粉煤灰吸附处理渗沥液中氨氮的试验研究

论文摘要

卫生填埋法是国内外生活垃圾主要处理方法,其衍生产物渗沥液造成的污染是卫生填埋场主要环境问题,现行生活垃圾填埋场污染物控制标准GB 16889-2008中均已对垃圾填埋场水污染物排放浓度限值做出了严格规定,传统废水生物处理法对渗沥液已无法实现达标处理和排放,渗沥液处理研究已成为目前国内外废水处理的研究热点。垃圾渗沥液是一种高浓度有机难处理废水,高浓度的氨氮含量是渗沥液的水质特征之一,也是渗沥液难以生物处理的原因之一。较多氨氮物质的存在不仅使得渗沥液的C/N偏小,造成营养比例失调,增加了渗沥液生化处理的难度,而且氨氮本身也会对微生物的活性产生抑制。目前生物处理法是渗沥液组合处理工艺中的一种处理方法,如果在处理前能有效地降低渗沥液中氨氮的浓度,它将能更广泛的得到应用。因此,选题以降低渗沥液氨氮浓度为切入点,应用吸附性较好且价格低廉的粉煤灰及改性粉煤灰对渗沥液中氨氮进行吸附去除试验研究,旨在探求一种对渗沥液中氨氮的预处理方法,并为该方法的应用提供理论依据。粉煤灰改性条件优选试验得出,NaOH湿法改性粉煤灰所用NaOH的最佳浓度为lmol/L,CaO火法改性粉煤灰的CaO最佳掺加比为20%；改性后的粉煤灰比表面积由原来的10.1m2/g,分别提高至15.3m2/g、13.4m2/g。应用粉煤灰及改性粉煤灰吸附处理渗沥液中的氨氮,取得了较好的效果。试验优选所得原状粉煤灰、NaOH改性粉煤灰、CaO改性粉煤灰与渗沥液的最佳投加比分别为2g/10mL、1g/10mL、1g/10mL；最佳投加比条件下吸附平衡时间分别是180min、150min、180min,吸附平衡时3种粉煤灰对氨氮单位吸附量分别为8.743mg/g、12.360mg/g、11.024mg/g,去除率均在40%以上；通过估算,由于粉煤灰及改性粉煤灰对渗沥液中氨氮的去除作用,使得渗沥液的C/N比增加了2-2.5倍,有效地增加了C/N比,可以作为渗沥液生化处理前的预处理措施。原状粉煤灰对氨氮吸附过程受温度、pH值的影响,单因素试验表明,温度从288K到315K的条件下,去除率在298K时达到峰值；去除率随pH的变化呈“V”型。采用伪一级动力学方程、伪二级动力学方程和Elovich动力学方程分别对3种粉煤灰吸附氨氮的过程进行拟合分析,通过比较,伪二级动力学方程对3种吸附过程均有较好的描述；采用动边界模型对3种粉煤灰的吸附行为进行描述,可以得出,液膜扩散是原状粉煤灰吸附渗沥液氨氮的主要控制步骤,空隙扩散是两种改性粉煤灰吸附渗沥液氨氮的主要控制步骤；采用Dunwald-Wagner公式法估算3种吸附过程的有效扩散系数Dc分别为2.2686×10-7cm2/s、3.1480×10-7cm2/s、2.9160×10-7cm2/s。试验得出,NaOH改性粉煤灰对渗沥液中氨氮的去除效果最好,其次是CaO改性粉煤灰和原状粉煤灰,鉴于对粉煤灰进行改性会使成本增加,所以建议直接应用原状粉煤灰对渗沥液进行预处理,也可以达到较好效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 问题的提出
• 1.1.3 研究目的和意义
• 1.2 垃圾渗沥液特性与处理技术
• 1.2.1 渗沥液的产生与性质
• 1.2.2 渗沥液的污染及危害
• 1.2.3 渗沥液处理技术
• 1.2.4 渗沥液中氨氮的处理技术及存在问题
• 1.3 粉煤灰性质与利用
• 1.3.1 粉煤灰的形成与基本性质
• 1.3.2 粉煤灰利用途径
• 1.4 粉煤灰在氨氮处理中的应用
• 1.4.1 粉煤灰吸附机理
• 1.4.2 粉煤灰吸附处理渗沥液中氨氮的研究现状
• 第2章 研究目标、内容和方法
• 2.1 研究目标
• 2.2 研究内容
• 2.4 研究方法
• 2.4.1 试验材料
• 2.4.2 试验仪器和试剂
• 2.4.3 分析测试方法
• 2.4.4 粉煤灰改性物质和改性方法的选取
• 第3章 粉煤灰对渗沥液中氨氮的吸附试验
• 3.1 原状粉煤灰吸附试验
• 3.1.1 粉煤灰投加量对氨氮吸附效果的影响
• 3.1.2 反应温度对氨氮吸附效果的影响
• 3.1.3 pH值对氨氮吸附效果的影响
• 3.1.4 时间对氨氮吸附效果的影响
• 3.1.5 最佳试验条件的确定
• 3.2 NaOH湿法改性粉煤灰吸附试验
• 3.2.1 不同NaOH浓度改性粉煤灰对氨氮吸附效果的影响
• 3.2.2 NaOH改性粉煤灰最佳投加量的确定
• 3.2.3 NaOH改性粉煤灰吸附平衡时间的确定
• 3.2.4 NaOH湿法改性粉煤灰的最佳试验条件
• 3.3 CaO火法改性粉煤灰吸附试验
• 3.3.1 不同CaO掺加比改性粉煤灰对氨氮吸附吸附效果的影响
• 3.3.2 CaO改性粉煤灰最佳投加量的确定
• 3.3.3 CaO改性粉煤灰吸附平衡时间的确定
• 3.3.4 CaO火法改性粉煤灰的最佳试验条件
• 第4章 吸附动力学分析
• 4.1 吸附动力学
• 4.2 吸附动力学方程拟合
• 4.2.1 伪一级动力学方程拟合
• 4.2.2 伪二级动力学方程拟合
• 4.2.3 Elovich方程拟合
• 4.2.4 动力学方程拟合分析
• 4.3 确定吸附速率控制步骤
• 4.4 确定有效扩散系数
• 第5章 结论和建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 攻读硕士期间科研成果
• 致谢