【摘 要】
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现行垃圾渗滤液处理技术以前段预处理加主体生化处理为主,后段设置膜处理保证出水水质。在膜处理工艺中,纳滤(Nano Filtration,NF)膜以其优良的分离性能应用最为广泛;但纳滤处理过程中会产出部分高有机物浓度、高色度和难生化降解的垃圾渗滤液纳滤浓缩液。目前传统方法很难有效处理这部分浓缩液,因此本课题研究了一种高效、低成本降解纳滤浓缩液的组合工艺。本文以浙江某垃圾填埋厂垃圾渗滤液纳滤浓缩液为目
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现行垃圾渗滤液处理技术以前段预处理加主体生化处理为主,后段设置膜处理保证出水水质。在膜处理工艺中,纳滤(Nano Filtration,NF)膜以其优良的分离性能应用最为广泛;但纳滤处理过程中会产出部分高有机物浓度、高色度和难生化降解的垃圾渗滤液纳滤浓缩液。目前传统方法很难有效处理这部分浓缩液,因此本课题研究了一种高效、低成本降解纳滤浓缩液的组合工艺。本文以浙江某垃圾填埋厂垃圾渗滤液纳滤浓缩液为目标水样,首先通过混凝方法对其进行预处理,混凝后纳滤浓缩液分别进行电芬顿和三维电芬顿处理,比较不同组合工艺之间能耗,处理水质、主要污染物去除效果和运行成本的差异。然后基于混凝+三维电芬顿的最佳工艺,通过对三维粒子负载芬顿催化剂、助催化剂和稀土金属,构建混凝+三维电极电芬顿体系处理纳滤浓缩液,对负载型三维电极电芬顿技术降解纳滤浓缩液的运行参数进行优化,同时对反应的机制进行初步研究。主要研究内容及结果如下:(1)采用聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铝(PAC)、三氯化铁(FC)、三氯化铝(AC)四种絮凝剂进行对比试验,实验结果表明,针对纳滤浓缩液混凝处理,铁系比铝系混凝剂在混凝效果方面要好。在初始p H=7.95条件下,投加5g/L的FC,先以300转速度快速搅拌2min,再以150转速度慢速搅拌10min。静沉2h后COD、TOC、色度和UV254的去除率可达到73.93%、70.37%、92.54%、85.57%。(2)纳滤浓缩液混凝后出水进行电芬顿处理,首先对阴阳极板进行筛选,实验结果表明,Ti/Ir O2-Ta2O5极板作为阳极时,析氧电位更高,降解能力更具有优势,在反应120min后,COD去除率为81.59%。当泡沫镍作为阴极时,产过氧化氢能力强于碳毡与石墨,在电解70min后,实验水样中过氧化氢浓度达到83.53mg/L。基于极板筛选结果,构建电芬顿体系,对混凝后纳滤浓缩液进行处理,其最佳运行条件为:投加2mmol/L的二价铁离子,曝气量为0.2l/min,电流密度为20ma/cm~2。经过120min电解反应,COD和TOC去除率分别达到85.25%和83.24%。(3)基于电芬顿体系,构建基于椰壳活性炭的三维粒子的三维电芬顿体系。研究表明添加三维粒子可有效提高反应效率和缩短反应时间,在电解120min后,COD和TOC去除率分别达到87.42%和85.25%。以椰壳活性炭为基础粒子电极,负载芬顿催化剂Fe、助催化剂Mn和稀土金属Ce为催化剂,采用浸渍-焙烧法制备负载型粒子电极,与未负载三维粒子相比,产过氧化氢能力提高。以COD和TOC的去除率为参考指标,确定负载型三维粒子电芬顿最佳运行参数为:曝气量为0.2l/min,电流密度为20ma/cm~2经过120min电解反应,COD和TOC去除率分别达到90.47%和87.67%。(4)结合电流效率、处理效果和经济成本综合比较电芬顿、传统三维电芬顿和负载三维粒子电芬顿工艺。负载三维粒子电芬顿法处理混凝后纳滤浓缩液效果最好,COD去除率分别比传统电芬顿和传统三维电芬顿提高了40.42%和11.86%,TOC去除率分别较传统电芬顿法和传统三维电芬顿法去除率提高了12.34%和2.98%。采用传统电芬顿法出水p H降为4.12,而经负载三维电芬顿处理后出水p H值为6.67,更利于后续处理。电芬顿和三维电芬顿法需投加2mmol/L的二价铁离子,而负载三维粒子电芬顿由于负载铁离子,不需要外加铁元素,进一步节省成本。在加入三维粒子后,电芬顿工艺能耗降低40%。反应120min后,平均电功率为2.56W,电能耗为198.34Wh/g COD,电流效率为41.5%。经过成本核算,混凝加三维粒子电芬顿体系的单位处理成本共35.03元/m~3。
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