电氧化-絮凝耦合工艺深度处理垃圾渗滤液效能研究

摘要

城市生活垃圾产量随着经济和城市的发展在快速增长，卫生填埋场垃圾渗滤液的产量也随之增长。妥善处理垃圾渗滤液是一直以来就需要解决的难题，常采用“预处理+生化处理+深度处理”的三段式处理流程。经生化处理后的渗滤液中仍含有部分氨氮和COD等污染物。现在普遍采用膜技术作为深度处理工艺，虽然可使出水达到标准，但存在前期投资高、运行费用高、浓缩液难以处理等问题。在新修订的《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889—2008）发布之后，开发其他具有实际工程应用价值的垃圾渗滤液深度处理工艺迫在眉睫。
　　本研究构造电化学耦合工艺深度处理垃圾渗滤液，去除垃圾渗滤液中的氨氮、COD、TN、TP和色度等污染物。本文主要完成了耦合工艺的阴阳极材料的确定；利用响应曲面法对耦合工艺的运行条件（极板间距、循环流速、Cl-浓度）进行优化，得到耦合工艺处理COD和TN的最优运行条件；初步探究耦合工艺的反应机理等研究。
　　通过比较不同阴阳极材料对耦合工艺处理效果的影响，研究表明，尺寸稳定的钛基氧化物极板钌铱锡（RIS）电极对氨氮和COD的去除效果优于铱钽锡（ITS）和掺硼金刚石电极（BDD）电极；RIS、ITS和BDD电极对于TN的处理效果没有明显区别；与RIS和ITS电极相比，BDD阳极会导致大量无机消毒副产物产生，又因为RIS电极价格低廉，有利于扩大实验规模。综合考虑下选择RIS电极作为实验阳极。阴极材料对比实验发现，碳毡和铜镍合金作阴极对各种污染物的处理效果的影响不明显。因为碳毡价格低廉，综合考虑去除效果和经济因素，选择碳毡作为实验阴极。
　　通过对耦合工艺的影响因素极板间距、循环流速、pH值和氯离子浓度进行单因素实验，选定极板间距、循环流速和氯离子浓度作为优化条件。通过对响应曲面法优化耦合工艺进行研究，得到以下结果：COD去除的最佳条件为极板间距3.8cm，循环流速1mL/min，Cl-浓度5556mg/L；处理TN的最佳运行条件为极板间距5.7cm，循环流速1mL/min，Cl-浓度5437mg/L；TP最佳运行条件为极板间距3.02cm，循环流速6.26mL/min，Cl-浓度3000mg/L。在最优条件下，通过实验验证发现COD去除率为84.6％，TN去除率为86.4%，TP去除率为82.11%，与模型预期值较接近。响应曲面法方差分析结果表明二次响应面拟合模型和实际数据关系达到显著性水平。
　　通过分析对比实验中进出水水质和反应沉淀物成分，初步探究耦合工艺反应机理，得到的结论有：渗滤液中氨氮的处理主要由于RIS阳极的析氯作用，即电氧化作用；COD和色度主要通过被絮凝体吸附沉降或受到气浮作用上浮脱离水体得到去除，TP的去除同样主要依赖于电絮凝过程；电化学耦合工艺深度处理垃圾渗滤液中的有机物及氮磷是电氧化、絮凝和气浮经过结合，相互促进的过程。
　　本研究表明，电化学耦合工艺可以用于深度处理垃圾渗滤液中有机物和氮磷，出水水质可以达到国家标准，有较高的应用价值，为后续研究提供了理论基础和数据支持。

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第1章 绪 论

1.1课题背景及研究目的和意义

1.2 垃圾渗滤液的来源及水质特征

1.3 垃圾渗滤液的处理现状

1.4电极材料种类及特点

1.5 电化学法处理垃圾渗滤液的现状

1.6 主要研究内容及技术路线

第2章实验装置与方法

2.1实验装置及材料

2.2 实验用水与水质

2.3 实验操作步骤

2.4 实验和分析方法

第3章电氧化-絮凝耦合工艺运行条件优化

3.1 引言

3.2电极材料的比选

3.3单因素实验

3.4 响应曲面法优化耦合工艺

3.5 本章小结

第4章电氧化-絮凝耦合工艺处理效能及反应机理

4.1 引言

4.2 耦合工艺处理效能

4.3反应沉淀物中金属元素分析

4.4 耦合工艺的机理探究

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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