垃圾渗滤液生物、物化处理工艺及机理研究

论文摘要

垃圾渗滤液是一种危害较大的高浓度有机废水,如不妥善处理,会对周围环境及地下水造成严重污染。但由于垃圾渗滤液的水质水量波动较大,垃圾渗滤液的处理工艺取决于垃圾的组成、垃圾渗滤液中有机物的降解特性以及垃圾的填埋年限和填埋方式等,采用单一的生物、物理化学处理方法都不理想。论文立足于垃圾渗滤液实际处理需要,以节约成本,提高垃圾渗滤液中有机物去除率,加快反应速率为目的,探索垃圾渗滤液处理新工艺。通过厌氧生物处理、吹脱、絮凝和高级氧化组合工艺处理垃圾渗滤液,研究不同工艺对垃圾渗滤液的处理效果,对工艺参数进行优化,分析有机物降解机理,建立动力学模型,并通过毒性生物检测,评价不同工艺处理后的垃圾渗滤液出水对环境的影响。垃圾渗滤液厌氧生物处理方面的研究:比较加入颗粒活性炭和粉末活性炭对垃圾渗滤液中COD、NH3-N和金属离子的降解效果。结果表明,单独的颗粒活性炭和粉末活性炭对垃圾渗滤液中COD、NH3-N和重金属的吸附作用不理想。厌氧生物处理中加入活性炭,能促进垃圾渗滤液中有机物的降解,加快垃圾渗滤液的产气速率,提高产气量,增加Fe、Zn、Cu、Cd四种金属元素的去除率;其中,加入颗粒活性炭的反应器,NH3-N、COD和金属元素的去除率最高,产气量也最高。主要原因是在厌氧反应器中加入颗粒活性炭,促进了厌氧颗粒污泥的形成。垃圾渗滤液吹脱及絮凝处理方面的研究:将厌氧生物处理后的垃圾渗滤液,通过吹脱预处理,COD和NH3-N浓度分别下降到2372mg/L和295.7mg/L。再将吹脱预处理的垃圾渗滤液通过絮凝处理,结果表明,硫酸铁、聚合硫酸铁和聚氯化铝铁三种絮凝剂能有效去除垃圾渗滤液的色度、浊度和COD,pH值为5的聚合硫酸铁对垃圾渗滤液的色度、浊度和COD去除效果最好;添加有机高分子阳离子絮凝剂聚丙烯酰胺（CPAM）作助凝剂,能提高垃圾渗滤液的色度、浊度和COD去除率。通过正交实验确定絮凝工艺处理垃圾渗滤液的优化条件是:pH值为5.2,PFS浓度为9.10 mmol/L,反应时间8 min,助凝剂CPAM浓度5 .00mg/L。在此优化实验条件下,垃圾渗滤液的色度去除率为75.6%,浊度去除率为93.6%,COD去除率为56.7%。垃圾渗滤液深度氧化处理方面的研究:将絮凝处理后的垃圾渗滤液分别进行UV/Fenton、US/Fenton和MV/Fenton高级氧化处理,确定这三种高级氧化技术的优化条件,比较他们在优化条件下对垃圾渗滤液COD和色度的去除效果,并对其相关机理进行研究。结果表明,UV/Fenton反应中,当pH值为2.5,Fe2+浓度为5 .00mmol/L,H2O2浓度为5.70×102 mmol/L时,反应120 min,垃圾渗滤液的色度和COD去除率分别达到最高值99.1%和86.2%;在此条件下的表观动力学方程为:V=-dP/dt=2.6×10-8×P1.92×F1.79×E1.67。对于US/Fenton反应,当Fe2+浓度为5.00 mmol/L,H2O2浓度为5.70×102 mmol/L,pH值为2.5,超声功率为100 W,超声频率为45 kHz时,反应90 min,垃圾渗滤液的色度和COD去除率分别达到最高值99.1%和83.4%;其表观动力学方程为:V=lg-（dP/dt）= 1.0×10-7×P0.86×F2.34×E0.87×H0.82。对MV/Fenton反应,当Fe2+浓度为15.00 mmol/L,H2O2浓度为5.70×102 mmol/L,pH值为2.5,微波功率为800 W时,反应120 s,垃圾渗滤液的色度和COD去除率分别达到最高值99.7%和79.2%;其表观动力学方程为:V=lg-（dP/dt）= 7.0×10-22×P0.74×F0.62×E2.18×H2.69。这三种高级氧化处理技术对垃圾渗滤液的色度和COD去除率都高于单独的Fenton反应,而且,日光、超声波、微波三种催化诱导方式都与Fenton试剂存在协同作用。垃圾渗滤液经过这三种高级氧化技术处理后,大分子有机物都被氧化为小分子有机物及二氧化碳和水。三种高级氧化工艺中,UV/Fenton对垃圾渗滤液中的COD去除率最高（86.2%）,但反应所用时间也最长（120 min）,MV/Fenton对垃圾渗滤液中的COD去除率最低（79.2%）,反应所用时间也最短（120 s）;三种氧化处理工艺,不论其降解机理如何,垃圾渗滤液的降解产物都相似,三种处理工艺的降解产物的紫外吸收峰都在210～220nm。垃圾渗滤液急性毒性检测方面的研究:用不同工艺处理后的垃圾渗滤液培养甘蓝种子144 h,观察其种子萌发状况,检测垃圾渗滤液对甘蓝种子萌发的毒性作用。研究结果表明,垃圾渗滤液的浓度越低,对甘蓝种子萌发的毒性也越小,种子萌发率也越高。垃圾渗滤液原液对甘蓝种子萌发的毒性最大,经厌氧生物处理后,毒性有所降低,垃圾渗滤液经絮凝处理后,对甘蓝种子萌发的毒性明显降低。垃圾渗滤液经高级氧化技术处理后,对甘蓝种子萌发的毒害作用虽然降低,但毒害作用依然存在。三种高级氧化技术对垃圾渗滤液毒性的影响差别不大。随着垃圾渗滤液经厌氧生物处理、絮凝和高级氧化处理,垃圾渗滤液的毒性和GT50逐渐降低,EC50逐渐增加。垃圾渗滤液经厌氧生物处理后,再通过吹脱、絮凝和UV/Fenton后续物化处理,垃圾渗滤液的COD浓度由5.05×104 mg/L降低到142 mg/L,达到国家污水三级排放标准,色度和悬浮固体SS达到国家污水一级排放标准（GB18918-2002）。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 垃圾渗滤液的产生与水质特征
• 1.1.1 垃圾渗滤液的产生
• 1.1.2 垃圾渗滤液的水质特征
• 1.2 垃圾渗滤液水质影响因素分析
• 1.2.1 垃圾成分对垃圾渗滤液水质的影响
• 1.2.2 填埋场填埋时间对垃圾渗滤液水质的影响
• 1.2.3 填埋工艺对垃圾渗滤液水质的影响
• 1.2.4 填埋操作运行方式对垃圾渗滤液水质的影响
• 1.3 垃圾渗滤液的危害
• 1.4 垃圾渗滤液的处理技术与工艺
• 1.4.1 垃圾渗滤液的处理技术
• 1.4.2 垃圾渗滤液的处理工艺
• 1.4.3 垃圾渗滤液处理技术研究进展
• 1.4.4 垃圾渗滤液处理存在的问题
• 1.5 生物检测技术在环境污染控制领域的研究进展
• 2 课题背景及意义
• 2.1 课题背景
• 2.2 研究的目的及意义
• 2.3 主要研究内容及创新点
• 2.4 主要技术路线
• 3 活性炭-厌氧消化技术处理垃圾渗滤液的试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验设备
• 3.2.3 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 活性炭在垃圾渗滤液处理过程中的吸附效应
• 3.3.2 活性炭-厌氧消化技术对垃圾渗滤液中有机物去除效果的影响
• 3.3.3 活性炭-厌氧消化技术对垃圾渗滤液中金属元素去除效果的影响
• 3.4 小结
• 4 絮凝技术处理垃圾渗滤液的试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 实验设备
• 4.2.3 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 不同浓度的絮凝剂对垃圾渗滤液色度、浊度和COD 去除率的影响
• 4.3.2 不同pH 值对垃圾渗滤液色度、浊度和COD 去除率的影响
• 4.3.3 PFS 在不同pH 值对垃圾渗滤液色度、浊度和COD 去除率的影响
• 4.3.4 PFS 在不同时间对垃圾渗滤液色度、浊度和COD 去除率的影响
• 4.3.5 助凝剂CPAM 对垃圾渗滤液色度、浊度和COD 去除率的影响
• 4.3.6 垃圾渗滤液的絮凝条件优化
• 4.4 小结
• 5 高级氧化技术-UV/Fenton 处理垃圾渗滤液的试验研究
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 实验材料
• 5.2.2 实验设备
• 5.2.3 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 2+和H₂O₂ 配比对垃圾渗滤液色度和COD 去除率的影响'>5.3.1 不同Fe²⁺和H₂O₂ 配比对垃圾渗滤液色度和COD 去除率的影响
• 5.3.2 不同辐照时间对垃圾渗滤液色度和COD 去除率的影响
• 5.3.3 不同pH 值对垃圾渗滤液色度和COD 去除率的影响
• 2+浓度对垃圾渗滤液色度和COD 去除率的影响'>5.3.4 不同Fe²⁺浓度对垃圾渗滤液色度和COD 去除率的影响
• 2O₂ 浓度对垃圾渗滤液色度和COD 去除率的影响'>5.3.5 不同H₂O₂ 浓度对垃圾渗滤液色度和COD 去除率的影响
• 5.3.6 UV/Fenton 处理垃圾渗滤液的优化条件
• 5.3.7 UV/Fenton 处理垃圾渗滤液的反应动力学
• 5.3.8 UV/Fenton 处理垃圾渗滤液的机理
• 5.4 小结
• 6 高级氧化技术-US/Fenton 处理垃圾渗滤液的试验研究
• 6.1 引言
• 6.2 材料与方法
• 6.2.1 实验材料
• 6.2.2 实验设备
• 6.2.3 实验方法
• 6.3 结果与讨论
• 2+和H₂O₂ 配比对垃圾渗滤液色度和COD 去除率的影响'>6.3.1 不同Fe²⁺和H₂O₂ 配比对垃圾渗滤液色度和COD 去除率的影响
• 6.3.2 不同超声频率对垃圾渗滤液色度和COD 去除率的影响
• 2O₂ 浓度对垃圾渗滤液色度和COD 去除率的影响'>6.3.3 不同H₂O₂ 浓度对垃圾渗滤液色度和COD 去除率的影响
• 2+浓度对垃圾渗滤液色度和COD 去除率的影响'>6.3.4 不同Fe²⁺浓度对垃圾渗滤液色度和COD 去除率的影响
• 6.3.5 不同超声功率对垃圾渗滤液色度和COD 去除率的影响
• 6.3.6 不同pH 值对垃圾渗滤液色度和COD 去除率的影响
• 6.3.7 US/Fenton 处理垃圾渗滤液的优化条件
• 6.3.8 US/Fenton 处理垃圾渗滤液的反应动力学
• 6.3.9 US/Fenton 处理垃圾渗滤液的机理
• 6.4 小结
• 7 高级氧化技术-MV/Fenton 处理垃圾渗滤液的试验研究
• 7.1 引言
• 7.2 材料与方法
• 7.2.1 实验材料
• 7.2.2 实验设备
• 7.2.3 实验方法
• 7.3 结果与讨论
• 2+和H202 配比对垃圾渗滤液色度和COD 去除率的影响'>7.3.1 不同Fe²⁺和H202 配比对垃圾渗滤液色度和COD 去除率的影响
• 2O₂ 浓度对垃圾渗滤液色度和COD 去除率的影响'>7.3.2 不同H₂O₂ 浓度对垃圾渗滤液色度和COD 去除率的影响
• 2+浓度对垃圾渗滤液色度和COD 去除率的影响'>7.3.3 不同Fe²⁺浓度对垃圾渗滤液色度和COD 去除率的影响
• 7.3.4 不同微波功率对垃圾渗滤液色度和COD 去除率的影响
• 7.3.5 不同pH 值对垃圾渗滤液色度和COD 去除率的影响
• 7.3.6 MV/Fenton 处理垃圾渗滤液的优化条件
• 7.3.7 MV/Fenton 处理垃圾渗滤液的反应动力学
• 7.3.8 MV/Fenton 处理垃圾渗滤液的机理
• 7.4 小结
• 8 垃圾渗滤液植物种子萌发毒性检测
• 8.1 引言
• 8.2 材料与方法
• 8.2.1 实验材料
• 8.2.2 实验设备
• 8.2.3 实验方法
• 8.3 结果与讨论
• 8.4 小结
• 9 结论与建议
• 9.1 结论
• 9.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录