《关于垃圾渗滤液处理的一份环境工程系毕业论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《关于垃圾渗滤液处理的一份环境工程系毕业论文.doc（45页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、天津科技大学2005届毕业设计及实验1 绪论1.1 课题研究背景 随着我国经济的快速发展、城市的急剧扩张和人民生活水平的不断提高，城市生活垃圾的数量逐年增加，目前，国内外城市垃圾的主要处理方式为卫生填埋法，我国超过90%以上的城市垃圾是用填埋法处理的。在城市垃圾填埋过程中，由于压实和微生物的分解作用以及厌氧发酵等多种代谢作用，垃圾所含的污染物将随水分溶出，并与降水、径流等一起形成高浓度的有机废液，即垃圾渗滤液。渗滤液是垃圾填埋过程中产生的二次污染, 可使地面水体缺氧、水质恶化、富营养化，威胁饮用水和工农业用水水源,使地下水丧失利用价值；经济有效处理垃圾渗滤液,是城市环境中凾待解决的难题！ 垃圾
2、渗滤液属于高浓度有机废水,成分十分复杂，尤其氨氮含量普遍较高,而且浓度变化范围很大。过高浓度的氨氮将导致渗滤液中CPN比过低,渗滤液中营养比例失调,严重影响后续渗滤液生化处理系统的正常运行。此外,高浓度氨氮对环境尤其填埋场周围的水体造成严重污染。因此,研究垃圾渗滤液中氨氮脱除技术,对确保渗滤液后续生化处理的稳定运行及保护环境具有重要的现实意义。1.2 垃圾渗滤液的来源、水质特点及氨氮废水的危害 1.2.1 垃圾渗滤液的来源 垃圾渗滤液是垃圾在堆放和填埋过程中由于发酵、雨水冲刷和地表水、地下水浸泡而渗滤出来的污水。来源主要有四个方面1: 垃圾自身含水、垃圾生化反应产生的水、地下潜水的反渗和大气降
3、水,其中大气降水具有集中性、短时性和反复性,占渗滤液总量的大部分。1.2.2 垃圾渗滤液的水质特点（1）污染物种类繁多，成分复杂 研究显示,渗滤液中含有70多种有机物和各种重金属元素。渗滤液中含量较多的有烃类及其衍生物、酸酯类、醇酚类、酮醛类和酰胺类等物质。 (2)水质水量变化大渗滤液的水质水量会随着外界水文地质、降雨量、堆积高度及方式、填埋规模、填埋工艺、填埋时间、垃圾本身成分的变化而变化,随机性很大。 （3）COD和BOD5浓度高在新的垃圾填埋场里,挥发性酸的存在可能会提高COD和BOD5浓度,COD最高可达80g/L,BOD5最高可达35g/L。填埋时间小于5年时,所产生的渗滤液pH值较
4、低, COD和BOD5浓度较高,且BOD5/COD的值较高,一般为0.50.7,表现出良好的可生化性,同时各类重金属离子的浓度也较高。当填埋时间在5年以上时,所产生的渗滤液接近中性, COD和BOD5浓度较低, BOD5/COD的值降到0.10.2,NH3-N浓度较高,重金属离子浓度则开始下降。（4） 金属含量高垃圾渗滤液中含有十多种金属离子,其中铁和锌在酸性发酵阶段较高,铁的浓度可达2000mg/L左右；锌的浓度可达130mg/L左右,铅的浓度可达12.3mg/L,钙的浓度甚至达到4300mg/L2。（5） 营养比例失调，氨氮含量高由于垃圾渗滤液的影响因素很多,其可生化性和C/N值存在差异。
5、在不同场龄填埋场产生的垃圾渗滤液中,C/N值的失调和BOD5/CODcr值的较大变化常给生化处理带来一定难度。随着填埋场年限的增加,垃圾渗滤液中的氨氮浓度相应增加,最后浓度可高达10g/L。1.2.3 氨氮废水的危害随着工农业生产的发展和人民生活的水平的提高，我国氨氮污染物的排放量急剧增加。在“一控双达标”过程中，对有机污水特别是工业有机废水进行了有效治理，但氨氮污染基本上未加控制。氨氮废水对自然环境、人体等有极大的危害，氨氮排入水体，特别时流动缓慢的湖泊，容易引起氨氮水体中的藻类和微生物的大量繁殖，导致水体的富营养化。湖泊“水华”及近海“赤潮”时有发生，越演越烈。水体富营养化后会引起某些藻类
6、的恶性繁殖，一方面有些藻类本身水藻腥味会引起水质恶化使水变得腥臭难闻；另一方面有些蛋白质毒素会富集在水产物体内，并通过食物链影响人体的健康，甚至使人中毒。如海生腰鞭毛目生物的过度繁殖能使海水呈红色或褐色，即俗称“赤潮”；沟藻是形成赤潮的常见种类，他们所产生的毒素会被贝类动物所积累，人体食用后会引起严重的胃病甚至死亡3。水体中大量藻类死亡的同时会耗去水中所含的氧气，从而引起水体中鱼虾等水产物的大量死亡，致使湖泊退化、淤泥化，甚至变浅，变成沼泽地甚至消亡。水体富营养化已经危害农业、渔业、旅游业等诸多行业，富营养化的水质不仅又黑又臭，且透明度也差，往往影响了江河湖泊的观赏和旅游价值。氨氮在水中微生物
7、的作用下转变为硝态氮和亚硝态氮，对人体有毒害作用。硝态氮进入人体后，能通过酶系统还原为亚硝态氮，轻则引起高铁血红病，重则是婴儿死亡。硝态氮和亚硝态氮均为强致癌物质亚硝基化合物的前体物质，有致癌、致突变、致畸的性质，对人体危害严重。1.3 垃圾渗滤液处理现状垃圾渗滤液的主要处理工艺有生物处理法、物化法、土地法以及几种方法的综合3。1.3.1 场外与城市污水合并处理合并处理包括渗滤液直接进入污水处理厂和经预处理后进入城市污水处理厂,两类处理方案都是利用城市污水对渗滤液的缓冲、稀释和营养均衡作用,通过污水处理厂实现两者的同时处理。其中预处理方案考虑了渗滤液直接排放对城市污水处理厂运行的冲击问题4。1
8、.3.2 直接回灌方式进行处理渗滤液回灌是用适当的方法,将在填埋场底部收集到的滤渗液从其覆盖表面或覆盖层下部重新灌入填埋场。通过填埋场覆盖层的土壤净化作用、垃圾填埋层的降解作用和最终覆盖后垃圾填埋场地表植物的吸收作用对其进行净化处理。采用回灌方式进行处理不但节省占地,而且可将填埋场作为一个大的生物滤池,渗滤液经多次回流处理后其流量及有机物含量会越来越少。同时渗滤液的回流又可加速垃圾中有机物的分解稳定,起到缩短填埋场稳定过程的作用。但是渗滤液回灌不但产生恶臭,易受冰冻影响,容易污染地表水,而且长期回灌使渗滤液中某些无法生物降解的污染物浓度极高,最终仍需定期单独处理后排放。1.3.3 收集后单独处
9、理 单独处理主要包括物化处理、生化处理以及物化与生化相结合的处理方法。目前单独处理系统的工艺一般为:预处理+厌氧+好氧+深度处理。单独处理系统存在以下问题:(1)系统适应水质变化,特别是适应填埋场整个填埋期的能力差。(2)流程过长,管理复杂,运行费用高,且出水COD一般在5001200mg/L,不易达标。(3)与合并处理方案相比,单独设置小规模处理系统在运转费用上缺乏优越性。1.4 垃圾渗滤液的主要处理方法1.4.1 物理化学法物化处理的目的主要是去除渗滤液中的有毒有害重金属离子及氨氮,为渗滤液的达标排放和生物处理系统有效运行创造良好的条件。1.4.2 活性炭吸附法 在渗滤液的处理中,该方法主
10、要用于去除水中难降解的有机物(酚、苯、胺类化合物等)、金属离子(汞、铅、铬)和色度,一般情况下,对COD和NH3-N的去除率为50%70%5。活性炭吸附法处理可适应水量和有机负荷的变化,设备紧凑,管理方便。但活性炭的价格较为昂贵,而且再生较为困难6。1.4.3 化学沉淀法化学沉淀中的一种主要方法是混凝。常用的混凝剂有硫酸铝、硫酸亚铁、三氯化铁等，对使用时间不长的填埋场产生的渗滤液COD和总碳的去除率一般为10%25%，而对时间较长的填埋场产生的渗滤液COD和总碳的去除率可达50%65%。1.4.4 化学氧化法 化学氧化法主要去除渗滤液中的色度和硫化物，对COD的去除率通常为20%50%。氯、臭
11、氧、过氧化氢、Fenton、高锰酸钾和次氯酸钙等是常用的氧化剂。在德国目前约有100座填埋场渗滤液处理厂，其中15座以化学氧化为深度处理工艺7。但在国外化学氧化法处理垃圾渗滤液也基本处于试验阶段，其缺点是耗电量大，成本费用高。1.4.5 光催化氧化法 谭小萍8等人对影响光催化处理垃圾渗滤液的因素进行了研究, 试验表明，光催化氧化法对垃圾渗滤液的深度处理效果较好, COD去除率为50%左右，色度去除率为80%左右，有一定的可行性。BekboeletM9也报道了采用TiO2处理垃圾渗滤液，在pH=5时，降解效果最好。光催化氧化技术工艺简单，无二次污染，对腐殖酸去除效果很好，但该方法在反应器设计、催
12、化剂用量与寿命、光照时间方面需深入研究。1.4.6 膜渗析和分离系统膜处理一般组合使用或与其他处理方法联用，超滤或微滤常常作为反渗透的预处理。许多垃圾填埋场用反渗透法可将渗滤液的容积减少75%80%，然后再将浓缩液回灌至填埋场。微孔膜、超滤膜和反渗透膜在渗滤液深度处理中应用研究较多，其对COD和SS的去除率可达95%。但膜分离方法一次性投资费用大,尤其对于浓度较高的渗滤液而言，处理费用很高，且该工艺产生的极高浓度浓缩液的回灌会造成电导率上升等现象，导致处理效果的下降和膜寿命的降低。广州市大田山垃圾填埋场采用反渗透处理渗滤液出水,结果表明,当进水COD为250620mg/L时，调整进水压力为3.
13、5MPa，则出水COD浓度几乎为零，平均透水量为3042L/ (m2h)10。1.4.7 吹脱法 氨吹脱作为渗滤液的预处理，能够有效地降低NH3-N浓度并调整C/N的值。吹脱分为曝气吹脱与吹脱塔吹脱。吴方同等人的试验结果表明对于氨氮浓度高达 15002500mg/L的渗滤液，在温度为25，pH值为10.1511.10，气液比为 29003600时,氨吹脱效率达95%以上11。氨吹脱工艺运行费用较高，且空气污染现象严重。1.4.8 物化法展望渗滤液成分的复杂化和多样化使单纯的物理化学方法难以达到处理效果， 必须与生物法联合处理出水才能比较理想。近年来发展起来的氧化技术，无论是辐照氧化，还是光催化
14、氧化，都是借助氢氧自由基的强氧化性来达到氧化分解化合物的目的，以提高渗滤液的可生化性。目前，渗滤液的处理尚没有很成熟的工艺可供借鉴，这些强氧化技术有着良好的前景，但是基本上处于研究阶段，工程实例并不多，若要真正进行实际应用，除了要有较高的处理效率和速率，还需有尽可能低的投资费用和运行费用5。1.4.9 生物法作为传统的污水生物处理方法，生物膜法和活性污泥法均可以应用于垃圾渗滤液的处理中。这两种方法的优势是有较为成熟的理论依据和较丰富的运行经验，但应用于渗滤液处理中的主要问题是很难适应渗滤液的冲击负荷，而且渗滤液所含成分的复杂程度对能否保持系统的稳定运行有很大的影响。目前渗滤液生物处理采用较多的
15、工艺流程为厌氧+好氧工艺。（1）好氧处理从脱氮考虑,好氧一般采用活性污泥法、氧化塘、SBR等工艺。近几年，SBR因其工艺优势，被国内外众多渗滤液处理研究者采用12-15。研究表明：经过SBR工艺处理的渗滤液出水NH3-N可以降到较低水平，但出水COD很难达标,这是由于渗滤液中难降解物质含量高造成的16。与活性污泥法相比，曝气稳定塘体积大，有机负荷低，降解进度较慢，但由于其工程简单，在土地不贵的地区，是最经济的垃圾渗滤液好氧生物处理方法。在美国、加拿大、英国、澳大利亚和德国等国家进行的小试、中试及生产规模的研究都表明,采用曝气稳定塘能获得较好的垃圾渗滤液处理效果。（2） 厌氧处理 目前厌氧生物处
16、理采用厌氧生物滤池、厌氧接触法、上流式厌氧污泥床反应器及分段厌氧消化等。上向流式厌氧污泥床(UASB)是一种较新型的厌氧处理反应器，高浓度(6080g/L)颗粒污泥床使其具有比其他厌氧处理设备更强的处理能力。英国的水研究中心报道用UASB处理COD10000mg/L的渗滤液，当负荷为3.619.7kgCOD/(m3d)，平均泥龄为1.04.3d，温度为30时，COD和BOD5的去除率各为82%和85%，它们的负荷比厌氧滤池要大得多。厌氧滤池适于处理溶解性有机物，加拿大某垃圾填埋场渗滤液平均COD为12850mg/L，BOD5/COD为0.7，pH为5. 6。将此渗滤液先经石灰水调节至pH =7
17、.8，沉淀1h后进厌氧滤池(此工序还起到去除Zn等重金属的作用)，当负荷为4kgCOD/（m3d)时，COD去除率可达92%以上；当负荷再增加时,其去除率急剧下降。赵健良等人16采用厌氧折流板反应器(ABR)处理城市污水与垃圾渗滤液的混合废水，结果表明，ABR可有效改善混合废水的可生化性。进水BOD5/COD为0.20.3时，出水BOD5 /COD可提高至0.40.6,处理效果比单独采用好氧工艺时有明显改善。1.5 垃圾渗滤液中氨氮的去除1.5.1 吹脱法 吹脱法是将渗滤液调节至碱性,然后在汽提塔中通入空气或蒸汽,通过气液接触中游离氨吹脱至大气中。因吹脱处理能够达到调节C/N比,降低后续渗滤液
18、生化处理负荷的作用,所以吹脱法是处理高浓度氨氮废水常用的方法。研究表明,在水温大于25,气液比控制在3500左右,渗滤液pH值控制在10.5左右时,对于氨氮浓度高达20004000mgL-1的垃圾渗滤液,去除率可达到90%以上。对吹脱法影响因素的研究结果为,当pH 为9.211.5时,吹脱效率随pH值增加而提高；水温越高,吹脱效率越高。另外通过机械通风,在pH 为11.5,通风24小时,氨吹脱效率最高可达90%。 可见,氨吹脱效果明显,处理效率较高。但由于需要调节pH ,必须投加大量的碱,而且为了曝气,还需要提供一定的风量,造成了处理费用偏高。同时氨吹脱只是将废水中的铵离子转化为游离氨,最后将
19、之排放到大气中,实质上氨的污染问题并未得到解决。此外,温度对氨吹脱影响较大,在低温时效率急剧下降。1.5.2 化学沉淀法化学沉淀法是去除氨氮的另外一种常见方法。这是一种通过氨根离子在镁离子和磷酸根离子存在的条件下形成磷酸氨镁沉淀(MgNH4PO36H20)而除掉废水中氨氮的方法。由于磷酸氨镁沉淀是一种重要的复合肥料，实现了对渗滤液中氨氮的回收利用，磷酸氨镁沉淀法对氨氮的去除过程可通过下面的离子反应方程式来表示:Mg2+PO43-+NH4+6H2OMgNH4PO4.6H2O 这种化学沉淀法对废水中的氨氮去除率很高。在pH=9，投加的MgNP 摩尔比为111 的情况下, 溶液中氨氮的含量可以迅速下
20、降到100mg/L左右。Li等人17在比较了几种镁和磷的化合物组合去除香港某垃圾填埋场渗滤液中的氨氮时发现,MgCl2与磷酸盐的组合去除氨氮效果最好。除了对氨氮有很好的去除效果外，有报道称这种方法对COD也有很好的处理效果用此方法除氨，氨的去除率可达95%以上，解决了氮的回收和氨的二次污染两大问题。目前，国内对采用Mn2+与PO43-作用去除NH3-N的试验研究，对其反应机理进行了探讨，方建章等人在确定了最佳投药比及反应溶液pH的条件下发现，Mn2+的效果最好，去除率可达96.1%。1.5.3 电化学氧化法 电化学氧化是在电场的作用下,将溶液中的氨氧化为氮气等含氮物质,同时利用水中次氯酸的氧化
21、作用达到去除氨氮的目的。采用连续式电解槽对垃圾渗滤液进行了预处理,氨氮去除率高达98.4%,COD的去除率也达到了90.4%,极大地降低了后续生化处理的负荷,并且对难降解污染物(如苯胺、苯酚等)也有良好的去除作用。采用电解法处理渗滤液时发现,pH值为4左右,Cl-浓度为5000mg/L,电流密度为10A/dm2,SPR三元电板为阳极,电解时间为4h的条件下,COD和NH3-N的去除率分别达到了90.6%和100%,并且发现SPR 三元电极板明显优于DSA二元电极和石墨电极。 电化学氧化除氨速率快,处理效率可达100%,同时对COD的去除率也在80%以上,而且对难降解污染物也有良好的去除。但该方
22、法要消耗大量的电能,运行成本很高。1.5.4 离子交换法离子交换法去除氨氮主要是利用可优先选择铵离子的交换剂与铵离子发生交换反应,从而将污水及废水中氨氮去除的方法。离子交换法除氨氮必须采用对氨氮有优先选择的交换剂。此方法去除效果较好,但是控制过程复杂,再生成本高,不适宜大量垃圾渗滤液的处理。目前对这方面的研究较少。1.5.5 生物方法 垃圾渗滤液氨氮浓度较高,采用生物处理前，一般要首先进行物化处理。将氨吹脱与厌氧滤池、序批式反应器结合, 氨氮去除率达到99.5%18。将渗滤液中的氨氮转化成磷酸铵镁沉淀，也能使氨氮有大幅度的降低19。而经过A/B复合系统(A : 缺氧活性污泥,B:A/O淹没式生
23、物膜)，氨氮去除率可达95.1%。欧美和日本近年来的实践证明，生物滤池和生物转盘工艺对垃圾渗滤液有良好的脱氮效果。以英国某地的生物滤池为例，其进水的氨氮浓度为150550mg/L，采用生物滤池工艺,在水力停留时间为0.64.5d时,氨氮去除达到309g/m3出水水质达标20。1.5.6 处理工艺的比较和分析 化学沉淀法作为去除氨氮的有效方法之一，有其它氨氮处理方法所不可比拟的优势，其优点包括: (1) 运行成本低,反应周期短,管理方便； (2) 磷酸氨镁是一种有效的肥料，可以用于堆肥，还可以做结构制品的阻火剂； (3) 达到以废治废的目的。可以通过含氨氮废水、含磷废水及含镁废水在一定比例配比条
24、件下，生成磷酸氨镁，达到以废治废的效果。 但是在实际应用中，还需要进一步优化反应物配比，并比较经济地调节pH 值，以做到运行稳定生成产物具有更高的回收价值。 吹脱法的工艺条件比较成熟，也是目前普遍使用的方法。吹脱法的一个很重要的弊端在于pH调节。如果采用石灰来调节pH则会在填料塔中结垢，如果采用氢氧化钠来调节，则药剂费用较高。另外，在吹脱完成后还需将pH调回，以利于后续生化处理的正常进行，这样就增加了运行的成本。吹脱的氨如不进行回收会造成二次污染，但由于吹脱时气水比大,通常氨氮的回收具有一定的难度。对于近年来新兴的方法，虽然在处理效果方面能达到一定的要求，但是能源消耗较大，工艺条件还不成熟。1
25、.6 矿物材料及在水处理方面的应用1.6.1 矿物材料及分类环境矿物材料是基于矿物材料的定义而来的。通常意义上的环境矿物材料是指由矿物（岩石）及其改性产物组成的与生态环境具有良好协调性或直接具有防治污染和修复环境功能的一类矿物材料。环境矿物材料是指矿物材料当中具有环境属性，能够有效治理或修复环境中固、液、气等污染物的那部分功能材料。 由于环境矿物材料是矿物材料的一部分，所以环境矿物材料的分类也是基于矿物材料的分类而进行分类的。根据矿物材料的定义和加工改造特点，一般将矿物材料分为如下三大类型：天然矿物材料、深加工矿物材料、复合及合成矿物材料。根据环境矿物材料的特点，环境矿物材料分如下四大类型：(
26、1)天然环境矿物材料 指能够直接利用其物理、化学性质用作环境治理与修复的矿物（或岩石）功能材料如一些膨润土、沸石、珍珠岩、硅藻土、蛭石等。(2)改性环境矿物材料 指将矿物或岩石进行超细、超纯、改型、改性等加工改造后用作环境治理或修复的矿物（或岩石）功能材料，如超细石英粉、云母粉，高纯超细的高能石墨乳，改性的塑膨润土等。(3)复合及合成环境矿物材料 指由一种或数种天然矿物或岩石为主要原料，与其它有机和无机材料按适当配比进行烧结、胶凝、粘接、胶联等复合或合成加工改造所获得的用于环境修复的功能材料。如岩棉、活性炭、陶粒等。 （4）工业废弃物 指选矿尾矿、煤矸石、石棉尾矿；火力发电厂排除的粉煤灰；冶炼
27、废的钢渣；化学工业排除的电石渣、硫酸渣、赤泥等一类材料。1.6.2 蛭石在污、废水处理中的应用蛭石(vermiculite)：主要成分是Mgx(H2O) Mg3-xAlSiO3O10(OH)2，是一种含镁的水铝硅酸盐次生变质矿物，单轴晶系，外形似云母，片状，颜色为褐、黄褐或古铜色，油脂光泽，硬度11.5，密度2.42.7g/cm3, 通常由黑（金）云母经热液蚀变作用或风化而成。因其受热失水膨胀时呈挠曲状，形似水蛭，故名蛭石。通常夹有大量脉石矿物，如辉石、方解石、金云母、黑云母、磷灰石、阳起石、方解石、绿帘石、长石、石英、蛇纹石等。矿石品位仅30%左右，脉石含量一般在50%以上。蛭石对Cs、Rb
28、、Li、Na、K、H、NH4的吸附强度为CsHRbNH4KHaLi，对Ba2+、Sr2+、Ca2+、Mg2+离子的吸附强度为Ba2+Ca2+Sr2+Mg2+，突出的是对镍具有待殊的吸附性，较之高岭土、云母、绿泥石等矿物对镍的吸附强，与膨润土相似。这些元素和离子的吸附有些通过与蛭石中相当的Ca、Mg交换来完成，而有些靠固有的表面吸附作用来完成。蛭石具有优良的离子交换和吸附性能，在环保上具有重要的用途。它可以用作工业废水、废水中的离子交换剂和吸附剂、放射性元素和重金属元素的吸收剂和固定剂和大面积油污的处理等。(1)蛭石处理重金属废水 含重金属废水主要来自矿山开采、电解、电镀、冶金等行业。重金属进入
29、水体后难以被生物降解，并可通过生物链富集，危害人体健康，所以含重金属废水必须通过严格处理方可排放。处理废水中重金属的方法有多种，新型价廉的吸附材料的开发应用是目前的研究重点。蛭石具有很强的吸附性能，关于蛭石对重金属吸附作用、蛭石吸附重金属的作用机理和工业应用尚待深入。利用蛭石来处理含重金属废水的研究，国外有少数学者开展了这方面的工作。研究发现，蛭石吸附水溶液的Cu2+，Pb2+和Zn2+的速度很快，特别是前5min，吸附率一般在70%以上，30-60min吸附基本上完成。随着溶液pH值的增大，蛭石的吸附量和吸附率也增大。在低浓度时，蛭石对Cu2+ ，Pb2十和Zn2十的吸附符合Langmuir
30、型和Freundlich型；在高浓度时，蛭石对Cu2+和Pb2+的吸附基本符合Langmuir型和Freundlich型。不同方法改性处理后的蛭石吸附效果不同，Na饱和样的吸附效果显著提高，加热搅拌Na饱和同静态Na饱和蛭石的吸附效果接近。蛭石对Cu2+、Pb2+、Cd2+三种离子的去除率均随pH值的增加而增加，并且在pH=3.04.0的区域，蛭石对重金属的去除率存在一个突跃。当pH小于这个区域时，蛭石对重金属的吸附效率很低，当pH大于这个区域时，蛭石对重金属的去除率明显提高。这可能是由于当pH较低时，溶液中+浓度较高，+对重金属离子的吸附存在竞争效应。而当pH值较高时，+的浓度降低，+对重金
31、属离子的竞争效应减弱。另外，在p值较高的中性或弱碱性的条件下，重金属离子易发生水解，水解产物MOH+ (代表Pu、Pb、Cd)的交换亲合力可能比重金属自由离子2+大，导致去除率增加，即随着值的增大，重金属离子的水解和吸附作用同时进行。当溶液中Cu2+、Pb2+、d2+三种离子共存时，由于离子之间的相互竞争，使得3种离子的吸附效率与单一离子存在时相比均有不同程度的下降，其中Pb2+下降的程度最小，Cd 2+下降的程度最大。实验表明，Cu2+、Pb2+、Cd2+三种离子共存时，蛭石对3种离子的吸附顺序是：Pb2+ Cu2+Cd2+。 （2）蛭石治理造纸废水 造纸黑液是造成水污染的重要污染源，目前利
32、用具有吸附性的天然环境矿物材料处理造纸黑液的研究报道日渐增多，利用小片蛭石尾矿处理草浆造纸黑液。在黑液中分别加入硫酸、粒度小于100目的蛭石和Fe2O3，控制体系pH值为3，将上述混合液置于电炉上加热搅拌至沸腾，然后用抽滤机抽滤。测定滤液COD值，过滤沉渣留后续烧制实验使用。用该法处理的草浆黑液COD去除率为53.2%。以处理废液后的沉渣为主要原料、通过不同配方可烧制出合格优质的建筑陶瓷材料.该方法生产成本低、易操作，有望用于中小型纸浆厂黑液处理，而且处理黑液后的沉渣可用来做建筑材料，从而达到综合利用资源和环保的目的。（3）蛭石与絮凝剂联合处理废水 絮凝剂在废水处理中起着十分重要的作用。絮凝剂
33、与蛭石之间存在协同作用，如蛭石与聚硫酸铝联合处理汞的效果好，去除率可达80%以上。饱和吸附量金属离子的蛭石，可以用HCl或NaCl进行多次再生，重复使用。被洗脱下来的重金属离子的浓度较高，可用化学法沉淀，回收利用重金属。多次使用后废弃的蛭石可用作制砖的填料，其中微量的重金属离子对砖的强度及其他性质无明显的影响。蛭石与絮凝剂联合使用时，会使产生的污泥量增加，且增加的量几乎都是水，对这种污泥的处理目前还有一些困难，有待进一步的研究。（4）蛭石吸附污水中氨氮 人工湿地污水处理系统以其高效、低耗、低运行成本己经在污水处理中得到了广泛的应用，取得了比较好的效果，但还存在着一些问题，如污水中氨氮难以去除，
34、其去除率低，一般不超过60%，而且不能持续、稳定的去除，水质难以达标。氨氮是造成水体富营养化的主要因素。而人工湿地系统中除氮的关键在于选择填料，蛭石具有储量丰富价格低廉、吸附容量大对环境无毒无害且容易再生等优点，是在污水处理中有前途的除N吸附填料，在污水处理方面有着广阔的应用前景。通过对蛭石去除氨氮的吸附容量、pH、温度、浓度对氨氮去除量的影响以及饱和蛭石再生后的效果等研究结果表明：吸附量随温度的升高减小；氨 氮的去除率随着蛭石用量的增加而增加。蛭石的饱和吸附量达20.83 mg/ L，超过现在使用广泛的沸石的吸附量。蛭石的阳离子交换具有反应速度快，且可以在5h内达到平衡。符合阳离子交换规律。
35、蛭石的吸附量在pH 2.0-6.0范围内随pH增大而增大，温度在10-35范围内随着温度升高而减小，氨氮初始浓度小于200 mg/ L，其去除率随蛭石用量增加氨氮去除率提高。1.6.3 鸟粪石在污、废水处理中的应用 随着工农业生产的发展和人民生活水平的提高，我国氮磷污染物的排放量急剧增加。对有机污水特别是工业有机废水进行了有效治理，但对氮磷污染基本上未加控制。氮磷污染所致的水体富营养化十分严重，湖泊“水华”，及近海“赤潮”，时有发生，愈演愈烈。水体富营养化己危害农业、渔业、旅游业等诸多行业，也对饮水卫生和食品安全构成了巨大的威胁。经济有效的控制氮磷污染己成为当前急待解决的重大环保课题。鸟粪石(
36、struvite)，分子式为MgNH4PO4.6H20，是一种难溶于水的白色晶体，正菱形晶体结构，化学成分为MgNH4PO46H2O，缩写为MAP，它的P2O5含量约为58.0%，常温下，在水中的溶度积为2.510 -13。通过投加化学试剂，可使废水中的氨和磷酸盐形成鸟粪石，实现对氮磷污染物的同时去除。鸟粪石在水和碱中溶解度很低，采用形成鸟粪石的方法来去除废水中的氨氮和磷酸盐，具有高效简便的特点。磷是一种不可更新、难以替代的有限自然资源。因控制水体富营养化而实施的生物营养物去除为从污水中回收磷创造了条件，以鸟粪石等磷酸盐沉淀方式从处理过程中回收磷并用于肥料或磷酸盐制造业原料己成为当前研究的热点
37、。鸟粪石可以直接作为肥料，因此被认为是最有前景的磷回收途径之一。电镀工业废水、畜禽养殖废水、垃圾填埋场渗滤液等均含有高浓度的氨氮，难以直接进行生物处理，通常需要预先采用物化法(如吹脱法)进行处理。吹脱法要求pH高达10以上，且效率不高(不超过50%)，易造成二次污染。若用鸟粪石沉淀法处理，对pH条件的要求可比吹脱法降低，效率也更高。鸟粪石含有氮磷两种营养元素，是一种很好的缓释肥。调控pH和各离子浓度可显著影响鸟粪石沉淀法的脱氮除磷效果。获得廉价的Mg2+添加剂，是鸟粪石沉淀法实际应用的关键。鸟粪石沉淀法对于高浓度氮磷废水的处理具有很好的应用前景。研究鸟粪石沉淀法的作用机理、工艺条件和应用方式，
38、对于即将全面展开的废水除磷脱氮处理具有重要的现实意义。（1）鸟粪石处理制革废水 试验表明，在pH为89的条件下，采用鸟粪石除磷法可使NH4+去除率高达75%以上。采用鸟粪石沉淀法，初始氨氮浓度在5618mg/L的渗滤液在15分钟内降至210mg/L，去除率超过96%。而pH则只需控制在8.59之间。（2）鸟粪石处理污泥上清液 厌氧消化污泥上清液中含有较高浓度的NH4+、-N和PO43-，适合运用鸟粪石沉淀法进行处理。只要添加少量的Mg2+，即可以使废水中的各种离子的溶度积达到过饱和状态，形成鸟粪石沉淀。而且由于其SS较低，生产的鸟粪石纯度较高。 将厌氧消化污泥上清液引入一个带沉淀区的流化床反应
39、器内，添加浓度为60%的Mg(OH)2泥浆，以获得足够的Mg2+和碱度。在进水P043-浓度61mg/L，pH调节8.5左右的条件下，P043-去除率达94%，水力停留时间只需1h。对沉淀物分析发现，沉淀中的镉、铅、汞含量远远低于法定标准，P、Mg、N之比例分别为12.4%、9.1%和39%，符合化肥标准。 Mg(OH)2是比较理想的Mg2+添加剂，既增加Mg2+含量，又可提高pH， Mg(OH)2泥浆己在实际生产中运用。初沉池污泥和粪水中都有较高的钙镁含量，将它们和磷含量高的污泥混合也不失为一种调控Mg2+浓度的方法。 将初沉池污泥或粪水与过量摄磷后的污泥以0.67:1的体积比混合,再加入1
40、00mg/L 的Mg2+后进行厌氧消化，总磷去除率可达40%45%，总氮去除率可达35%39%。若用海水或制盐工业中的废盐卤作为Mg2+添加剂，价格更为低廉。实验证明，厌氧消化污泥上清液的CO2含量为35%40%，仅仅通过曝气就可使pH提高到8.5以上。废水的pH一般在68之间，而鸟粪石沉淀法所需的pH在8.59之间，需要采取一定的手段来提高废水的pH。但相对于其他的沉淀法，鸟粪石沉淀法所要求的pH条件要低，所需的化学试剂较少。（3）鸟粪石在污水处理厂应用 日本岛根县(Shimane)污水处理厂安装有3套己运行处理来自于该厂污泥消化液的鸟粪石回收装置。Mg(OH)2与NaOH以11摩尔比例投入
41、污泥消化液，以增加pH，使鸟粪石以小颗粒状在流化床内沉淀。磷回收装置目前能实现90%的溶解性磷酸盐回收，保证生物除磷达标运行。日本北九洲Hiagari污水处理厂，安装有1个中试流化床鸟粪石沉淀反应器，处理污泥脱水上清液，使用海水作为鸟粪石沉淀的镁源。大约70%的溶解性磷酸盐通过曝气可以在反应器内完成沉淀，而不需投加化学药剂。意大利Triviso污水处理厂，在污泥脱水上清液线路上安装了生产性鸟粪石结晶装置，采用吹脱方法沉淀磷酸盐。初步试验结果表明：55%-64%的进水磷酸盐能够沉淀到回收颗粒上。鸟粪石含有氮磷两种营养元素，是一种很好的缓释肥。调控pH和各离子浓度可显著影响鸟粪石沉淀法的脱氮除磷效
42、果。获得廉价的Mg2+添加剂，是鸟粪石沉淀法实际应用的关键。鸟粪石沉淀法对于高浓度氮磷废水的处理具有很好的应用前景。研究鸟粪石沉淀法的作用机理、工艺条件和应用方式，对于即将全面展开的废水除磷脱氮处理具有重要的现实意义。1.6.4 珍珠岩在污、废水处理中的应用 珍珠岩（perlite）是一种酸性岩浆快速冷凝、来不及结晶而呈现的一种玻璃质（有时具少量斑晶）岩石，含有少量水，具有在瞬间高温条件下迅速膨胀的矿物材料。珍珠岩的化学成分: SiO2 6874%、Al2O3 12%、Fe2O3 0.5-30%、CaO 0.71.0%、K2 O2.03.0 %、Na2 O 45 %、 MgO 0.3%、H2O
43、 2.36.4%。颜色为黄白、肉红、暗绿、灰、褐棕和黑灰等色，其中以灰白-浅灰为主；断口参差状、贝壳状、裂片状、条痕白色，碎片及薄的边缘部分透明或半透明；莫氏硬度5.57；密度（比重）2.22.4g/cm3，耐火度13001380C，折光率为1.4831.506，膨胀倍数为4-25。珍珠岩按矿物组成及矿物特征不同可分三种类型：矿物组成主要成分为块状、多孔状、浮石状珍珠岩，含少量透长石、石英的斑晶、微晶及各种形态的雏晶、隐晶质矿物、角闪石等的矿物特征为圆弧形裂纹，断口呈参差状，珍珠光泽，风化后为油脂光泽，条痕白色含水量26%。主要成分为松脂岩，水解松脂岩和水化松脂岩，含少量透长石和白色凝灰物质，
44、呈不规则分布。矿物特征断口呈贝壳状，松脂光泽，条痕白色，含水量610。主要成分为黑曜岩、黑曜斑岩和水化黑曜岩，含少量石英、长石斑晶，极少量不透明的磁铁矿、刚玉等矿物特征为断口平坦或贝壳状，部分参差状，玻璃光泽，风化后为油脂光泽，条痕白色，含水量2。（1）膨胀珍珠岩吸附水溶液中的Cd2+ 珍珠岩具有良好的膨胀性，可用于吸附废水中的有机物和油污。用珍珠岩吸附水溶液中的Cd2+的试验表明，pH=6时，吸附6达到吸附平衡，Cd2+的去除率达到55%。珍珠岩对溶液中的氯酚的最大吸附量为5.84mg/g。对废水中的COD吸附率可达到94%。珍珠岩和膨胀珍珠岩可去除溶液中的阴离子。膨胀珍珠岩可代替纤维素等材
45、料清洁泄露的油。以膨胀珍珠岩为载体担载纳米二氧化钛得到可长时间漂浮于水面的负载型光催化剂，用于水面浮油的太阳光光催化降解。结果表明，经约7h的太阳光照射，可使96以上癸烷浮油降解。1.6.5 岩棉在污、废水处理中的应用 岩棉（men-made asbestos）是一种新型轻质、节能的人造硅酸盐非连续絮状纤维材料。生产岩棉普遍采用玄武岩、辉绿岩、辉石岩、硅质页岩、白云岩、石灰岩、橄榄岩等。其中以玄武岩生产岩棉最好。此外，还有用角闪岩、钠长阳起片岩和高炉液态炉渣等生产岩棉。岩棉是以玄武岩或辉绿岩为主要原料，加入适量的白云岩、石灰岩、硅质页岩或矿渣深加工而成的非连续性絮状纤维材料。玄武岩的化学成分S
46、iO240%50%、Al2O310%17%、Fe2O311%17%、CaO9%14%、MgO6%14%、K2O+Na2O2%4%；白云岩，CaO30%35%、MgO18%22%，烧失量小于5%。生产中允许原料的成分有一定波动，但配料后要求其酸度系数MK=(SiO2+Al2O3)/(CaO+MgO)11.5；熔融状态下材料的黏度系数Mb=(m SiO2+2m Al2O3)/(2m Fe2O3+mFeO+m CaO +m MgO +m K2O +m Na2O)1.22（m为该氧化物的分子数）以保证拉出的纤维的性质与质量。岩棉纤维细，平均直径小于8m。质地柔软，富弹性，不脆，不粉化。容量低，小于10
47、00 g/cm3。保温、隔热性能好，热导率仅0.0290.046W/（mk）。化学性质稳定，抗酸、碱，不腐烂。不溶于水，可防水，隔音。软化温度大于750。岩棉用途主要是加工成保温板、保温毡、保温套管、保温带等，用于各类建筑物以及车、船、锅炉、专业隔音室、干燥间、各种管道的隔热、保温、防火、吸音设备；可与水泥混合作为绝缘喷涂层、墙壁和吸音板的材料；还可作大型建筑物隔音充填剂。在环境保护应用主要在废水处理、水质净化实验研究方面。2 设计部分 2.1 背景技术在污、废水处理过程中，污泥浓缩上清液或压滤机滤液中一般富含氮和磷，在一定的物理、化学条件下，易于生成难溶于水的鸟粪石，鸟粪石的主要成分为六水合
48、磷酸氨镁（MgNH4PO46H2O），是一种难溶于水的白色晶体。若不对其进行控制，形成的鸟粪石会结垢于污泥回流管道和其他污水管道内壁以及水泵的进水口处，逐渐堵塞管道，降低管道通量，增加污泥或污水的流动阻力。我国从20世纪80年代就开始废水处理过程中脱氮的研究，但目前大多数污水处理厂仍未考虑脱氮的问题。因此对废水中氮的去除，特别使氨氮的去除需要引起高度的重视21。在现有的污、废水处理工艺中，通常是将这类含有高浓度氮和磷的上清液及滤液回流到污水处理设施的前级，混入原水进行再处理，但这种方法提高了处理过程的污染物负荷，从而增加污水处理厂的内能消耗，而这种污染物负荷的增大，可影响污、废水处理设施的有效运行，对出水水质稳定达标构成干扰和损害。因此，我构思设计一个单独的处理装置来去除废水中的氮和磷