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冷冻浓缩法是将体系温度降到其冰点以下,使其发生固液相变,形成纯净冰晶和浓缩液,从而实现污染物分离的一种新型、绿色的水处理技术。冷冻浓缩法具有无二次污染、对处理对象选择性小、对处理设备损耗小、能够回收有价值成分等优点。本研究,首先探讨易于冰水分离的径向渐进冷冻法处理氨氮废水的效果及其影响因素,在此基础上,以高氨氮渗滤液为研究对象,进一步考察冷冻浓缩法处理实际废水的效果,同时辅以植物监测手段,以期全面、综合评价冷冻浓缩法在废水处理领域的应用前景。主要结论如下:(1)采用径向渐进冷冻法处理氨氮模拟废水,考察冷冻温度、初始浓度和冷冻比表面积对氨氮在冰-水体系中迁移规律的影响,结果表明:根据冰相氨氮浓度变化,冷冻过程可划分为三个阶段,即初期过渡阶段、低浓度阶段和高浓度阶段。综合考虑冷冻时间,去除率等,以在-12℃条件下,冷冻效果最佳。当原液浓度为50500 mg/L时,低浓度区氨氮去除率相近,均在80%95%;当原液浓度增加到10001500 mg/L时,低浓度区去除率下降至70%86%,即随着溶液初始浓度的增加,在同一时刻氨氮去除率下降。冷冻装置比表面积越大(半径越小),冷冻速率越快,半径越大,则越有利于溶质沿径向迁移,当原水浓度为300 mg/L时,以处理1 L水样为例,(1)号装置(R=5.00 cm)出水量最大,(4)号装置(R=2.75 cm)处理效率最高。(2)基于上述研究结果,进一步采用径向渐进冷冻法处理高氨氮垃圾渗滤液,结果表明:在-12℃条件下,随着冷冻进程的推进,成冰率和固-液两相中污染物浓度均呈上升趋势,去除率下降,浓缩比增加;冷冻9 h后,冰相进入高浓度阶段,不同污染物在冷冻过程中变化规律和去除率均相似。冷冻9 h后,成冰率约为65%,NH3-N(氨氮)、CODCr、全盐量、电导率、T-N(总氮)、T-P(总磷)、色度、浊度等指标显著降低,除浊度外,一级出水去除率大于60%、二级出水去除率均高于84%,三级出水去除率均在95%以上。浓缩比最小大于1.5,部分指标浓缩比大于2,二级、三级的浓缩液污染物浓度均低于原液,可进一步冷冻浓缩。然而,实际废水的复杂性可能会干扰污染物的迁移,造成实际水样的氨氮去除率低于模拟水样。此外,还发现处理前后多数污染物种类及相对含量无明显变化,表明冷冻浓缩对于渗滤液中污染物的去除选择性较小,对于污染物的去除具有普遍性。(3)采用植物监测技术,选用玉米作为实验材料进行污染物暴露,结果表明:高浓度渗滤液会显著抑制玉米幼苗根长、芽长,随着暴露时间的延长,抑制作用愈加显著;渗滤液浓度稀释至10%以下时,其对玉米幼苗的抑制减弱,根长与对照组相比无显著性差异,并且在一定程度上促进芽的生长;三级冷冻出水可以显著促进玉米幼芽的生长,表明冷冻浓缩处理降低了渗滤液的植物毒效应。此外,在污染物暴露过程中,玉米幼苗根受到的抑制作用比芽明显,提示根的敏感性大于芽。玉米幼苗的根鲜重、芽鲜重变化分别与根长、芽长相似。相关性分析结果表明:NH3-N、CODCr、全盐量、电导率、T-N、T-P和pH等指标变化与幼苗的根长、芽长呈显著负相关。