论文部分内容阅读
垃圾焚烧厂储坑中产生的渗滤液大多采用膜分离法进行深度处理,由此产生的含高浓度污染物的膜浓缩液需进行妥善处理。目前,常用的雾化回喷焚烧、回灌/回流等处理法,在处理过程中产生的二次污染物会影响系统的稳定运行,而高级氧化法有助于该问题的解决。然而,由于渗滤液膜浓缩液污染负荷重,水质复杂,仅采用高级氧化技术处理,效果不甚理想,所需成本也颇高。因此,论文提出一条以“混凝联合电化学强化技术”为核心模块的渗滤液膜浓缩液处理工艺路线,通过室内模拟实验,以化学需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)、色度(CN)、电导率(SC)等典型污染物的去除率为评估指标,采用光谱分析、气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)和流场流分离技术(FIFFF)等分析手段和表征方法,论证了该工艺路线的可行性,确定了最佳工艺条件和主要技术参数,揭示了污染物(尤其是有机物)的转化特征和去除机制。论文研究成果不仅可为不同渗滤液膜浓缩液的高效处理提供理论依据和工艺指导,而且对其它高盐分和低可生化性的高浓度有机废水的有效处理也有借鉴意义和实用价值。论文取得以下成果:(1)通过分析6座生活垃圾焚烧厂的渗滤液膜浓缩液性质发现,渗滤液膜浓缩液中有机物浓度极高,化学需氧量(COD)约2000~30000 mg L-1;由于含有大量难降解有机物,其可生化性极低,五日生物需氧量与化学需氧量的比值(BOD/COD)仅为0.035~0.056;含有K,Na,Ca,Mg,Fe、Zn、Cr、Co等多种金属离子;Cl-、SO42-等离子的含量极高,其中Cl-的含量可高达140000 mg L-1。相关性-主成分(PC1、PC2及PC3)分析表明,PC1、PC2及PC3是反映渗滤液膜浓缩液的性质的重要指标;其中,PC1和PC2与渗滤液膜浓缩液中的溶解性有机物(DOM)的性质关联较大。(2)采用单因素实验,确定了“混凝联合电化学强化技术”(简称“混凝+UV-TSE”工艺)处理反渗透膜浓缩液(RO CL)、纳滤膜浓缩液(NF CL)和物料膜浓缩液(TU CL)的最佳工艺条件和主要技术参数。首先,使用聚合硅酸铝铁(PSAF)聚丙烯酰胺(PAM)对RO CL,NF CL和TU CL进行混凝预处理,MPSAF:MPAM=833:1,500:1和625:1,混凝反应完成后进行固液分离;接着,采用“UV-TSE”工艺处理混凝出水;该工艺包含两级过程,分别为电化学氧化(EO)和电混凝(EC)工艺。一级过程为EO工艺,将清液的p H值分别调节为7,7和9,以Ru-Ir/Ti作阳极,石墨为阴极,设置电极间距分别为15 mm,15mm和10mm,恒定电流密度分别为60 m A cm-2,80 m A cm-2和80m A cm-2,进行180 min的电化学反应;二级过程为EC工艺,以Al作阳极,石墨为阴极,继续极性电化学反应,设置电极间距为10 mm,分别调节恒定电流密度至40 m A cm-2,60 m A cm-2和60 m A cm-2,反应时间分别为60 min,120 min和120 min;EO和EC工艺全程均辅以UV辐射。(3)通过对各阶段典型污染物的浓度的分析,掌握了各工艺阶段水质变化规律和污染物去除效能。研究发现,经混凝预处理后,样品中70%以上的COD和UV254、90%以上的色度,以及80%以上的浊度被去除;总氮降幅约20%;混凝后样品中氨氮含量上升,增量最大可达300%。深度处理阶段,经“混凝+TSE”工艺处理后,97%以上的COD和TOC,99%以上的UV254、CN和TUB,和93%以上的TN被去除;NH3-N浓度降低到5 mg L-1以下;氯化物含量降至400 mg L-1以下;体系p H为6~7。其中,NH3-N、CN、TUB、氯化物的浓度和p H可满足目前渗滤液污染控制常用标准的排放限值(如GB8978-1996中一级标准、GB16889-2008中表二标准及GB18918-2002中二级标准限值)。(4)结合多种分析方法,深入剖析了有机污染物的转化特征和去除机制。不同工艺对有机物的转化和去除机制各不相同,混凝过程主要依靠吸附架桥、吸附电中和等作用去除有机物,但对DOM分子量的分布无明显改变;电化学工艺过程中,有机物可通过直接氧化和(或)间接氧化作用得以去除,部分大分子有机物可被彻底氧化,或分解为分子量更小的有机物,DOM的平均分子量明显减小。UV辐射则促使电化学反应体系产生具有很强选择性的·Cl、·OH、·Cl O和·Cl2-等自由基,可迅速地与富电子基团(如腐殖质)反应,进一步强化电化学工艺对各类有机物的去除效果。(5)通过监测电化学处理过程中氯化物、游离氯和总氯的浓度变化,初步探索了Cl的转化机制。氯化物在电流作用下转化为游离氯和总氯,可与污染物发生反应;UV辐射可促进体系中Cl-、HCl O和Cl O-等物质之间的化学反应(形成自由基),部分游离氯被消耗,生成氧化电位更高、更易与污染物结合的自由基;此外,UV辐射可能提高体系对上述氧化物种的利用率,进而提高了电化学工艺过程对污染物的去除效率。因此,UV-TSE工艺过程中,氯化物和活性氯等的浓度明显低于TSE工艺过程。渗滤液膜浓缩液经“混凝+TSE”工艺处理后,氯化物含量从7000 mg L-1~25000 mg L-1降至100 mg L-1~400 mg L-1,可满足《四川省水污染物排放标准(DB51/190-93)》中氯化物排放浓度的一级或二级限值。