直径0 9 m 的生物 转盘处理c o d 1 0 0 0 m g l ，n h r n 5 0m g l 的渗滤液，其出水b o d 5 2 5m g l n h 3 - n 2 0 0 0 m g l ) 时，有着良好的处理效 果。厌氧法优点表现在能耗少，操作简单，处理设备负荷高，占地少，对营养物的 需求量小，产泥量小。一般认为，若以c o d 为计算依据，好氧方法碳、氮和磷的 需求量为c o d ：n ：p = 1 0 0 ：5 ：i 厌氧法为( 3 5 0 5 0 0 ) ：5 ：l 但厌氧工艺表现在出水浓度 较高，厌氧微生物对有毒物质较为敏感，厌氧反应器初次启动比较缓慢。加拿大 h a l i f l a xh i g h w a y l 0 1 填埋场渗滤液平均c o d 为1 2 8 5 0 m g l ，b o d ；c o d 为o 7 ，p h 为5 6a 采用厌氧滤池，在p h 值调至7 8 ，负荷为4 k g c o d m 3 d 时c o d 去除率可 达9 0 以上，并发现如果负荷增加去除率急剧下降【1 3 】。 ( 3 ) 厌氧一好氧生物处理工艺 对高浓度的渗滤液采用生化法处理是有效的。厌氧一好氧处理工艺是一种经济 合理处理效率高的工艺，对c o d 和b o d 的去除率较明显。l b o r z a - c c o n i 等， 采用u a s b + r b c 组合工艺处理高浓度渗滤液，进水c o d 为1 8 邓0 m g l 、b o d 5 为1 0 5 0 0 m a l 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 ) ，可去除c o d 8 0 华中科技大学硕士学位论文 以上( c o d 最大负荷2 0 k g ( m 3 d ) ， 玎r t = 2 d ) ；在好氧阶段( r b c ) ，去除c o d7 2 以上 ( c o d 负荷1 5 k g ( m 3 d ) ) ，u a s b + r b c 整个系统可去除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【。 邹莲花等，采用厌氧吹脱缺氧好氧混凝沉淀工艺处理深圳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 5 为1 5 0 0 0 m g l 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1 1 5 】。 1 2 。2 2 土地法 渗滤液的土地处理工艺包括：慢速渗滤系统( s r ) 、快速渗滤系统( 砌) 、表面漫流 ( o f ) 、湿地系统( 、l ) 、地下渗滤土地处理系统( u g ) 以及人工快滤处理系统( a r t ) 等 多种地处理系统。土地法处理工艺，主要是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固体和溶解成分，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中的蒸发量。目前用于渗 滤液处理的土地法主要是回灌法和人工湿地。c r a i g d m a r t i n 等采用曝气和表面流湿 地系统处理埋填场渗滤液，能将c o d 从1 18 2 m g l 降至l3 6 m g l 而且对于氨氮、总 磷、t s s 、t o c 、重金属等参数有6 4 9 9 的去除率。 1 2 2 _ 3 物理化学处理法 物理化学处理渗滤液的方法有活性炭吸附、化学沉淀、化学氧化、化学还原、 离子交换、气提及湿式氧化等多种方法。与生物法相比，物化法有不受水质水量变 动的影响，出水水质稳定。其对渗滤液的处理效果较好。 r 2 2 4 光氯化和光催化氧化 光氧化和光催化氧化法是在紫外光的照射下一些半导体材料的阶带电子会被 激发到导带，从而产生具有很强反应活性的电子一空穴对，当它迁移到半导体表面 后，在氧化剂或还原剂的作用下参与氧化还原反应，从而起到降解污染物的作用。 光氧化和光催化氧化是一种刚刚兴起的新型现代水处理技术，具有工艺简单、能耗 低、易操作、无二次污染等特点，尤其对一些特殊的污染物比其他氧化法更具显著 8 华中科技大学硕士学位论文 的优势，但目前国内外关于光催化降解有机物的研究尚处于理论探索阶段。罗建中 等，以t i 0 2 为催化剂用光催化氧化法处理垃圾填埋场渗滤液，并对光催化降解有机 废水的影响因素做了深入探讨，其中包括催化剂用量、p h 值、光照强度、光照时间、 水中溶解氧等因素，得出该法对渗滤液的深度处理有较好的效剿1 7 】。谭小萍等也作 了类似的研究，与罗建中等获得的结果相近【1 8 1 。w a n g 等利用聚沉光氧化处理渗滤 液，在加入f e c l 3 6 h 2 0 凝结剂后，调节p h 值为3 8 ，结果显示p h 值越低，处理 效果越好【1 9 】。c h o s 也利用光催化氧化法去除c o d 和氨氮其实验条件同样反应 了上述处理效果 2 0 1 。黄本生等人将z n o t i 0 2 复合半导体催化剂用于渗滤液的深度 处理，出水水质达到了国家排放标准2 。多相光催化法是近年来日益受到重视的污 水治理新技术之一，将成其用于渗滤液的深度处理有利于进一步提高出水水质。 i 2 2 5f e n t o n 法 f e n t o n 法是一种深度氧化技术，即利用f e 2 + 和h 2 0 2 之间的链反应催化生成o h 自由基，而o h 自由基具有强氧化性，能氧化各种有毒和难降解的有机化合物。弓 晓峰等人在利用紫外光氧化法深度处理渗滤液的研究中发现，当p h = 3 时对c o d 的去除率最高也即在酸性条件下f e n t o n 试剂光照处理渗滤液的效果最好【2 2 】。熊 忠等对渗滤液用混凝法预处理后再经f e n t o n 法处理，氧化后的渗滤液可生化性仍然 很低，之后又结合s b r 法，引入营养物质，可生化性提高，c o d 和b o d 5 去除率均 达到9 5 以上，出水水质达到排放标准 2 3 】。程洁红等利用f e n t o n - 混凝法对渗滤液 进行预处理，c o d 去除率达到6 6 9 。虽然f e n t o n 试剂价格低，反应条件温和，无二 次污染，但它只能将部分有机物氧化或偶合成可生化的化合物，而不易氧化多环芳 烃等分子量大、化学性能稳定的有机化合物【2 4 1 。 1 2 2 6 膜处理法 膜处理法是用各种隔膜使溶剂同溶质和微粒分离的一种水处理方法，根据溶质 或溶荆通过膜的推动力的大小，膜分离法可分为反渗透法、超滤、徽孔过滤等【2 5 1 。 在韩国，为处理“老龄填埋场”的渗滤液中难降解的有机物和高浓度的氨氮，使用综 合膜处理工艺，包括一个膜生物反应器和反渗透装置。处理效果为c o d 。去除率 9 华中科技大学硕士学位论文 9 7 ，总氮的去除率9 1 ，运行成本仅为传统处理方法的6 0 2 6 1 。l i n d e 等利用反渗 透法处理3 种不同的渗滤液，发现来自于普通填埋场渗滤液和含有可生物降解废物 填埋场渗滤液的处理效果很好，c o d 和氨氮去除率超过9 8 ，并发现透水量和传 导性之间有显著线性的关系【2 7 1 。近5 年来，西方一些发达国家还兴起了一种毫微 级膜过滤技术，t r e b o u e 等结合物化预处理过程进行毫微级膜过滤，能够去除难降解 的c o d ，使出水c o d 满足排放标准【2 羽。膜处理的最大问题是膜污垢，会堵塞膜孔， 对处理效率有很大影响。此外膜过滤技术费用昂贵。因此，在现有条件下，国内膜 技术还无法得到广泛应用。 综上所述国内外对于渗滤液的处理工艺的研究已呈现出多样性、灵活性的特 点，由于处理工艺所需的费用很高，经济负担过重，时间长，出水水质变化较大， 土地资源浪费等方面问题，使得垃圾卫生填埋受到一定限制。目前急需找到一种经 济、高效、稳定的处理方案，絮凝沉降法具有灵活、高效、耐高负荷冲击的特点是 渗滤液比较理想的一种处理方法，而得到广泛关注。 1 3 本章小结 结合国内外的文献和资料，对垃圾的处理技术、垃圾的成分及目前垃圾的处理 工艺进行了详细的概述。从经济条件、建设用地、人口发展及可能对环境产生的影 响等方面，分析、比较了垃圾处理工艺的的特点和适用性。指出在我国现阶段的经 济条件下，对于绝大多数地区和城市利用更先进的处理技术会带来沉重的经济负 担。但是国家“十一五规划”要求在大力发展城镇建设的同时对环境的质量控制提出 了更高的标准。针对这种情况，卫生填埋技术能更好的解决我国目前在经济和人口 的发展所带来的垃圾问题，因此卫生填埋场在我国当前以及今后相当长的一段时间 内将发展成为城镇垃圾处理的主要手段。随着填埋场数量的增多渗滤液的产生量也 在不断增加。所以对渗滤液的处理力度已成为当务之急。正是基于此，本章阐述了 卫生填埋过程中渗滤液的产生原因、产生量以及给环境带来的危害。简单介绍了国 内外渗滤液的处理技术、工艺及最新的发展趋势、特点和问题及对卫生填埋技术应 用的影响。 1 0 华中科技大学硕士学位论文 2 絮凝沉淀法的应用及本课题研究的目的 絮凝沉淀法是进行污水处理的传统工艺，能有效去除污水中的污染物。其主要 是通过絮凝剂的物理化学性质对胶体和悬浮物颗粒进行电中和与压缩胶体颗粒的 双电层、吸附及在胶体或悬浮物颗粒之间形成桥链，使胶体和细小悬浮颗粒凝聚成 较大的可沉淀的絮体。利用沉淀原理达到固液分离的目的，将水中的污染物从水中 以沉淀的形式去除。在絮凝沉淀法中最为关键的因素是絮凝剂的选择，絮凝剂对絮 凝沉淀法去除污染物的效率起着重要的作用。针对不同种类的污水，选择适当的絮 凝剂，往往成为絮凝沉淀法能否应用到污水处理工艺中以及能否有效去除污染物的 关键所在。 2 1 絮凝剂概述 絮凝沉淀法是水处理中应用广泛、操作简单并且处理成本较低的一种物理化学 方法，无论是在给水处理还是在废水处理中，絮凝法都是重要的单元操作之一，对 整个处理过程有着重要的影响。能够有效的去除水中的重金属离子、s s 、c o d 、 b o d 、n h 3 - n 等，使水质得到进一步净化，减轻后续处理工艺的有机负荷。目前， 一方面是水资源的不断减少，另一方面污水和废水的排放规模不断加大，污水和废 水的种类不断增加，水中污染物的成分日趋复杂。因此水处理的难度进一步加大， 对环境的危害日益加重。原有的传统絮凝剂己不能满足现有的絮凝技术的需要。因 而絮凝剂的研究、开发及应用已成为当今世界各国的重要研究课题之一。 2 ，1 1 絮凝剂的分类 絮凝剂按构成与性质划分，可以分为无机、有机和生物絮凝剂三大类。1 8 8 4 年美国开发出无机絮凝剂硫酸铝 a 1 2 ( s 0 4 3 】并得到应用：至今对絮凝剂及机 理的研究一直没有中断过。特别是近些年絮凝剂的研究与开发活动更是日益活跃， 新的产品体系不断涌现，从无机到生物絮凝剂；从分子结构体系到作用机理的研究 华中科技大学硕士学位论文 都取得了突破性的进展；尤其是无机和有机高分子絮凝剂的应用技术也日趋成熟和 多样化，且在相对发达地区使用的比例较高。而其他地区仍以无机低分子絮凝剂为 主，既给经济造成极大的损失又带来了新的环境问题。因此国内研究开发絮凝效率 高、成本低的絮凝剂已成为当务之急。 2 1 1 1 无机絮凝剂 无机絮凝剂分为无机低分子絮凝剂和无机聚合絮凝剂两类。其中无机低分子絮 凝剂是由无机盐组成，主要有无水氯化铝、硫酸铝、结晶三氯化铝、硫酸钾铝，硫 酸亚铁、三氯化铁。无机聚合絮凝剂是由无机低分子絮凝剂经不同的引发剂通过聚 合反应生成的一类无机聚合物。主要有聚铝、聚铁盐等。 ( 1 ) 无机低分子絮凝剂 无机低分子絮凝剂是一类低分子的无机盐主要有；无水氯化铝硫酸铝、结晶 三氯化铝，硫酸钾铝、硫酸亚铁、三氯化铁。其作用机理为无机盐溶解于水中电离 后形成阴离承和金属阳离子。由于胶体颗粒表面带有负电荷，在静电的作用下金属 阳离子进入胶体颗粒的表面中和一部分负电荷而使胶体颗粒的扩散层被压缩，使胶 体颗粒的z e t a 电位降低，在范德华力的作用下形成松散的大胶体颗粒沉降下来。 由于无机低分子絮凝剂分子量较低造成它在使用过程中投入量较大，产生的污泥量 很大、絮体较松散含水率很高，污泥脱水困难。同时无机低分子絮凝剂对溶液的 p h 值的要求较高，若处理不当则造成絮凝效果严重下降，目前无机低分子絮凝剂 普遍使用在自来水工业中，在落后的污水处理工艺中也仍然在使用。但由于其自身 的弱点有逐步被取代的趋势 ( 2 ) 无机聚合絮凝剂 无机聚合絮凝剂是目前研究比较多得一类高分子絮凝剂，它的研究与开发始于 2 0 世纪6 0 年代后期，目前它的生产和应用在全世界都取得了迅速进展。聚合氯化 铝( p a c ) 和聚合硫酸铁( p f s ) 是絮凝沉淀法处理废水常用而且十分有效的两种 无机高分子絮凝剂。当此类絮凝荆投入废水后，由于其水解形成的核络合物及氢氧 化物胶体可强烈吸附废水中的胶体微粒，通过粘结、架桥、交联等作用促使胶体微 1 2 华中科技大学硕士学位论文 粒脱稳而相互聚结沉降，从而能有效的去除水中的悬浮固体，降低b o d 、c o d 以 及重金属离子的含量，同时起到脱色、脱臭等作用。对聚铁进行改性后，可进一步 增强其絮凝效果。其发展至今正逐步取代无机低分子絮凝剂而广泛应用于多种水处 理工艺中。其具有比无机低分予絮凝剂更强的电中和能力，更高的分子量、更强的 吸附性能和更高的稳定性。同时无机聚合絮凝剂的水溶液具有一定的对酸碱的缓冲 作用使其对被处理水的p h 值要求较低，投加量较少，成本相对较低，因此有逐 步成为主流药剂的趋势。对于无机聚合絮凝剂的研究、开发，目前国内外都十分活 跃，特别是复合型无机聚合絮凝剂的工艺及性能研究已有许多报道。石太宏等人对 基于固体聚硫酸铁( p f s ) 的制备方法，实验室制备了固体聚磷硫酸铁( p p f s ) ， 并对其絮凝性能进行了研究。研究表明p p f s 絮凝剂对水中c u 2 + 和c o dm i i 在p h 值 1 0 1 1 时的去除率分别为9 0 和8 0 以上【2 ”。石宝友，汤鸿霄等人利用聚合铝与 有机高分子絮凝剂复合。试验表明其所制得絮凝剂在水处理的絮凝方面有着良好的 效果1 3 。1 。现今絮凝剂的研究与开发也已突破了原有的单一模式，这使得水处理工 艺更加多样。尤其在城市混凝强化一级处理工艺的研究中，利用在工艺流程的曝气 沉砂池前段加入无机絮凝剂，在初沉池的前段加入有机高分子絮凝剂，可以较好的 去除污水中的磷。使c o d 进一步降低，从而降低后续生物处理过程中的有机负荷 可以提高生物的降解速率【3 l 】。在侯曼玲等人对无机高分子聚合絮凝剂进行的絮凝 比较试验中分别对聚合硫酸铁( p f s ) 、聚合氯化铝( p a c ) 和聚氯硫酸铁( p f c s ) 进行絮凝研究中，聚合硫酸铁( p f s ) 、聚合氯化铝( p a c ) 和聚氯硫酸铁( p f c s ) 对废水中污染物的去除效果均较好3 2 1 。 从以上报道中可以看出，无机絮凝剂的发展方向尤其是无机聚合絮凝剂的发 展，目前已经呈现出多样化、复合化，这使得无机絮凝剂应用前景进一步拓宽 2 1 1 2 人工合成有机高分子絮凝剂 有机高分子絮凝剂是一类利用有机单体经化学聚合或高分子化合物共聚而成 的有机高分子化合物。由于其高分子链上加入了极性基团使其具有了电中和特性。 其絮凝机理是通过电中和，使高分子链与多个胶体颗粒以化学键相结合，形成桥连 1 3 华中科技大学硕士学位论文 同时高分子具有较强的吸附作用。因而形成大的胶体颗粒分子团而沉降下来。另外 絮凝过程还具有网捕卷扫作用，使得沉降更加迅速。有机高分子絮凝剂具有比较高 的相对分子质量，约在1 0 5 1 0 7 之间。目前主要有聚丙烯酰胺( p a m ) 系列( 菲 离子型聚丙烯酰胺、阳离子型聚丙烯酰胺、阴离子型聚丙烯酰胺) 、聚丙烯酸钠以 及被称为第二代有机高分子絮凝剂的聚二甲基二炳基氯化胺( p d a d m a ) 、二甲 基二烯丙基氯化胺丙稀酰胺( d m d a a c - a m ) 、( 甲基) 丙稀酰氧乙基三甲基氯 化胺丙稀酰胺( d m c - a m 共聚物) 等。有机高分子絮凝荆的相对分子质量较大。 其絮凝效果更好。广泛应用于石油开采、造纸，染料、印染等工业废水处理领域。 2 1 1 3 生物絮凝剂 生物絮凝剂是指具有絮凝沉淀作用的生物体内或分泌出的生物大分子有机物 及其改性物、或整体生物细胞，通常兼有吸附功能。主要包括生物高分子絮凝剂、 化学改性天然生