（环境科学专业论文）成都粘土预处理城市垃圾渗滤液中cod和氨氮的试验研究.pdf

成都理工大学硕十学位论文 s t u d y o nc o da n da m m o n i a n i t r o g e nr e m o v i n gi nl a n d f i l l l e a c h a t eb yc h e n g d u c l a y i n t r o d u c t i o no ft h ea u t h o r ：m e i j u a nz h e n g ，f e m a l e ，w a sb o r no nm a r c h2 5 ，19 8 6 w h o s et u t o rw a sp r o f y o n gw u s h eg r a d u a t e df r o mc h e n g d uu n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g yi ne n v i r o n m e n t a ls c i e n c em a j o ra n dw a sg r a n t e dt h em a s t e rd e g r e ei n j u n e ，2 0 1 1 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fu r b a n i z a t i o na n dt h ei n c r e a s i n gp o p u l a t i o n ，t h e a m o u n to fm u n i c i p a ls o l i dw a s t ei si n c r e a s i n g i tw i l lb r i n gm a n yd i f f i c u l t i e st ou r b a n d e v e l o p m e n ta n dm a n a g e m e n t ，a l s ob eas e r i o u st h r e a tt oh u m a ns u r v i v a la n dh e a l t h i nt h ep r o c e s so fl a n d f i l l ，i tw i l lp r o d u c eak i n do fl i q u i dw i t hh i g hc o n c e n t r a t i o no f h a z a r d o u sm a t e r i a l s o n c et h el e a c h a t ei n t ot h ee n v i r o n m e n t ，i tc a nc a u s es e r i o u s e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n t h e r e f o r e ，l a n d f i l ll e a c h a t et r e a t m e n ta t t e n t i o n e db ym o r e a n dm o r ep e o p l e c o da n da m m o n i a n i t r o g e nc o n t e n ta r et w oi m p o r t a n ti n d i c a t o r st o m e a s u r et h et r e a t m e n te f f e c t c l a yi sak i n do fa q u e o u sa l u m i n u ms i l i c a t ea n d d i s t r i b u t e dw i d e l yi nn a t u r e ，v a r i e t ya n da b u n d a n tr e s e r v e s ，i sav a l u a b l en a t u r a l r e s o u r c e i nr e c e n ty e a r s ，m a n ye x p e r t sa r ec o m m i t t e dt ov a r i o u sm o d i f i e dc l a y si n l a n d f i l ll e a c h a t et r e a t m e n t ，a n di t sp r o s p e c t sa r ev e r yb r i g h t i nt h i sp a p e r , w ec h o o s ec h e n g d uc h a n g a nl a n d f i l ll e a c h a t ea st h er e s e a r c h o b j e c t ，d i s c u s s e dt h er e m o v a le f f i c i e n c yo f c o da n da m m o n i an i t r o g e na n d e f f e c t i n gf a c t o r sb yu s i n gc h e n g d uc l a y t h i ss t u d yp r o v i d e sau s e f u lb a s i cf o rt h e d a t a ，t h er e s e a r c hh a si m p o r t a n ts i g n i f i c a n c e t h r o u g ht h es t a t i ca d s o r p t i o nt e s ta n d r e s e a r c hi nl a b o r a t o r y , w eg e tt h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ： 1 f a c t o r sa f f e c t i n gt h ea d s o r p t i o ne f f e c t sa r e ：c l a yd o s a g e ，s o l u t i o np h ，s t i r r i n g r a t e ，s t i r r i n gt i m ea n ds t a n d i n gt i m e 2 t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o w e dt h a tt h eo p t i m u mc o n d i t i o n so fc o dr e m o v a l a r e ：s o i lv o l u m eu s i n g8 5 e g l ，p h = 6 0 ，s t i r r i n gr a t e15 0 r m i n ，s t i r r i n gt i m e4 0 m i n ， s t a n d i n gt i m e2 0 h ，u n d e rt h i sc o n d i t i o n s ，t h er e m o v a lr a t eo fc o d i nl a n d f i l ll e a c h a t e c a nr e a c h3 1 8 4 i i a s t r a c t 3 t h eo p t i m u mc o n d i t i o n so fa m m o n i an i t r o g e nr e m o v a la r e s o i lv o l u m eu s i n g 6 5 l ，p h = 8 0 ，s t i r r i n gr a t e13 0 r m i n ，s t i r r i n gt i m e4 0 m i n ，s t a n d i n gt i m e2 4 h ，u n d e r t h i sc o n d i t i o n s ，t h er e m o v a lr a t eo fa m m o n i an i t r o g e nc a nr e a c h2 2 4 6 k e y w o r d s ：l a n d f i l ll e a c h a t ec h e n g d uc l a y c o da m m o n i an i t r o g e nr e m o v a l r a t ei n f l u e n c ef a c t o r s i i i 第l 章绪论 1 1 选题背景和研究意义 第1 章绪论 城市垃圾是指在城市日常生活中或者为城市同常生活提供服务的活动中产 生的固体废物以及法律、行政法规规定视为城市生活垃圾的固体废弃物【l 】。城市 垃圾包括生活垃圾、城建渣土、商业固体废物、粪便等。随着我国城市化、工业 化进程的高速发展和人口数量的不断增长，城市垃圾的产生量逐日递增，根据中 国统计局公布的数据资料显示，截至2 0 0 9 年底，人均日产垃圾量已超过l k g ， 我国城市生活垃圾清运量也已达到1 5 7 1 0 8 t a ，且每年以8 1 0 的速度递增 【2 】，大大高于工业发达国家的城市垃圾年增长率。受居民生活水平、生活习惯、 季节和气候等的影响，城市垃圾的成分及性质也在迅速发生变化，使得城市垃圾 的处理难度加大，给城市发展和管理带来了困难，并严重威胁着居民的生存和健 康。城市垃圾的产生机制可用图1 - 1 说明。 图1 - 1 城市垃圾的产生机制3 1 城市垃圾是一个长期存在的污染源，未经处理或处理不当将会造成严重的环 境问题，如侵占土地，破坏农田、污染空气、土壤和水体，破坏生态环境，滋生 蚊蝇传染疾病等，危及人类的生存和健康。据统计，全国6 6 8 座城市中至少有 2 0 0 个以上处于垃圾的包围之中；在城市周围历年堆存的生活垃圾量已达6 0 1 0 8 t ，侵占了约5 1 0 8 m 2 的地面。其污染途径如图1 2 所示。 成都理工大学硕士学位论文 城 市 固 体 废 弃 物 源 图1 - 2 城市垃圾污染途径嘲 为了消除城市垃圾对环境的恶劣影响，实现城市垃圾无害化、减量化、资源 化的目的，国内外均在研究城市垃圾的处理方法，目前比较广泛采用的是填埋、 焚烧和堆肥3 种方式【4 】。其中垃圾填埋技术因具有投资小、处理量大、操作工艺 简单、处理费用低廉等众多优点而被国内外广泛使用 5 】。美国、英国等国家在2 0 世纪5 0 年代开始修建垃圾卫生填埋场【6 】。韩国有9 3 的废物使用填埋法处理； 即使在日本，填埋处理量也占了2 0 。我国从2 0 世纪8 0 年代开始采用垃圾卫生 填埋技术【6 】，截至2 0 0 9 年底，已建成生活垃圾卫生填埋场4 4 7 座，近8 0 左右 的城市生活垃圾是通过卫生填埋的方式处理的。尽管城市垃圾卫生填埋技术具有 众多的优势，但是在我国的发展速度还是相对缓慢，城市垃圾无害化处理效率仍 然很低，仅为5 6 ，所以，我国垃圾卫生填埋技术还需要很长的一段时间来发展 和完善【7 1 。 目前垃圾卫生填埋场存在的问题有很多，在填埋过程中会产生大量的二次污 染物，如不妥善处理，会对周围的水体、土壤和大气造成严重的污染【8 】，其中填 埋阶段以及填埋场封场后监管期间产生的垃圾渗滤液就是一个非常棘手的问题 1 9 】。垃圾渗滤液是指城市垃圾在堆放和填埋的过程中，由于发酵和微生物的分解 作用，经过雨水的冲刷以及地表水和地下水的浸泡，其中所含的污染物随水分溶 出形成的高浓度有机废水【1 0 1 。垃圾渗滤液中含有大量的有机污染物，多为芳烃、 杂环化合物、卤代物、烷烃、烯烃、醇、酚、醛、羧酸、酯类、胺及酰胺类等， 2 第1 章绪论 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黑名单【l 。同时垃圾渗 滤液中还溶解和携带有氨氮、细菌、病毒以及重金属离子等污染物，如果不及时 对其进行收集、处理，将会对周围环境造成恶劣的影响。 我国大部分垃圾填埋场由于种种原因，没有采取防渗措施或者防渗措施很差， 真正达到卫生填埋标准的只有2 0 - 3 0 。填埋场垃圾渗滤液造成污染的事件国 内外屡有发生。有资料显示，至1 9 7 7 年美国共有1 8 5 0 0 个填埋场，几乎有一半 对水体产生了污染【1 2 】；成都市长安垃圾场在建设时没有一并考虑渗滤液的处理， 因而渗滤液产量较大，造成污染；西安市江村沟垃圾填埋场在设计时也由于没有 妥善考虑渗滤液的处理，实际运行后造成了严重的污染事故【l 习；北京的阿苏卫 垃圾填埋场、六里屯垃圾填埋场和杭州的天子岭垃圾填埋场，原先都采取了生物 法来处理渗滤液，但处理结果达不到排放要求，不得不重新建设；国家环保总局 曾经在2 0 0 2 年对4 7 个环境保护重点城市进行了调查，发现这些城市中有8 9 的垃圾填埋场所在地地下水水质超过国家标准，其中最严重的超过标准8 万倍。 为了防止垃圾渗滤液污染水体，美英等国家对垃圾渗滤液填埋提出了严格的要求 【1 4 】。我国也早在1 9 8 9 年颁布了城市生活垃圾卫生填埋技术( g j j l 7 1 8 ) ，1 9 9 7 年颁布了生活垃圾填埋污染控制标准( g b l 6 8 8 9 1 9 9 7 ) ，对垃圾渗滤液的排 放极限值提出了要求引。 1 2 垃圾渗滤液的产生 垃圾渗滤液的产生受气候、温度等多方面因素的影响，水量变化大，且无规 律性。垃圾渗滤液的来源主要有下列五个方面【l6 1 。 ( 1 ) 降雨和降雪的渗入。降水是填埋场垃圾渗滤液的主要来源，其大小直 接影响着渗滤液产生量的多少； ( 2 ) 地表径流和地表灌溉等填埋场外部地表水的侵入； ( 3 ) 地下水的渗入。当填埋场内垃圾渗滤液水位在场外地下水水位以下， 且没有采取防渗措施时，地下水就有可能渗入填埋场内； ( 4 ) 垃圾本身所含的水分，包括垃圾本身所含的水分以及从大气和雨水中 的吸附量，是垃圾渗滤液的主要来源之一。当垃圾含水为4 7 时，每吨垃圾可产 生0 0 7 2 2 t 渗滤液【l7 j ； ( 5 ) 垃圾填埋后，其中的有机组分在微生物的作用下经过发酵作用分解产 生的水【1 8 】。 3 成都理工大学硕士学位论文 1 3 垃圾渗滤液的特性 垃圾渗滤液的成分复杂，危害性大。其性质取决于垃圾成分、压实程度、填 埋时间和气候条件等多种因素，见表1 3 。 初始含水ii 大气降水li 垃圾特征 填埋场内温度卜一微生物生长特性_ 卜一污染物溶出率 填埋深度il 每批垃圾填入的数量ll 填埋频率 图l - 3 诸因素对垃圾渗滤液中污染物溶出率的影响伽 根据统计资料，表1 1 列出了国内几个重要城市垃圾渗滤液的主要成分。 表1 - 1 国内主要城市垃圾渗滤液的水质参数制( 除p h 值外单位均为m g l ) 。捌劣 上海杭州广州深圳台湾某市 项目 c o d c r 15 0 0 8 0 0 01 0 0 0 5 0 0 01 4 0 0 5 0 0 01 5 0 0 8 0 0 04 0 0 0 3 7 0 0 0 b o d 5 2 0 0 4 0 04 0 0 2 5 0 04 0 0 2 0 0 01 5 0 0 8 0 0 06 0 0 2 0 0 0 0 总n 1 0 0 7 0 08 0 8 0 01 5 0 9 0 0 4 0 0 , - 一2 6 0 0 2 0 0 2 0 0 0 s s3 0 5 0 06 0 6 5 02 0 0 6 0 02 0 0 0 7 0 0 05 0 0 2 0 0 0 n h 3 n 6 0 4 5 05 0 5 0 01 6 0 5 0 0 5 0 0 2 4 0 01 0 f f - - 1 0 0 0 p h 值 5 - - - 6 56 6 5 6 5 7 8 6 2 - 6 65 6 7 5 由表l 一1 可以看出不同地区填埋场垃圾渗滤液的水质状况差距很大，但一般 来说都具有如下特性 2 1 - 2 2 】： ( 1 ) 有机污染物种类繁多且浓度很高。目前采用g c m s d s 技术已在长春 市和广州市垃圾渗滤液中分别检出有机污染物9 9 种和7 7 种，多为芳烃、烷烃、 烯烃类、酸类、酯类、醇、酚类、胺及酰胺类等，其中2 2 种列为我国和美国e p a 4 第1 章绪论 环境优先控制污染物黑名单【2 3 1 。o m a n 和h y n n i n g t 2 4 】在对多个填埋场渗滤液的分 析中也发现了1 5 0 多种不同的有机污染物。与其他污水相比，垃圾渗滤液中的污 染物浓度很高，c o d 浓度一般为1 0 0 , 1 0 0 0 0 m g l 不等，氨氮浓度有时甚至高达 3 0 0 0 m g l 以上【2 5 1 。 ( 2 ) 水质水量波动大。垃圾渗滤液的水质水量受填埋场的构造方式、垃圾的 种类、数量、填埋时间长短以及气候条件、地形地貌等多种因素的影响。 ( 3 ) 金属含量高。垃圾渗滤液中含有十多种金属离子，其浓度与填埋垃圾的 类型、组分和填埋时间等密切相关，一般浓度较高，其中f e 的浓度可达2 0 0 0 m g l ， z n 的浓度可达1 3 0 m g l ，均超过一般的排放标准。 ( 4 ) 氨氮含量高。高氨氮是垃圾渗滤液水质的重要特征之一，并且会随着填 埋场时间的延长而增加，有时可高达2 0 0 0 - - - 3 0 0 0 m g l 。氨氮浓度过高，会使微 生物营养元素比例失调，影响微生物的活性，降低生物处理的效果。 ( 5 ) 营养元素比例失调。微生物对c 、n 、p 的比例要求很严格，垃圾渗滤 液中的营养元素比例严重失调，不利于微生物的生长，给生物处理带来一定难度。 1 4 垃圾渗滤液处理的国内外研究现状 目前国内外常用的垃圾渗滤液处理方法主要包括：生物处理法、物理化学法、 以及土地法等【1 9 到- 2 2 。 1 4 1 生物处理法 生物处理法是利用微生物的代谢作用，使污水中呈溶解、胶体状态的有机污 染物转化为稳定的有害物质。生物处理法有处理效果好、运行成本低等优点，是 目前垃圾渗滤液处理中采用最多的方法，它包括好氧处理、厌氧处理以及好氧 厌氧结合三种类型。 1 好氧生物处理 垃圾填埋场初期的渗滤液具有较高的可生化性，可以通过好氧生物处理法达 到稳定出水的目的，能够有效降低渗滤液中的b o d 5 、c o d 、n h 4 + 一n ，还可以去 除部分f e 、m n 等金属。好氧生物处理工艺一般包括活性污泥法、曝气氧化塘、 生物滤池、生物转盘和生物流化床等。 美国和德国几个活性污泥处理厂的运行结果表明，通过提高污泥浓度来降低 污泥的有机负荷，活性污泥法可以得到令人满意的垃圾渗滤液处理效果【2 6 1 。美 国、加拿大、英国、澳大利亚和德国的小试和中试生产规模的研究均表明，采用 曝气氧化塘能获得较好的垃圾渗滤液处理效果刚。d o l l e r e r 等2 8 】用两种序批式生 5 成都理工大学硕士学位论文 物膜反应器分别对不同地区的渗滤液进行了处理，在1 2 h 的周期中，c o d 去除 率能达到6 8 ，且在盐度和有机物浓度波动较大时，处理效果均比较稳定。 近年来利用好氧生物技术处理垃圾渗滤液取得了良好的效果，但仍然存在一 定的问题：如活性污泥法处理效果受温度影响较大，氧化塘水力停留时间长、占 地面积大且处理效果随季节变化大，对于稳定期和老龄渗滤液，用传统的好氧处 理工艺难以达到良好的效果。 2 厌氧生物处理 厌氧生物处理法主要包括：上流式厌氧污泥床( u a s b ) 、厌氧淹没式生物 滤池、混合反应器及厌氧塘等。 英国的水研究中心【2 9 】用u a s b 处理c o d 1 0 0 0 0 m g l 的渗滤液，当容积负 荷为3 6 1 9 7 k g c o d ( m 3 d ) ，平均污泥年龄为1 0 - - - ，4 3 d ，温度为3 0 0 c 时，c o d 和b o d 5 的去除率分别为8 2 和8 5 。何宗健等【3 0 】利用缺氧生物滤池对垃圾渗 滤液进行了预处理试验研究，结果表明，该方法不仅有很好的消泡、脱吸c 0 2 和h 2 s 的作用，而且对渗滤液中的c o d 和n h 3 - n 也具有一定的去除作用。研究 认为，当水力负荷在1 2 m 3 ( m 2 d ) 以下，有机负荷不超过1 2 7 k g ( m 3 d ) 时，c o d 去除率可达到4 0 以上。 与好氧法相比，厌氧生物处理法具有许多优点，主要有能耗低、污泥产率低、 对无机营养元素含量要求较低和可提高污水可生化性，适于处理有机浓度高、可 生化性差的垃圾渗滤液。但是厌氧处理受温度和季节影响大，对p h 值的要求比 较严格，且单独靠厌氧处理出水中的c o d 和氨氮浓度比较高，不能达到国家排 放标准。 3 厌氧好氧组合方法 虽然好氧和厌氧方法处理垃圾渗滤液都有一定的效果，但是单独进行好氧或 厌氧处理仍然很难达到排放标准，在实际工程应用中，常常采用好氧和厌氧结合 的组合工艺，既经济合理，处理效率又高，不仅可以有效地去除c o d 和b o d 5 ， 还可以较好地去除氮和磷。 1 4 2 物理化学处理法 物化法主要有吹脱法、吸附法、混凝沉淀法、化学氧化法和膜分离法等。跟 生物法相比物化法不受渗滤液水质水量的影响，系统运行比较可靠，出水水质比 较稳定，对b o d 5 c o d 比值较小难以进行生物处理的垃圾渗滤液处理效果较好。 物化法目前主要用于垃圾渗滤液的前期预处理，用于去除色度、固体悬浮物( s s ) 、 氨氮和重金属离子等，有时也用于渗滤液中难生物降解c o d 的去除。 1 氨吹脱法 垃圾渗滤液中的氨氮含量很高，常常给渗滤液的处理带来困难。吹脱法是目 6 第1 章绪论 前常采用的处理垃圾渗滤液中高浓度氨氮的一种高效、经济的脱氮方法。一般来 说，水中的氨氮多以氨离子( n h 4 + ) 和游离氨( n h 3 ) 的形态存在，两者保持着 平衡，关系为：n h 3 + h 2 0 = - n h 4 + + o h 。氨吹脱法的原理就是通过调节p h 值使污 水中的n h 3 向大气中转移，以达到去除氨氮的作用。 沈耀良等【3 1 1 对苏州七子山垃圾填埋场渗滤液的吹托预处理实验中发现，在 温度为2 5 5 。c ，p h 为1 l 左右，吹托时间为5 h ，吹托效率超过8 2 5 。王军等【3 2 】 对武汉流芳垃圾填埋场的渗滤液用吹脱池进行曝气氨吹脱，用石灰调节p h 值至 1 2 以上，气液体积比为3 0 0 0 时，经4 h 吹脱，氨氮浓度由1 0 7 5 8 8m g l 降至1 8 6 2 1 m g l ，经7h 吹脱后，氨氮浓度降至2 8 1 7m g l ，在吹脱的前4h ，氨氮去除率 较高。 吹托尾气中常含有大量的氨，必须进行适当的处理，否则会污染大气，带来 二次污染。 2 吸附法 吸附法是一种高效的物化处理手段，在渗滤液处理中，吸附法主要是利用多 孔性固体物质，使水中难降解的有机物、重金属离子等被吸附在固体表面而去除 的方法。利用吸附作用进行物质分离已经有很长的历史，常用的吸附剂有活性炭、 沸石、粉煤灰及城市垃圾焚烧炉底渣等。 f e t t i n g 等对活性炭吸附预处理渗滤液作了研究。张兰英等【3 4 】用铝土矿吸 附渗滤液，有4 8 9 3 的有机物被去除。蒋建国等【3 5 l 采用静态吸附法研究了沸石 吸附法对垃圾渗滤液中的氨氮去除，小试结果表明：沸石对氨氮有较大的吸附量， 每克沸石具有吸附1 5 5m g 氨氮的极限潜力；当沸石粒径为3 0 1 6 目时，氨氮的 去除率可达7 8 5 。 3 混凝沉淀法 混凝沉淀法是指在絮凝剂的作用下，水中的胶体污染物和细微悬浮物脱稳并 聚集成絮凝体，然后再加以分离的方法。目前采用的混凝剂多为a 1 2 ( s 0 4 ) 3 、f e s 0 4 、 f e c l 3 以及聚铁、聚铝等。混凝法具有工业可靠、处理效率高、设备简单、运行 稳定易管理等特点，可有效的去除浊度、色度和重金属离子，对c o d 也有一定 的去除效果。 于瑞莲等【3 6 】以a 1 2 ( s 0 4 ) 3 为凝聚剂，以聚丙烯酰胺( p a m ) 为助凝剂，用化 学混凝法预处理垃圾渗滤液。结果表明：投药量与p h 值对混凝效果有显著影响； 加入p a m 后可使凝聚剂用量大大减少，同时提高了c o d e r 的去除率；当a 1 2 ( s 0 4 ) 3 加入量为2 5 m g l ，p a m ( 阴离子型) 加入量为l m l ，p h = 7 时，c o d 和色度 去除率分别可达5 8 和9 5 以上。徐冰峰等【3 7 】采用聚铁对垃圾渗滤液进行二次 混凝沉淀预处理，其渗滤液的浊度去除率达7 2 6 7 ，c o d c ，的去除率达6 4 6 0 。 4 化学氧化法 7 成都理工大学硕十学位论文 化学氧化法是利用强氧化剂氧化分解废水中的污染物质，最终去除废水中污 染物的有效方法之一。垃圾渗滤液中含有腐殖质、芳香族化合物等多种生物方法 难以降解的有机物，而化学氧化法能氧化这些难降解的物质，提高渗滤液的可生 化性。运用于垃圾渗滤液处理的化学氧化法主要有f e n t o n 氧化法、光化学氧化 法、电化学氧化法和臭氧氧化法等。 陈经涛等【3 8 】采用间歇反应器和单因子逐一变化法，对影响f e n t o n 氧化处理 垃圾滤液效果的主要因素进行了研究和优化。结果发现，在p h = 3 、 f e 2 + = 4 m m o l lf f i i f e 2 + 】： h 2 0 2 】= 1 ：1 6 的最佳条件下，垃圾渗滤液经过4 1 3 h 处理，其 c o d 可降至初始值的6 1 5 6 ，b o d 5 c o d 值明显增大，滤液的生物可降解性 提高。邓莉娟等【3 9 1 利用电化学氧化技术，以气体扩散电极为阴极，不锈钢板为 阳极，向电解槽中通入空气，改变反应条件，对垃圾渗滤液进行了降解研究。研 究表明最佳工艺条件为：电流密度= 3 0 m a c m 之、电极d = 2 c m 、p h = 3 5 、 c 1 。 = 6 0 0 0 m g l 、投加的f e s 0 4 h 2 0 = 0 8 0g ，在此条件下废水c o d c ，去除率 达7 5 6 2 。 5 膜分离法 膜分离就是在动力的作用下，利用特殊的薄膜对水中的成分进行选择性的分 离。根据其孔径大小可以分为微滤、超滤、纳滤和反渗透。微滤膜的孔径为 0 0 5 1 5 9 m ，超滤膜的孔径为0 0 0 5 1 0 p m ，反渗透膜的孔径为0 3 1 2 r i m ，纳滤 膜的孔径在反渗透膜与超滤膜之间。 在用膜技术处理填埋场渗滤液方面，r a u t e n b a c h 掣删进行了大量的研究，并 且于1 9 8 9 年在s c h o n b e r g 填埋场建立了当时最大的渗滤液r o 处理厂。韩丹等【4 1 】 以膜生物反应器二级处理后的出水为研究对象，考察了操作压力、p h 、运行时 间和进水流量对纳滤膜分离性能的影响以及对c o d 的去除情况。结果表明，操 作压力为0 6 m p a ，p h 为7 是最佳运行条件，纳滤膜对c o d 去除率可以达到9 0 以上，出水完全达到国家二级排放标准。此外，实验还表明运行4 小时后膜的性 能就可以达到稳定，进水流量越大，膜通量和c o d 截留率也越大。 1 4 3 土地处理法 土地处理法是人类最早采用的污水处理法，主要通过土壤颗粒的过滤、离子 交换吸附和沉淀等作用去除垃圾渗滤液中的悬浮固体和溶解成分；通过土壤中微 生物的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的量。 土地处理法具有投资少、操作简单、运行费用低等优点，但土壤的渗透能力会随 时间的延长而逐渐下降，处理效率也会随之降低。目前用于渗滤液处理的土地法 主要是人工湿地法和回灌法。 石岩，万新刮4 2 】对人工湿地系统在垃圾渗滤液处理中的表现进行了分析， 8 第1 章绪论 结果表明，其对有机物、氮磷和金属元素均具有较高的去除率，利用人工湿地处 理垃圾渗滤液的方法具有广阔的应用前景。李静等4 3 1 结合我国实际和生活垃圾 填埋场产生的渗滤液对环境的影响，对垃圾渗滤液的厌氧回灌方法进行了初步研 究。 1 5 粘土在垃圾渗滤液处理中的应用 废水处理中，吸附法作为一种重要的物化方法有着广泛的应用。长期以来， 活性炭一直是最常用的吸附材料，它的适用范围广，可以除去大多数的重金属、 有机物和生物分子，并且吸附能力强，可再生利用。但因其昂贵的价格使活性炭 的应用推广受到限制。因此，寻求开发价格低廉且性能好的新型材料越来越受到 重视。 粘土矿物因其具有独特的层状结构而具有良好的吸附和离子交换性能，近年 来其作为吸附剂在废水处理中得到越来越广泛的应用。粘土矿物的储量丰富、价 格低廉，对环境无污染，是一类环境友好材料，其在垃圾渗滤液处理方面的前景 广阔，有很高的经济价值。 王菲菲等 4 4 1 采用铁盐水解聚合物为柱化剂改性钠基蒙脱石，制备了铁层柱 蒙脱石催化剂，将其用于微波诱导催化处理经常规生化处理的垃圾渗滤液，进行 深度处理。实验结果表明：初始c o d 浓度为l1 0 0m g 1 _ 尸1 3 0 0m g l 的垃圾渗滤 液，以铁层柱蒙脱石作为催化剂，在微波功率6 0 0w ，辐照时间3 0s 条件下，经 微波诱导催化处理后，c o d 去除率达到3 9 ，并对微波作用机理进行了初步探 讨。郑红等【4 5 1 分别用层间含有n a + 、c a 2 + 、a 1 3 + 和c ，的蒙脱石对垃圾渗滤液中 的有机物进行吸附实验，研究它们吸附苯酚、二甲苯和c o d 的能力及离子形态 对吸附效果的影响。结果表明，含高价金属阳离子的蒙脱石对苯酚和c o d 的吸 附能力较高，吸附能力由小到大的顺序为：n a + c a 2 + r c r b r e ，即各因素的主次关系 依次为：p h 值、粘土投加量、搅拌速度、搅拌时间、静置时间。从k l 、k 2 、k 3 、 4 3 6 4 2 寥诗篮稍域墉 6 5 4 3 。p孬迸悄鞣慵 加 博 m 5 摹话笾书疆域 拓 m j 零谆逝悄撩嵫 6 5 4 3 琴、哥题咐聪琢 成都理工大学硕士学位论文 的计算可以看出，各因素选取的水平变动时，指标波动的大小，基本上不受 到其它因素水平变动的影响，所以，把各因素的好水平简单地组合起来就是最优 组合条件。处理垃圾渗滤液中c o d 的最佳条件组合是b 3 c 3 d 2 e 3 。对于因素a ， k 4 k 3 ，因素e ，k 3 k 2 ，故选取a 3 8 3 c 3 d 2 e 2 为较优组合条件。 对选取的最优条件b 3 c 3 d 2 e 3 和较优条件a 3 8 3 c 3 d 2 e 2 同时进行验证试验， 结果如下： 表4 1 1c o d 去除率验证试验结果 粘土投加 搅拌时间 搅拌速度静置时间c o d 去除 指标p h 值 量( g l ) ( r a i n )( r m i n )( h ) 率( ) 最优条件 1 0 54 01 5 062 43 1 9 2 较优条件8 5 4 01 5 06 2 03 1 8 4 试验结果表明，较优条件下c o d 去除率与最优条件相比较，两者相差甚微， 从节约成本的角度考虑，选取较优条件为处理c o d 的最佳预处理方案，即粘土 投加量8 5 l ，搅拌时间4 0 m i n ，搅拌速度1 5 0 r m i n ，初始p h 值为6 ，静置时间 2 0 h ，在该条件下，c o d 的去除率可达到3 1 8 4 。 由表4 1 0 和图4 7 可以看出，r d r c r b r e r a ，即各因素的主次关 系依次为：p h 值、搅拌速度、搅拌时间、静置时间、粘土投加量。处理垃圾渗 滤液中氨氮的最佳条件组合是a a b a c 2 d 3 e 3 ，较优组合条件为a 2 8 3 c 2 d 3 e 3 。 对选取的最优条件a 3 8 3 c 2 d 3 e 3 和较优条件a 2 8 3 c 2 d 3 e 3 同时进行验证试验， 结果如下： 表4 1 2 氨氮去除率验证试验结果 粘土投加搅拌时间搅拌速度静置时间c o d 去除 指标p h 值 量( g l ( m i n )( r m i n )( h )率( ) 最优条件 8 54 01 3 082 42 2 6 0 较优条件 6 54 01 3 082 42 2 4 6 由表4 1 2 可以看出当粘土投加量增加2 0 9 l 时，氨氮去除率仅提高了o 1 4 ， 增效甚微，从节约成本的角度综合考虑，选择较优条件a 2 8 3 c 2 d 3 e 3 为处理氨氮 的最佳预处理方案，即粘土投加量6 5 9 l ，搅拌时间4 0 m i n ，搅拌速度1 3 0 r m i n ， 初始p h 值为8 ，静置时间2 4 h ，在该条件下，氨氮的去除率可达到2 2 4 6 。 第4 章实验结果分析 4 3 氨氮挥发性对试验的影响 垃圾渗滤液中的氨氮，大多以氨离子( n h 4 + ) 和游离氨( n h 3 ) 保持平衡的 状态存在，其平衡关系式为：n h 3 + h 2 0 = n h 4 + + o h 。，在偏碱性条件下，氨氮大多 数以气态n h 3 存在，气态的n h 3 易溶于水，在搅拌作用下有一部分氨氮会随之 挥发。粘土对垃圾渗滤液中氨氮的去除作用分为两部分，一部分是粘土对渗滤液 中氨氮的吸附作用，另一部分是由于氨的挥发。 4 4 粘土吸附机理探讨 粘土矿物的吸附特性是粘土矿物的重要特性之一，按照引起吸附的原因不同 可以分为三类，即物理吸附、化学吸附和离子交换吸附6 5 】。 ( 1 ) 物理吸附 物理吸附是指由吸附剂与吸附质之间的分子间引力而产生的吸附，由氢键产 生的的吸附也属于物理吸附。物理吸附是可逆的，吸附速度和解析速度在一定的 温度、浓度条件下呈动态平衡状态。 产生物理吸附的原因是由于粘土矿物的表面分子具有表面能，比表面积很大， 分散在表面的分子量大，因而具有良好的吸附性能。 ( 2 ) 化学吸附 化学吸附是指由吸附剂和吸附质之间的化学键力而产生的吸附。阴离子聚合 物可以靠化学键吸附在粘土矿物表面上，吸附方式有以下两种隋况：粘土矿物 晶体边缘带正电荷，阴离子基团可以靠静电引力吸附在粘土矿物的边面上；介 质中有中性电解质存在时，无机阳离子可以在粘土矿物与阴离子聚合物之间起 “桥接 作用，使高聚物吸附在粘土矿物的表面上。 ( 3 ) 离子交换性吸附 粘土矿物通常带有不饱和电荷，根据电中性原理，必然会有等量的异号离子 吸附在粘土矿物表面上以达到电性平衡。一般说来，吸附在粘土矿物表面上的离 子可以和溶液中的同号离子发生交换作用，这种作用即为离子交换性吸附。根据 交换性离子的电性不同，可以把离子交换性吸附分为两类，即阳离子交换性吸附 和阴离子交换性吸附。 分析本次试验起作用的主要是粘土的物理吸附作用。粘土具有层状的结构特 征，由s i 0 2 片与a 1 2 0 3 片交替成层，s i 0 2 片由四面体构成，每个硅原子围绕着4 4 5 成都理工大学硕二 ：学位论文 个氧原子，其中3 个氧原子与另外四面体中的硅原子共享，于是组成了四面体片。 氧化铝包容于正八面体片结构中，每个铝原子围绕有6 个氧原子，这种构型使得 其中的氧原子既可被两个铝原子共享，也能被四面体片共享。粘土溶于水中可以 形成胶体颗粒，对水中的化学物质具有强烈的吸附作用。 第4 章实验结果分析 本章小结 本章通过室内静态吸附试验研究了成都粘土对长安垃圾填埋场渗滤液中 c o d 和氨氮的去除效果及其影响因素，得到以下结论： ( 1 ) 粘土去除垃圾渗滤液中c o d 的最佳试验条件为：用土量8 5 l ，p h = 6 0 ， 搅拌速度1 5 0 r m i n ，搅拌时间4 0 m i n ，静置时间2 0 h 时，在该条件下，c o d 的去 除率可达到3 1 8 4 。 ( 2 ) 粘土去除垃圾渗滤液中氨氮的最佳试验条件为：用土量6 5 l ，p h = 8 0 的条件下，以r = 1 3 0 r m i n 搅拌4 0 m i n ，并静置2 4 h 后，粘土对垃圾渗滤液中氨氮 的去除率可达到2 2 4 6 。 4 7 成都理工大学硕士学位论文 结论与建议 垃圾渗滤液的处理一直是废水处理行业中的重点和难点。我国粘土资源分布 广泛，储量丰富，目前已在化工、造纸、印染等废水处理中得到了广泛的应用， 但是在垃圾渗滤液的处理方面应用还比较少见。 本文以成都长安垃圾填埋场渗滤液为研究对象，利用成都粘土对垃圾渗滤液 中的污染物质进行预处理试验研究，主要研究成都粘土对渗滤液中c o d 和氨氮 的去除效果及其影响因素，为日后成都粘土在预处理垃圾渗滤液方面的应用提供 有用的基础数据，具有重要的研究意义。通过试验和研究，得到以下几点结论： ( 1 ) 分析了成都长安垃圾填埋场渗滤液的特点和性质，选取具有代表性的 c o d 和氨氮作为研究分析指标。确定粘土预处理垃圾渗滤液中c o d 和氨氮的主 要影响因素为用土量、p h 值、搅拌速度、搅拌时间和静置时间等。 ( 2 ) 粘土去除垃圾渗滤液中c o d 的最佳试验条件为：用土量8 5 l ，p h = 6 0 ， 搅拌速度1 5 0 r m i n ，搅拌时间4 0 m i n ，静置时间2 0 h 时，c o d 的去除率可达到 3 1 8 4 。 ( 3 ) 粘土去除垃圾渗滤液中氨氮的最佳试验条件为：用土量6 5 l ，p h = 8 0 的条件下，以r = 1 3 0r m i n 搅拌4 0 m i n ，并静置2 4 h 后，粘土对垃圾渗滤液中氨 氮的去除率可达到2 2 4 6 。 针对论文的完成情况提出以下几点建议： ( 1 ) 本文只对渗滤液中最主要的c o d 、氨氮两个指标作了研究，建议以后 对渗滤液中的b o d 5 、重金属离子浓度也做一些研究，以便更全面掌握粘土预处 理垃圾渗滤液的信息。 ( 2 ) 本文的研究主要是在试验室中进行，由于试验条件与现场环境有一定的 差别，建议进行中试试验，使得到的数据和结果更有参考价值。 ( 3 ) 本试验采取的主要是静态吸附法，随着吸附过程的进行，水样中c o d 和氨氮浓度逐渐减少，但在实际运行中，吸附操作大多采用动态吸附方式，建议 以后做一些动态土柱吸附试验。 ( 4 ) 污泥问题。粘土在去除垃圾渗滤液中污染物质的同时也会产生一定的污 泥，建议对污泥的回收及处理进行进一步的研究。 致谢 致谢 三年的硕士学习生活即将结束，回首这短暂的三年，收获、感慨良多，在此 论文完成之际特向在本人攻读硕士期间给我帮助的人们表示衷心的感谢! 首先感谢我的导师吴勇教授。导师以其渊博的专业知识，开阔的视野，严谨 的治学态度和精益求精的工作作风，给我留下了深刻的印象，并激励着我在今后 的科学道路上不断攀登，使我受益终身。从课题的选择到资料收集，到写作、修 改，到论文定稿，吴老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。两年多来，吴 老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关 怀，在此谨向吴教授致以崇高的敬意和衷心的感谢! 感谢试验室的于静、徐思敏老师在试验过程中提供的无私帮助和耐心指导， 感谢院里所有的老师对我的栽培和指导，老师们孜孜不倦的教导让我打下了坚实 的理论基础，树立了良好的人生观、道德观。 感谢课题组的成员吕利、王大川、艾晓艳在试验过程中给予我的巨大帮助， 感谢赵连彬、谢文垠、李秀博、王春红、高东东、孙璐璐、尹恒、陈盟、陈磊杰、 王橘植、姜丽丽、王鸿、闵维康在学习和生活中给予的支持和帮助，非常幸运能 跟你们度过一段美好的时光。 感谢我的室友高茜、唐云风、刘欣在这三年中给予我生活和学习上的帮助。 感谢参加我的论文评审和出席论文答辩会的专家、教授和同学们。 最后，深深感谢我的亲人在精神上和物质上给予我的关心、理解、支持和鼓 励，你们是我不断前进的动力1 4 9 郑美娟 2 0 1 1 0 5 0 3 成都理工大学硕十学位论文 参考文献 1 】龙湘犁，何美琴环境科学与工程概论【m 】上海：华东理工大学出版社，2 0 0 7 2 】王丹，赵朝成城市垃圾渗滤液处理技术发展现状 j 】油气田环境保护，2 0 0 5 ，1 6 ( 1 ) ： 3 7 - 4 0 3 】解强，边炳鑫，赵由才等城市i 矧体废弃物能源化利用技术【m 】北京：化学工业出版， 2 0 0 4 4 】齐普荣，孙博等垃圾渗滤液处理技术的新进展 j 】资源调查与环境，2 0 0 9 ，3 0 ( 3 ) ： 2 0 7 2 1 2 【5 】王丹，赵朝成城市垃圾渗滤液处理技术发展现状 j 】- 油气田环境保护，2 0 0 6 ，1 6 ( 1 ) ： 3 7 - 4 0 【6 】李北涛垃圾渗滤液处理技术应用现状一以郑州市垃圾填埋场渗滤液处理工程运行调试 为例 d i 武汉：华中科技大学环境学院，2 0 0 8 【7 】宋亚芝我国城市垃圾现状与处理对策 j 】煤炭工程，2 0 0 2 ，( 3 ) ：4 2 4 3 8 】薛红琴，速宝玉，盛金昌等垃圾填埋场渗滤液的防渗措施和地下水污染防护【j 】安全 与环境科学，2 0 0 2 ，2 ( 4 ) ：1 8 2 2 【9 】焦斌权城市生活垃圾卫生填埋场渗滤液控制技术研究 d 】重庆：重庆大学资源与环 境科学学院，2 0 0 4 1 0 】a l a nj s h u c k r o w ，a n d r e wpp a j a k ，a n dc j t o u h i l l ，h a z a r d o u sw a s t e