（环境工程专业论文）高级氧化吸附协同深度处理垃圾渗滤液的实验研究.pdf

ab s t r a c t l a l l d f i ul e a c h a t ei sah i g hc o n c e n t r a t i o no r g a n i cw a s t ew a t e r i t h a ss p e c i a l l t l e so fi n t r i c a t ec o m p o n e n t s ，h i g hc o n c e n t r a t i o no fc o n t a m i n a t i o n s ，l a r g ev a r i e t y o fw a t e rc o m p o n e n t sa n dq u a n t i t y t h eu s u a l t r e a t m e n tt e c h n o l o g i e sa l ep h y s l c a 一1 c h e m i c a la n db i o l o g i c a lt e c h n o l o g i e s p h y s i c o c h e m i c a lt r e a t m e n tt e c h n o l o g y i sp o p u l a ri nf o r e i g nc o u n t r i e sw h i l eb i o l o g i c a l t r e a t m e n tt e c h n o l o g y i nc h l n a i ss t i l lp l a y i n gad o m i n a t er o l e i i lt h i sp a p e r , t h ef r e s hl a n d f i l ll e a c h a t es a m p l e sa r ec o l l e c t e df r o m t h ec h o n g k o um u n i c i p a lm u n i c i p a ls o l i dw a s t el a n d f i l l i ng u i l i nc h o n g k o ua st h er e s e a i c ho b j e c t a d v a n c e dt r e a t m e n tt e c h n o l o g yo fl a n d f i l l l e a c h a t eb ya d v a n c e d o x i d a t i o no o o p e r a t ew i t ha d s o r p t i o nw a sa p p l i e dt o t r e a tt h el a n d f i l ll e a c h a t e o nt h eb a s eo fe x p e r i m e n t s ，t h eo p t i m i s t i ct r e a t m e n tc o n d i t i o n sc o n s i d e r i n gm t hv a r i o u sp o s s i b l ei n f l u e n c ef a c t o r s ，w e r ed e t e r m i n e db ya p p l y i n go r t h o g o n a l t e s tm e t h o d a tf i r s t t h el a n d f i l ll e a c h a t ei st r e a t e d w i t hf e n t o no x i d a t i o na n dp o t a s s i u m f e m t er e s p e c t i v e l y + i nt h i sr e s e a r c h ，i n f l u e n c ef a c t o r ss u c ha sp hv a l u e ，d o s a g e o fh 2 0 2 ( 3 0 ) ，d o s a g eo ff e 2 + a n dr e a c t i o nt i m e ，w e r ec o n s i d e r a t e d t h eo p t i m i s t i co x i d a t i o nc o n d “i o ni nt h et r e a t m e n to fl a n d f i l l l e a c h a t eh a sb e e nd e t e r m i - n e db ya p p l y i n go r t h o g o n a lt e s t t h eo p t i m i s t i ce x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a - - t ：( 1 ) t h ed o s a g eo fp o t a s s i u mf e r r a t e w a s1 2 9 l ，t h er e a c t i o nt i m ew a s19 5 m i n u t e s 锄dt h ep hv a l u ew a s10 ( 2 ) t h ed o s a g eo fh y d r o g e np e r o x i d ew a s 1o m i ，i ， f e 舯u ss u l f a t ew a s3 5e d l ，t h er e a c t i o nt i m ew a s4 5m i n u t e s a n dt h e p hv a l u ew a u s4 i nt h ea d s o r p t i o ne x p e r i m e n t s ，t h em a i np a r a m e t e r s o fa d s o r 硼o n ( p h ，d o s e ，t h er e a c t i o nt i m ow e r es t u d i e d a m o n gt h e n ，t h e b e s tp 聪唧e t e rv a l u e sw e r ed e t e r m i n e d t h eo p t i m i s t i ce x p e r i m e n t a lr e s u l t s s h o w e dt h a t ：( 1 ) t h ed o s a g eo fa b 8r e s i na d s o r p t i o nw a s12 0g l ，t h e r e a c t i o nt i m ew a s7 2 h a n dt h ep hv a l u ew a s9 ；( 2 ) t h ed o s a g eo fd i a t o m i t ea d s o r p t i o nw a s 14 0 g l t h er e a c t i o nt i m ew a s7 ha n dt h ep hv a l u ew a s9 ( 3 ) t h ed o s a g eo f z e o l i t ea d s o r p t i o nw a s10 0g l ，t h er e a c t i o nt i m ew a s7ha n dt h ep hv a l u e w a s7 t h eo p t i m i s t i cm e t h o d sa n dp a r a m e t e r so fo p e r a t i o n i nt h ea d v a n c e dt r e a t - 。 m e n tt e c h n o l o g yo fl a n d f i l ll e a c h a t eb ya d v a n c e do x i d a t i o nc o o p e r a t ew i t ha d s o r p t i o nw e r es c r e e n e db ya p p l y i n go r t h o g o n a l t e s t t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h 桂林理工大学硕士论文 - o w e dt h a t ：( 1 ) t h eo p t i m i s t i ct r e a t m e n tt e c h n o l o g yo ff e n t o no x i d a t i o nc o o p e r - a t ew i t ha b - - 8r e s i na d s o r p t i o n ：t h er e a c t i o nt i m eo ff e n t o no x i d a t i o nw a s7 5 。m i n ，t h ep hv a l u ew a s4 ，f e r r o u ss u l f a t ew a s2 1g la n dt h ed o s a g eo fh y d r o - g e np e r o x i d ew a s8 m l l a tt h es a n l et i m e ，t h ed o a s g eo fa b 一8r e s i nw a s 10 0 9 l ，t h er e a c t i o nt i m ew a s6 6h o u r sa n dt h ep hv a l u ew a s9 ( 2 ) t h e o p t i m i s t i ct r e a t m e n tt e c h n o l o g yo ff e n t o no x i d a t i o nc o o p e r a t ew i md i a t o m i t ea d - s o r p t i o n ：t h er e a c t i o nr e a c t i o nt i m eo ff e n t o no x i d a t i o nw a s6 0m i n ，t h ep h v a l u ew a s3 ，f e r r o u ss u l f a t ew a s2 1 g la n dt h ed o s a g eo fh y d r o g e np e r o x i d e w a s12 m l l a tt h es a m et i m e ，t h ed o s a g eo fa b 一8r e s i nw a s14 0 9 l ，t h e a d s o r p t i o nt i m ew a s8h o u r sa n dt h ep hv a l u ew a s9 ( 3 ) t h eo p t i m i s t i ct r e a t 一 - m e r i tt e c h n o l o g yo ff e n t o no x i d a t i o nc o o p e r a t ew i t hz e o l i t ea d s o r p t i o n ：t h e r e a c t i o nt i m eo ff e n t o no x i d a t i o nw a s4 5m i n ，t h ep hv a l u ew a s4 ，f e r r o u ss u - l f a t ew a s3 5 g la n dt h ed o s a g eo fh y d r o g e np e r o x i d ew a s12m l l a tt h e s a m et i m e ，t h ed o s a g eo fa b 一8r e s i nw a s8 0g l ，t h er e a c t i o nt i m ew a s7h o u r sa n dt h ep hv a l u ew a s9 w i t h i nt h ea d v a n c e do x i d a t i o nc o o p e r a t ew i t h a d s o r p t i o n ，b o t l ll e a e h a t ec o d c ra n da m m o n i an i t r o g e na r eu pt ot h ee m i s s i o n s t a n d a r d ( g b 16 8 8 9 。2 0 0 8 ) k e y w o r d ：l e a c h a t e ，f e n t o n ，a d s o r p t i o n ，z e o l i t e 桂林理工大学硕士论文 第1 章绪论 进入2 1 世纪以来，我国的经济得剑了快速的发展，人们在享受高水平生活 的同时，城市生活垃圾也在以异常迅速的增加，人们普遍丌始关注着其处理处置 的问题。我田城市垃圾以每年1 0 的速度增长着n 2 1 。世界上城市生活垃圾的处理 方法有很多种，主要有填埋、焚烧和堆肥三种，其中卫生填埋是目前世界范围内 城市垃圾处理的主要方式口】。我国有7 0 以上的城市垃圾是采用卫生填埋的方法 进行处理的1 。卫生填埋的主要环境问题是垃圾渗滤液造成的污染。卫生填埋场 运行管理和污染防治过程中主要工作之一就是对垃圾渗滤液进行适当的处理，避 免对周边环境造成二次污染。 1 1 垃圾渗遽液的产生、特性和成分 1 1 1 垃圾渗滤液的产生 垃圾渗滤液的产生受许多方面因素影响，其水量不仅变化大而且无规律性。 垃圾渗滤液的产生主要有以下五个方面【5 。7 】： 外部地表水入渗。主要包括：一、地表径流；二、地表灌溉。 降水入渗。降水包括降雨、降雪，它是垃圾渗滤液产生的主要来源i 剐。 地下水入渗。当填埋场内垃圾渗滤液水位低于场外地下水水位，在没有设 置防渗系统或设置防渗系统已被破坏的情况，地下水就有可能渗入填埋场内。但 如果在设计施工中采取防渗措施且防渗措施未被破坏，就可以大量减少地下水的 渗入量。 垃圾填埋后，经过微生物的好养、厌氧分解产生的水分【8 】，其产生量与垃 圾的组成、温度、p h 值和填埋场内的菌种等等因素有关。 填埋垃圾自身的水分。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。垃圾自身的水分有时候是垃圾渗滤液的主要 来源之一。当垃圾含水为4 6 时，每吨( t ) 垃圾可产生0 0 7 2 2 t 垃圾渗滤液【9 】。 1 1 2 垃圾渗滤液的特性 垃圾渗滤液的外观呈深褐色乃至黑色，色度深且通常伴有腐败的恶臭。一般 来说，垃圾渗滤液的特性如下： ( 1 ) 有机污染物浓度高 研究表明，垃坡渗滤液中的有机污染物大部分都是具有毒性，且有许多还是 e p a 优先控制的污染物o 】。p i r b a z a r i 等人0 1 i 对美国b k k 公司运作的w e s tc o v i n a 桂林理工大学硕士论文 垃圾填埋场垃圾渗滤液的研究，也测出了l8 种有机污染物。张兰英等人l1 2 i 检测 出垃圾渗滤液中有9 3 种有机污染物质，其中的2 2 种已被列为我国和荚囤e p a 环境优先控制污染物的黑名单。杨志泉等人【1 3 1 在对广州大田i l j 垃圾填埋场的垃圾 渗滤液进行g c m s 分析研究表明，主要的有机污染物有8 7 种。在他们所检测 出的8 7 种有机污染物中有1 6 种所检测出来的有机物以纪被列入优先控制的黑名 单。c e c i l l i ao m a n 等i j 分析检测出垃圾渗滤液中有机污染物4 5 种。一般而言， 垃圾渗滤液中的有机物可以分为三类1 1 5 】：( 1 ) 腐殖质类的高分子碳水化合物；( 2 ) 低分子量的脂肪酸类；( 3 ) 中等分子量的黄霉酸类物质，并且垃圾渗滤液中的有 机物质的成分随填埋时间而逐渐变化。填埋初期，渗滤液中的有机物主要以可挥 发性脂肪酸为主；其次则是羟基和芳香族羟基的黄霉酸1 1 5 】；随着填埋时间的增加， 填埋场的渗滤液逐步相对的稳定，此时，垃圾渗滤液中挥发性脂肪酸含量减少， 而黄霉酸物质的比重则增加【”】。 ( 2 ) 水量、水质变化较大 垃圾填埋场在一般的情况下是一个完全敞开系统，所以自然降水就成为填埋 场内的垃圾渗滤液主要的来源部分，因此垃圾渗滤液的水量波动很大，雨季的水 量比旱季大很多。垃圾渗滤液的水质主要取决于填埋场的构造方式1 1 6 l ，并且同一 填埋场中不同的采样地点、不同的采样深度，垃圾渗滤液的组成、浓度均有变化。 垃圾渗滤液的水质还和垃圾的种类、质量、数量等等等因数有关【1 7 】。同时随着填 埋年限的增加，垃圾渗滤液污染物的组成及浓度也发生相应的变化。n a n c yr a g l e 等1 1 7 j 对垃圾填埋场做过研究，其研究的结果表明，垃圾渗滤液水量的同变化系数 可以达到很高。而“老龄 的填埋场的水量日变化系数则更加大【1 7 1 。 ( 3 ) 氨氮的含量高，c n 比例失调。 “中老年”填埋场垃圾渗滤液中有较高的氨氮含量，因此其相对较难处理。 垃圾渗滤液中氨氮浓度最高可以达5 0 0 0 m g l 以上，一般在5 0 0 m g l - - 2 1 0 0 m g l 之间居多1 1 8 i 。垃圾渗滤液中氨氮严重超标，生物脱氮所需要的碳源又严重不足， c n 过低则对常规的生物处理过程有比较强的抑制作用，且因有机碳缺乏，又难 以进行有效的反硝化以去除氮1 9 1 。有资料显示【1 9 , 2 0 l ：在好氧情况下，p h = 8 、温 度为1 5 c 时，当总氮浓度超过2 0 0 m g l 时，其中有6 的氨氮转化为n h 3 形式， 会破坏微生物的氧化作用，氨氮浓度越高，抑制性越强。s h i s k o w s k i 等人1 2 1 1 对 b u m sb o g 填埋场的渗滤液1 6 0 天的研究显示，氨氮的浓度由2 0 0 m g l 迅速增至 1 2 0 0 m g l ，最高时可达1 5 0 0 m g l1 2 2 j 。 ( 4 ) 磷含量偏低 垃圾渗滤液中的溶解性磷的含量较低。一般垃圾厂的渗滤液中由于磷元素的 缺乏而导致b o d 5 p 都大于3 0 0 1 | 9 l ，因此垃圾渗滤液一般情况不适宜采用生物法 2 桂林理工大学硕士论文 曼曼邕皇曼曼曼曼皇曼! 曼! 蔓曼量曼量曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼蔓! 鼍曼皇曼曼! 曼量曼曼鼍舅ii 葛曼皇皇曼皇曼舅 处理。 ， ( 5 ) 金属含量高 垃圾渗滤液中金属离二于主要指铅、镉、汞、砷、铬等重金属，其金属离子的 浓度与填埋的垃圾类型、组分及时间有关。重会属离子浓度超过一定量时会对微 生物产生毒害作用田】，因为它们能够和细胞中的某些蛋白质结合，而使其变性或 沉淀。只接收生活垃圾的填埋场渗出的液体中重金属离子含量较少，在好氧、厌 氧填埋中一般对微生物的影响不大l 川。但是因为国内的垃圾并未经过较为严格的 分类和筛选，所以国内垃圾渗滤液的金属离子浓度在各个填埋场中的浓度有差 异。其中铁浓度可高达2 0 5 0 m g l ，铅的浓度可达1 2 3 m g l ，锌的浓度可达 1 3 0 m g l ，钙的浓度可达4 3 0 0 m g l 2 5 1 。j o a r 等人【2 6 1 对挪威的几个填埋场重金属 离子情况进行了调查研究，结果表明垃圾渗滤液中待测重金属的含量很低。垃圾 渗滤液中的重金属含量除了f e 最高外，m n 的含量也较高，而n i 、c r 、a s 、 c u 同处一个数量级，c d 、h g 含量最低，垃圾渗滤液中重金属离子浓度呈数量级 递减可能与工业上使用量多少有关2 7 1 。一般情况下，垃圾渗滤液中多数重金属元 素因在垃圾堆体内的吸附、沉淀等衰减过程而浓度相当低，不需要特别的专门的 处理即可达标，但较高的浓度也会偶尔发生【2 7 1 。 ( 6 ) 溶解性固体浓度高 垃圾渗滤液中溶解性固体的浓度通常随着填埋时间的延长而变化【2 7 l 。国内垃 圾渗滤液的总的固体含量( t s ) 可以达到上万m g l ，然而其不可溶固体浓度( s s ) 却只有几百m g l ，溶解性固体占总固体含量的绝大部分2 引。一般填埋时间在 0 5 - 2 5 年间达到高峰值，同时含有较高含量的n a 、c i 、k 、s 0 4 2 等无机类溶解 性盐和铁、镁等金属离子【2 6 1 。此后，随着填埋时问的增加含量呈现下降的趋势， 直到最后稳定。 ( 7 ) 色度较高 垃圾渗滤液的色度一般都较高，其外观颜色在多数情况下为茶色、深褐色或 者黑色，具有极其严重的腐败臭味。 ( 8 ) 其他特点 在进行生物处理时，垃圾渗滤液一般均会产生大量的泡沫，不利于生物处理 系统的正常运行。 1 1 3 垃圾渗滤液的组成成分 垃圾渗滤液的组成成分十分复杂，影响其组成成分的因素很多，主要有啪冽： 填埋时问的长短、垃圾的约l 成、填埋的操作方式、气候情况、填埋地点的微生物 和微生物的环境、水文、地质条件等等啪1 。由于影响因素很多，也就造成了不同 3 桂林理工大学硕士论文 = l 地区的、不同填埋时期的垃圾填埋场的垃圾渗滤液的水质变化幅度很大口。 1 2 国内外垃圾渗滤液处理研究现状 现在，国内外学者采用了各种地方法去处理垃圾渗滤液，但其主要处理方法 包括以下几种： 1 2 1 垃圾渗滤液与城市污水合并处理 将垃圾填埋场渗滤液直接排入污水处理厂与城市污水合并处理，是一种简单 的处理方法。垃圾渗滤液中的c o d e r 、b o d 5 都很高，并且含有很多难降解有机 物。与城市污水共同处理时，可将其稀释而并不会造成对城市污水处理系统的正 常运转的影响。掘加拿大科研机构分析【3 2 l ，当垃圾渗滤液c o d e r 为2 4 0 0 0 m g l 左右，流量占城市污水处理厂总流量约2 左右时，污水厂的运行管理和处理效 果不受影响。当渗滤液c o d e r 为3 5 0 0 m g l 左右而流量不超过城市污水厂流量的 4 0 时，城市污水厂的处理效果也不受影响【3 2 i 。但垃圾填埋场一般离城市较远， 和城市污水处理管路有一定的距离，渗滤液与城市污水的合并的难度较大，基建 投资费用较高，并且运行、管理操作较为复杂，因而垃圾渗滤液与城市污水综合 处理一般较难用于实际。 1 2 2 土地处理法 土地处理法主要包括1 3 3 】：快速渗流系统( 刚) 、回灌法、慢速渗流系统( s r ) 、 湿地系统( w l ) 、表面漫流( o f ) 、人工快滤处理系统( a 刚) 及地下渗滤土地处理系 统叫g ) 等多种处理系统【3 玉州。但土地处理作为深度处理垃圾渗滤液，不失为一 种成本低廉的处理方法1 3 5 l 。 在2 0 世纪7 0 年代，回灌处理法第一次由美国的p o h l a n d 提出【3 们。垃圾渗滤 液回灌是一种增加填埋场内部的湿度，加速填埋场稳定化进程的简单的操作方 法，同时还能降低渗滤液有机污染物浓度【3 。据估计，英国有一半的填埋场采 用了回灌技术【3 扪。但研究发现3 9 1 ，对回灌渗滤液中有机物的去除效果随垃圾堆 体高度的增加而增加，但是进入垃圾堆体的有机负荷也不可能无限制地增加，否 则会毁坏渗滤液回灌系统。 1 2 3 生物处理法 生物法是渗滤液处理中最常用的一种方法，其运行费用相对较低、处理效率 高，不会出现化学污泥等造成的二次污染，因而被世界各国广泛采用。 目前垃圾渗滤液处理的生物法，包括好氧生物处理与厌氧生物处理。生物法 包括污泷法、曝气氧化塘、生物转盘等，厌氧法包括滴滤池、厌氧生物滤池、上 4 桂林理工大学硕士论文 流式污泥床反应器、厌氧折流板反应器等i 4 叭。与好氧法棚比，厌氧生物处理有许 多优点，最主要的是能耗少、操作简单，因此投资及运行费) t j t 氐廉；产生的剩余 污泥量少，需的各种营养物质也少；对许多在好氧条件下难于处理的高分子有机 物在厌氧时可以被生物降解【4 0 1 。但是，厌氧处理出水中的c o d 浓度和氨氮浓度 较高，一般需要进行后续处理【4 l - 4 4 1 。 1 2 4 物化处理法 物化法最早只用在处理填埋时间较长的单元中排出的渗滤液，即便是单独应 用，在去除难生化降解的污染物时仍能保持一定的去除效率h 引。渗滤液的排放标 准越来越严，物化法也逐渐被用于处理垃圾渗滤液。新产生的渗滤液中有3 0 的 有机碳时难以被微生物利用和降解的大分子聚合物的形式存在的h 引。 常用的物化学方法包括氧化法、膜过滤、吸附法等。 1 2 4 1 氧化处理法 氧化法包括f e n t o n 试剂、臭氧氧化法、光化学氧化法、辐射法、电解氧化法 和电催化氧化法等1 4 5 i 。1 9 7 6 年h o i g n e j l 第一次阐述高级氧化技术的机理和 1 9 8 7 年g l a z e 4 7 1 等人提出了高级氧化技术( a o p s ) 的概念以来，高级氧化技术已被 广泛应用于工业废水处理1 4 8 4 9 】。近来，以高级氧化技术处理垃圾渗滤液更是成为 研究的热点，在德国已1 5 座以化学氧化为深度处理工艺【4 9 l 。 f e n t o n 试剂作为一种氧化法应用于去除有机污染物是沿着光化学和电化学 两条路线向前发展的1 5 们。f e n t o n 氧化法由于反应速度快，可使结构复杂、分子 量大的有机物氧化分解5 1 1 。e j a v i e rr i v a s 等【5 2 】采用化学沉淀和f e n t o n 氧化相结 合，可以有效地处理渗滤液。h u a n j u n gf a n 等【5 3 j 采用f e 、颗粒活性碳及h 2 0 2 对垃圾渗滤液进行处理取得较好的效果。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1 5 4 l ，具有工艺简单、能耗低、易操作、无二次污染等等优点， 尤其对一些特殊的有机污染物比一般的氧化法更具优势【5 5 】。 1 2 4 2 膜分离法 欧美地区正在采用膜分离技术处理垃圾渗滤液，其中得到最为广泛的应用是 反渗透( r o ) 分离技术，且取得了很好的去除效果。我国膜技术起步较晚，7 0 年 代后开始开发各种膜组件，并得到了一定的应用。 r a u t e n b a e h 等对用膜技术处理填埋场的渗滤液进行了大量的研究1 5 剐，并且于1 9 8 9 年在s c h o n b e r g 填埋场建立了一座渗滤液r o 处理厂【5 们。目前，d t 反渗透技术 已经在北美、西欧、澳洲地区百余座渗滤液r o 处理厂得到，“泛应用，在这一领 域处于领先地位【5 7 1 。袁维芳等人对渗滤液预处理出水做的反渗透试验，证明， 桂林理工大学硕士论文 膜技术处理垃圾渗滤液足高效、可靠的。 1 - 2 4 3 吸附法 吸附法是通过使用各种类型的吸附剂处理渗滤液的一种高效的物化处理方 法。渗滤液中的有机物的主要成分是通常富含各种活性基团的腐殖质，所以对渗 滤液中有机物的吸附，应该选孔径较大，饱含活性基团的吸附剂【印j 。在吸附渗滤 液的实际研究中，各种吸附剂都得到了应用1 5 9 j 。j r o d r l g u e z i 】等对进水c o d 为 1 3 0 0 m g l 的渗滤液用颗粒活性炭吸附处理，c o d 的去处率可以达到8 5 。f j r i v a s 6 1 1 等人研究了多种活性炭对“老龄 的渗滤液的吸附，运用几种吸附模型 对吸附数据进行拟合，同时研究了吸附动力学，并且指出吸附动力学满足修改后 的一级l a g e r g r e n 方程。 石超等人【6 3 】运用硅藻土处理渗滤液，去除率为达到5 0 ，吸附容量达到 1 3 0 0 m g c o d g ，展现其较好的吸附去除性能。朱晓君等畔1 将改性后的硅藻土处 理老龄垃圾渗滤液，去除了主要悬浮物和色度，。 膨润土是一种常用的吸附剂，其具有价格低廉，阳离子交换容量高的优点， 但吸附有机物的效果不好。因此国内外都将注意力集中在对膨润土的改性研究 上。在对膨润土进行改性之后，可以大大提高其对有机物的去除效率，具有较高 的研究价值，于瑞莲等1 6 5 】用复合改性膨润土处理进水c o d 浓度为7 0 3 0 m g l 的 渗滤液，c o d 的去除率可以达到9 5 4 ，吸附去除c o d 的效果远大于天然膨润 土。 ， 随着渗滤液土地处理技术的发展，土壤作为一种天然的吸附剂，对渗滤液的 吸附也被研究者越来越深入研究。n c a l a c e l 6 6 1 等提出，土壤是优先吸附渗滤液中 低分子量腐殖质，由于低分子量腐殖质中金属离子的存在，在电负性的土壤和高 分子量腐殖质的阴离子基团之间起桥联作用，从而促进了对高分子量腐殖质的吸 附，这个机理有助于更深层次了解渗滤液的吸附特性。王斐等【6 7 1 利用土壤柱对渗 滤液进行吸附的净化试验，对c o d 的净化去除效果竟然达到9 7 1 7 。 蒙脱石具有强烈的亲水性，对有机物的吸附能力较差。但也有报道证实，层 间含有高价态金属阳离子的蒙脱石能增强对有机物的吸附能力【醯】。郑红等l 甜】将 富含各种阳离子的改性蒙脱石对垃圾渗滤液中的有机物进行吸附发现c 一蒙脱 石的吸附效果最好，c o d 吸附的去除率已达到6 0 3 。b u n i n gc h e n 等【6 9 1 就认为 这些材料的吸附机理是以有效的扩散系数的膜孔吸附模型为基础。 目前用于垃圾渗滤液吸附处理的高分子吸附剂主要是有机合成的树脂，除了 与活性炭有同样优良的空隙结构之外，树脂还具有可再生性，选择性比较高，可 以调节孔径等优点【7 0 l 。j r o d r l g u e z l 7 0 】等对进水c o d 为1 3 0 0 m g l 的渗滤液用 6 桂林理工大学硕士论文 x a d 8 树脂进行吸附处理，c o d 的去除率约为6 0 ，吸附性能远大于离二r 交换 树脂和x a d 4 树脂。邓寅生等【7 1 】利月j 粉煤灰做吸附处理渗滤液的j 下交试验，结 果显示，粉煤灰具有一定的吸附作用。 1 3 我国垃圾渗滤液处理存在的问题及发展趋势 在渗滤液处理的技术上，我国的渗滤液处理多数是一般的废水处理技术的简 单应用，处理系统的抗冲击负荷的能力较差，特别是对较高浓度的氨氮。现在， 在国际上开展了应用各种水处理方法处理填埋场渗滤液的研究工作中，国内渗滤 液的处理一般以生物法处理为主，而国际上以物理化学法的研究和运行为主。生 物法处理垃圾渗滤液，受到垃圾渗滤液水质特点的影响，对于可生化性低、难降 解的有机物，以及毒性高的废水，生物法处理的去除效果一般较差，且渗滤液中 高浓度的氨氮会对微生物有强烈的抑制作用，应用受到很大的限制；目前常用于 垃圾渗滤液处理的物理化学方法也存在较大的不足和缺陷，应用最广泛的膜处理 技术，其存在的最大的问题是膜污垢，会堵塞膜孔，对吸附处理的效果会有很大 的影响，此外膜过滤技术费用非常昂贵，因此国内膜处理技术很难得到广泛应用 和推广；渗滤液再循环虽然可以降低所含有机成分的浓度，但氨、重金属及其它 的无机物的浓度等仍保持在较高水平，因此在渗滤液再循环后有必要更深一步的 处理，而且过剩的渗滤液还要进行处理，对回灌法处理渗滤液的工艺流程、技术 参数需要进一步优化。我国垃圾填埋场渗滤液处理技术还处于探索阶段，为建设 标准化的城市垃圾卫生填埋场，对渗滤液的处理技术应作更深入、更全面、更系 统的研究是十分必要的。 用于处理垃圾渗滤液的生化处理工艺存在处理后出水的色度较高的问题， 膜处理工艺存在成本高、处理后的浓缩的废水处理较难等问题。现有的处理工艺 往往流程较长，投资和运行费用较高，而我国还处于发展中国家，需要一种技术 上可行，经济上也可以接受的处理方法来配合我国的国情治理渗滤液污染。目前， 适合我困国情、符合“高效、低耗”处理标准的渗滤液处理工艺仍处于研发阶段。 但现在还没有文献系统地报道利用高级氧化一吸附集成技术来处理生活垃圾渗滤 液中的难降解有机物来达到处理生活垃圾渗滤液的达标排放。 1 4 本课题研究的来源、内容、目的、方法和意义 1 4 1 课题来源 1 、广西自然科学基金项目：生活垃圾渗滤液优化集成高级氧化一吸附处理 新技术，项口编号：2 0 1 0 g x n s f a 0 1 3 0 1 4 ，； 7 桂林理工大学硕士论文 2 、桂林工学院青年教j j i l j 科研扶持基金项目垃圾渗滤液生物处理出水的 深度处理新方法研究，项f j 编号：桂工院科 2 0 0 7 4 ； 3 、桂林理工大学博士基金城市垃圾渗滤液重金属污染特征及植物修复 研究。 1 4 2 课题研究的内容 课题以广西桂林市冲口城市垃圾卫生填埋场的新鲜垃圾渗滤液作为研究对 象，主要研究经化学氧化和物理吸附的方法处理后，垃圾渗滤液中的c o d c ，和 氨氮的去除的情况。 研究内容主要分为以下四大部分： 1 氧化处理实验：氧化剂：高铁酸钾、芬顿试剂。氧化处理垃圾渗滤液实 验单因素有：用量、p h 值、反应时间和温度等，通过研究这些单因素来 确定各氧化剂氧化处理垃圾渗滤液的最佳单因素；并在恒定温度的条件 下，分别对二种氧化剂影响因素分别进行正交实验分析，并通过正交分 析确定最佳的氧化工艺条件。 2 吸附处理试验：吸附剂：a b 8 型树脂、硅藻土、沸石。以最佳氧化工艺 出水为原水，用a b 8 型树脂、硅藻土、沸石进行吸附处理，探讨以这 三种在用量、p h 值、反应时间的最优化的工艺条件。 3 氧化一吸附协同深度处理垃圾渗滤液。在前面探讨得出的各最佳工艺条 件下，进行j 下交试验，以确定最佳的氧化一吸附协同深度处理垃圾渗滤 液的最佳工艺。 4 在最佳的氧化一吸附协同深度处理垃圾渗滤液的条件下，探讨重金属 c r ，f e 的去除机理。 1 4 3 课题研究的目的 本研究的目的是确定一种氧化一吸附协同深度处理垃圾渗滤液的最佳工艺。 该工艺具有处理效率较高，抗水质水量冲击负荷能力强，投资和运行费用省，工 艺简单，操作维护方便等等优点。在最佳的氧化一吸附协同深度处理工艺的条件 下，探讨重金属探讨重金属c r ，f e 的去除机理。 1 4 4 课题研究的方法 本课题的研究方法由两部分组成：一、用氧化一吸附协同深度处理垃圾渗滤 液。其研究方法是：处理i j i 期先向垃圾渗滤液中投加强氯化剂使其有机物部分降 解，后期再用吸附剂进一步去除垃圾渗滤液中的有机物，找出最佳的高级氧化氧 3 桂林理工大学硕士论文 化一吸附协同深度处理垃圾渗滤液集成处理工艺。二、在最佳的氧化一吸附协同 深度处理垃圾渗滤液的工艺条件下，进一步探讨重= ；= 属c r 、f e 的去除机理。具体 的方案如下： 氧化处理实验：取一定：量的垃圾渗滤液胃于大烧杯中，投加一定量的氧化剂 后采用搅拌器搅拌，静置取上清液测c o d 。，和氨氮。研究氧化剂用量、p h 值、时 间、温度等因素对垃圾渗滤液的c o d 。，和氨氮去除效果的影响。每个实验重复做 三次。 吸附处理实验：经过氧化处理后的垃圾渗滤液出水作为吸附处理的进水。本 实验是在振荡器上进行吸附实验。在三角锥形瓶中加入一定量的吸附剂，然后再 浇入定量的渗滤液，在振荡器上振荡反应一段时间，静置一定时问后取上清液测 定c o d c ，和氨氮。研究吸附中p h 值、吸附剂用量、吸附时间等因素对垃圾渗滤液 的c 0 瞻和氨氮的去除的影响。每个实验重复做三次。 氧化一吸附协同深度处理实验：依据氧化、吸附工艺流程确定的最佳操作参 数，通过正交实验确定最佳的氧化一吸附协同深度处理垃圾渗滤液集成处理工 艺。每个实验重复做三次。 重金属的去除机理实验：在最佳的高级氧化一吸附协同深度处理垃圾渗滤 液的工艺条件下探讨重金属c r 、f e 去除机理。每个实验重复三次。 本课题技术路线图如下图i - i 所示。 图i - 1 技术路线图 9 桂林理工大学硕士论文 1 4 5 课题研究意义 进入2 l 世纪以来，我国城市的人口快速增加，城市的规模扩大和居民生活水 平极大地提高，我国城市生活垃圾的产量也在急剧增加。近1 0 年来，我国城市 化和工业化进程加快，城市垃圾总量以每年1 0 以上的速度增长，部分城市增长 率更是高达1 5 - 2 0 。按这样的增长速度测算，2 0 3 0 年将超过4 亿吨h 羽。而城 市垃圾的卫生填埋技术因其工艺简单、成本较低、管理方便和能处理多种类型废 物等优点，成为我国常用的固废处理方法m 】。国家环境监测总站对我国城市垃圾 处理厂的调查表明，卫生填埋场占垃圾处理设施的8 7 5 口驯。 垃圾渗滤液是垃圾填埋处理过程中的副产品，作为一种高浓度、多组分、易 变化的污水，垃圾渗滤液所带来的问题己经严重影响我国垃圾处理事业的健康发 展m 1 。垃圾渗滤液的污染控制是垃圾填埋技术中的一大难题h 4 。7 5 1 。2 0 0 8 年，环境 保护部针对垃圾渗滤液的处理提出了更为严格的标准：生活垃圾填埋场污染控 制标准( g b l 6 8 8 卜2 0 0 8 ) 。目前我国城市生活垃圾的新鲜渗滤液年产量约2 9 0 0 万吨，可控点源排放的渗滤液约1 5 2 0 ) j 吨，再加上填埋场、历年堆场垃圾产生的 渗滤液，年产量估计为新鲜渗滤液的数倍，而1 吨渗滤液约相当于1 0 0 d g 城市污水 所含污染物的浓度m 1 。 垃圾填埋场渗滤液中溶解性有机质的理化特性、组成成分，随填埋时间的不 同，表现出了极大差异性。因此在实际处理过程中，某种处理工艺往往对其中一 类或几类有机质的去除有良好效果，却难以去除其他种类有机物。需要进一步研 究不同处理工艺，以提高对渗滤液中不同组成成分、不同理化性质有机物质的去 除效果。 因此，能耗和二次污染最少化的新组合工艺处理技术的研究已成为我国垃圾 渗滤液处理技术研究的重要方向，也是近年来国际上环境保护领域面向2 l 世纪 的研究热点之一。特别对于经济不发达、污染源分散和渗滤液量小的地区，更应 采用成本低和操作简单的处理系统，因而污泥产量低，耗能小和维护运行简便的 新型处理系统，具有广泛的应用前景。 由于垃圾渗滤液含有难降解有机物，常用于处理垃圾渗滤液的生化处理工艺 存在处理后出水色度高的问题，而膜处理工艺存在成本高、处理后的浓缩废水处 理难等问题n 。现有的处理工艺具有流程长，投资和运行费用高，而我国还属于 发展中国家之列，需要一种技术上可行，经济上也可以接受的处理方法来配合我 国的国情去治理渗滤液所导致污染。目前，适合我国国情、符合“高效、低耗” 处理标准的渗滤液处理工艺仍处于研发阶段。因此，研究生活垃圾渗滤液优化集 成氧化一吸附处理新技术，对现代化、标准化的垃圾卫生填埋场和经济、高效垃 圾渗滤液处理：j ：程的建设和实施具有重要意义。 1 0 桂林理工大学项士论文 第2 章化学氧化处理和吸附处理的机理 化学氧化机理 化学氧化是指向污水中加入氧化剂，使有害物质变为无害物质，从而去除水 中污染物的一种处理方法，利用氧化剂可以把污水中的有机物质降解成无机物， 或者把溶于水的污染物质氧化成为不溶于水的非污染物质，以达到处理的刚7 9 1 。 下面将具体介绍高铁酸钾和f e n t o n 试剂的氧化机理。 2 1 1 高铁酸钾的氧化机理 高铁酸钾不溶于通常的有机溶剂( 如醚、氯仿、苯和其他一些有机溶剂) ，也 不溶于含水量小于2 0 的乙醇，当含水量超过这个限度，它可迅速地将乙醇氧化 成相应的醛和酮订引。高铁酸钾具有极强的氧化性，在酸性和碱性水溶液中的电极 反应如下： 酸性介质：f e 0 4 2 。+ 8 h + + 3 e f e 3 + + 4 h z o( 2 - 1 ) 酸性介质：f e 0 , 2 + 4 h ：o + 3 e f e ( o h ) 。+ 5 0 盯( 2 - 2 ) 其标准电极电势分别是2 2 0 v 和0 7 2 v ，明显高于电对m n ( v i i ) m n ( i v ) 及 c r ( v i ) o r ( i i i ) 相应的标准电极电位，是所有应用于水处理的氧化剂中氧化性 能最强的。高铁酸钾可以氧化结构较复杂，分子量较大的有机化合物和稳定性较 强无机化合物h 们。 2 1 2f e n t o n 试剂的氧化机理 f e n t o n 试剂法是采用h 2 0 2 为氧化剂、以亚铁盐为催化剂的一种氧化法。h j h f e n t o n 在1 8 9 4 年发现过亚铁离子被加入到氧化氢溶液后具有较强的氧化能力， 能在短时问内氧化分解有机物，因而把f e 2 + 的酸性溶液和h 2 0 2 的混合试剂称为 f e n t o n 试剂i 1 。f e n t o n 试剂具有反应迅速、温度和压力等反应条件缓和无二次 污染等优点而被用来处理难生物降解或一般化学氧化难以有效的有机废水。现 在，f e n t o n 试剂在工业废水处理中应用得到了国内外的广泛关注。f e n t o n 试剂反 应机理可山以下方程式表示： f e z 十+ h 2 0 5 - - f e ”+ o h 。 o h ( 2 3 ) f e 2 + + o h f e 3 + + o h ( 2 - 4 ) f e ”+ h 2 0 2 - - - f e p + h o2 + i - i + ( 2 5 ) f e 5 十+ h 2 0 2 * f e 计+ 0 2 + w ( 2 6 ) h o2 + h 2 0 2 一0 2 + h 2 0 + o h ( 2 - 7 ) r h + - 0 h ，r + h 2 0 ( 2 8 ) 桂林理工大学硕士论文 詈詈鲁兽iii, i ! r + o h - - - r o h ( 2 9 ) r + h 2 0 2 - - r o h + o h ( 2 - 1 0 ) r + f e ”一r + + f e z +( 2 1 1 ) r + + 0 2 - - r o o + - - - c 0 2 + h 2 0 ( 2 一