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电絮凝预处理垃圾渗滤液的可行性研究 ＊ 杨继东 赵勇胜 赵晓波 吉林大学环境与资源学院, 长春 130026 摘要 本研究采用电絮凝技术预处理垃圾渗滤液, 在以铁为阳极、不锈钢为阴极, 极板距离 1. 5 cm, 电流密度 50 mA cm2, 不外加电解质的情况下, 电解 90 min, 渗滤液的 CODCr去除率达到 57. 6, NH 4去除率达 40. 1, BOD5 CODCr比值由 0. 15提高到 0. 32, 达到了较好的预处理效果。 关键词 渗滤液 预处理 电絮凝 可生化性 ＊国家自然科学基金项目 50478006 0 引言 垃圾渗滤液是城市生活垃圾采用卫生填埋处理 的必然产物,其水质特征在垃圾不同填埋时段的差异 很大 。考虑到渗滤液成分复杂 ,仅采用普通的生物处 理工艺难以达到理想的效果, 因此需采用合适的预处 理措施来提高它的可生化性。鉴于电化学方法在水 处理方面的技术优点以及渗滤液预处理技术存在的 问题 ,本研究根据国内外学者在渗滤液电化学深度处 理 [ 1- 4] 研究的基础上 , 结合电化学处理废水的现有方 法和技术, 通过合理选择不同的电极材料 ,把电絮凝 技术应用于渗滤液预处理的研究, 确定其可行性。 1 实验基本原理 电絮凝又称电凝聚, 就是在外电压作用下, 利用 可溶性阳极产生大量阳离子, 对胶体废水进行凝聚沉 淀。通常选用铁或铝作为阳极材料 。将金属电极 如 铁 置于被处理的水中,然后通直流电, 此时金属阳极 发生氧化反应。产生的铁离子在水中水解、聚合, 生 成一系列多核水解产物而起凝聚作用, 其过程和机理 与化学混凝法基本相同。同时 ,在电凝聚器中阴极上 产生的新生态的氢 ,其还原能力很强, 可与废水中的 污染物起还原反应, 或生成氢气。在阳极上也可能有 氧气放出 。氢气和氧气以微气泡的形式出现 ,在水处 理过程中与悬浮颗粒接触可获得良好的粘附性能 ,从 而提高水处理效率。此外, 在电流的作用下 ,废水中 的部分有机物可能分解为低分子有机物 ,还可能直接 被氧化为 CO2和 H2O 而不产生污泥 。未被彻底氧化 的有机物部分还可和悬浮固体颗粒被 Fe OH 3吸附 凝聚并在氢气和氧气带动下上浮分离。总之 ,电絮凝 处理原水和废水是多种过程的协同作用 ,污染物在这 些作用下易被除去 [ 5] 。 2 实验装置和方法 2. 1 实验装置、材料 实验以1 000 mL烧杯模拟电解槽 ,阳极材料选择 铁、 铝、 不锈钢作对比实验,阴极材料为不锈钢,阳极板 和阴极板大小为 6. 25 cm 3. 18 cm。其实验装置如 图1,实验所用渗滤液取自长春市三道垃圾填埋场。 图 1 电絮凝实验装置示意图 2. 2 实验方法与步骤 1 分别用铝 、铁、不锈钢作电解槽的阳极, 不锈 钢为阴极, 取极板距离 1. 5 cm 极距越小处理效果越 好,但极距太小易造成短路 [ 6] , 电流强度 1A 电流密 度50 mA cm 2 , 电解 90 min, 对比不同电极对渗滤液 的色度、 CODCr、 BOD5 CODCr作用。 2 通过实验确定以铁为阳极,不锈钢为阴极改变 电流密度、 电絮凝时间,得出实验最佳电絮凝条件。 3 分析不同 pH 值和外加电解质NaCl 的影响 。 4 最佳电絮凝条件下渗滤液组分的变化 。 3 实验结果及分析 3. 1 不同阳极电絮凝实验结果 分别用铝、铁、 不锈钢作电解槽的阳极,不锈钢为 阴极, 取极板距离 1. 5 cm , 电流密度 50 mA cm 2 ,电解 90 min, 结果如表 1。原样 CODCr浓度7 539. 2 mg L; 29 环 境 工 程 2006年 10 月第 24卷第 5 期 BOD5 CODCr为 0. 15。 表 1 不同阳极电絮凝预处理后渗滤液变化结果 阳极阴极CODCr mgL- 1BOD5 CODCr 铝不锈钢5 219. 40 . 23 铁不锈钢3 189. 60 . 32 不锈钢不锈钢6 379. 30 . 17 3. 2 以铁为阳极,不锈钢为阴极 因为电流大小决定了氢气和氧气的产生量,同时 决定阳极溶解速度, 所以电流的改变影响着反应的进 行。由图 2 可知 ,电流密度越大 CODCr去除率越高, BOD5 CODCr也越高, 但当电流密度 50 mA cm 2 时 CODCr变化很小, 考虑到电流密度增大电压会增大而 增加电耗和阳极损耗速度, 所以选择 50 mA cm 2 为最 佳实验电流密度 。 图 2 不同电流密度下 CODCr和 BOD5 CODCr的变化 电絮凝过程中前段以絮凝 、气浮原理为主, 极板 被电解生成了大量新生态的多羟基铁盐络合物,后段 以氧化为主 [ 7] ,大分子主要靠电絮凝去除, 小分子被 电解为VOC 或CO2 [ 4] 。如图3 所示,在 60min 前以电 絮凝为主 ,优良的絮凝效果使得渗滤液 CODCr和色度 下降很快 ,60 min 后 ,CODCr和色度去除以氧化为主, CODCr去除速率减慢, 但 BOD5 CODCr有所增加 , 说明 有一部分难生化降解的有机物转化为可生化降解的 物质 。 图 3 不同电絮凝时间下 CODCr和 BOD5 CODCr变化 3. 3 不同 pH 值和外加电解质NaCl 对结果的影响 由于渗滤液具有很大的电导率在不外加电解质 和未调节 pH 值条件下完全可以达到电絮凝效果。 广西大学陈希慧 [ 8] 等人通过电絮凝法对造纸业废水 的研究认为 pH 值改变对电絮凝中 CODCr去除没有明 显效果,但对色度有一定影响 。本实验中渗滤液电絮 凝前后渗滤液 pH 变化不大 ,实验中未做调整。原水 中Cl -浓度很高为4 197. 45 mg L, 电絮凝 120 min 后 仍保留一定浓度, 即外加电解质 NaCl 对节省电耗和 增加 CODCr去除率作用很小 。 3. 4 最佳电絮凝条件下渗滤液组分的变化 以铁为阳极、 不锈钢为阴极,极板距离1. 5 cm ,电 流密度 50 mA cm 2 ,电解 1. 5 h, 渗滤液组分的变化如 表2。 表 2 最佳电絮凝预处理渗滤液各组分变化结果 项目 CODCr mgL- 1 BOD5 CODCr Cl - mgL- 1 NH 4 mgL- 1 原样 7 539. 20 . 154 197. 452 052. 5 处理后3 189. 60 . 322 061. 671 230. 2 实验得出, 渗滤液色度、浊度明显降低, CODCr去 除率达到 57. 6,NH 4去除率达 40. 1, BOD5 CODCr 有很大提高 ,更有利于后续好氧生物处理 。 3. 5 电絮凝预处理费用分析 废水电化学处理过程的能耗 , 取决于电流强度 I 、 槽电压 U 和电解时间t 。其中 ,电流强度是由电解 反应的类型和净化能力所决定的,故在一定的电极反 应和电流强度条件下 ,单位时间的能耗与槽电压成正 比 [ 9] 。本研究提出的选定铁阳极电絮凝预处理渗滤 液的方法, 在达到一定预处理目的的同时 ,从电能消 耗角度 平均电能消耗 9. 08 kWh m 3 考虑 , 远小于 相关文献报道的结果 [ 2,10] 。 4 结论与建议 电絮凝方法在较短的时间内预处理高浓度的渗 滤液是有效的。此方法不受渗滤液水质水量变化的 限制 ,电极材料简单易得, 预处理周期短 。对一些难 降解的有毒污染物等有良好的降解或去除作用,可使 渗滤 液色 度、浊 度明 显降 低, CODCr去除 率 达到 57. 6,铵离子浓度去除率达 40. 1, BOD5 CODCr由 0. 15提高到 0. 32, 更有利于后续好氧生物处理。建 议通过改变电解槽结构和阳极阴极过程完善电絮凝 预处理垃圾渗滤液方法, 同时, 电絮凝处理复杂垃圾 渗滤液的机理仍需进一步研究 。 致谢 本文在国土资源部水环境和水问题重点实验室完成。 参考文献 [ 1] 谢灿楷. 生活垃圾渗滤液处理工艺设计应注意的问题. 环境卫 生工程, 2004, 12 3 186 -187. [ 2] 王鹏, 刘伟藻, 方汉平. 电化学氧化与厌氧技术联用处理垃圾渗 沥水. 环境科学, 2001, 22 5 70-73. 下转第 37 页 30 环 境 工 程 2006年 10 月第 24卷第 5 期 若 α 0. 01, 那么 tt -α 2 mt0. 95 52. 015, 由于 t 2. 015,因此 ,在 0. 10 水平认为所得到的一次方 程是合适的。 因此, 在等离子体资源化脱硫的过程中 ,过程变 量外加电压,含水量和停留时间对脱硫率的影响可用 式 24 来表示 。 为了获得最佳的实验方案 ,同时尽可能减少实验 次数 ,可以对实验进行优化设计 。在本实验中 ,采用 单因素优选法中的黄金分割法对已得到回归方程式 24 进行优化 [ 8] 。本实验利用 MATLAB 语言编程实 现对影响因素的组合优化设计 。最终优化结果为 y 82. 848 2 ans 3. 500 0 2. 050 0 0. 850 0 12. 000 0 从最终优化结果可以看出 , 当外加电压 z1为 3. 5 kV、 含水量 z2为 2. 05、停留时间 z3为 0. 85 s、 电压频率 z4为 10. 0 kHz 或者 12. 0 kHz 时, 可以得到 的脱硫率最大为82. 848 2。 4 结论 1 等离子体脱硫技术可以在常压下 ,不外加吸 收剂和催化剂 ,把烟气中的 H2O、 O2分子电离 、 分解, 再在分子层次上加工成高浓度的自由基 OH ＊等活性 粒子 , 在等离子体反应器中快速把 SO2直接氧化为 H2SO4,再加以回收 ,从而实现资源化 ,有望成为控制 SO2污染和解决酸雨问题的一种新方法 。 2 脱硫过程中外加电压 、 含水量和停留时间的 变化对脱硫效率有显著影响。从优化结果可以看出, 当SO2的初始体积分数为 345 10 -6 ～ 35510 - 6 , 含 氧量为 21左右 ,电源频率为 12. 0 kHz, 外加电压为 3. 5 kV,含水量为 2. 05,停留时间为 0. 85 s时 ,脱硫 效率可以达到 80 以上。 3 通过一次回归正交设计的方法 , 可以找出实 验指标和各因子之间的定量规律。本实验利用二水 平正交表来安排实验设计 ,如果除去不显著因子对脱 硫率的影响 ,可得最高脱硫率为82. 848 2。 参考文献 [ 1] 张晓山. 我国酸雨沉降控制规划与对策研究. 北京 中国环境科 学出版社, 1995. 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The removel rates of CODCr, SS and NH 4-N are over 90, 80 and 75 respectively, when influent CODCr, SS and NH 4-N are 234 mg L, 112mg L and 56 mg L, hydraulic retention time is 8 h, and aerated intensity is in the range of 0 . 5～ 0. 6 L m 2s . Keywords anaerobic -aerobic biological filter AABF, municipal wastewater and bio -film USINGCORRUGATEDUNDERFLOWWETLANDTOTREATLOWCONCENTRATION DOMESTIC WASTEWATERZeng Xiangying Zhang Beiping Sun Gaosheng 26 Abstract It was studied the removal effect of organisms, N and P in domestic wastewater by a corrugated underflow wetland subjected to different hydraulic loadings. The low, medium and high hydraulic loadings were 0. 2 m3 m2d, 0. 4 m3 m2d and 0. 8 m3 m2d respectively. The results showed that hydraulic loading had a certain effect on the removal rate of CODCrand TP, i. e. the removal rate was decreased with increase in hydraulic loading; it almost had no effect on the removal rate of NH3-N and TN. Keywords corrugated underflow wetland, domestic sewage and hydraulic loading THE FEASIBILITY STUDY OFELECTRO-COAGULATION FOR PRETREATING LEACHATEYang Jidong ZhaoYongsheng Zhao Xiaobo 29 Abstract A study of pretreatment of leachate by electro -coagulation was carried out. Using Fe anode and stainless steel cathode, electrode spacing was 1. 5 cm, current intensity was 50 mA cm2and electrolytic time was 90minutes without adding electrolyte. The removal rates of CODCrand NH 4reached 57. 6 and 40. 1 respectively, the BOD5 CODCrratio was improved from 0. 15 to 0. 32. So this reached a good pretreatment effect. Keywords leachate, pretreat, eletro -coagulation and biochemical degradability TREATMENT OF DOMESTIC WASTEWATER REUSE AND CLEANING OF MEMBRANT BY SMBRDong Lijing Xu Gaotian Tang Fanmin 31 Abstract CASS cyclic activated sludge systemprocess and membrane filtration were combined to be a SMBR submerged membrane bioreactor. The study was onfeasibility of this SMBR usedinreclamation of domesticwastewater. The fitting operation conditionwasdetermined as HRT4 h, dissolved oxygen DOabout 4 mg L, temperature was controlled at 23～ 27 ℃, pH6. 5～ 8. 0. Under the conditions, disposal impacts to actual domestic wastewater were studied. At the same time, the of the membrane cleaning was also studied. Keywords SMBR, ultrafiltration membrane and cleaning of membrane ANALYSIS OF PARAMETER OF PLASMA DESULFURIZING TECHNOLOGY Yi Chengwu Lu Congxiang Xu Wei et al 34 Abstract SO2is removed from the simulated gas streams using non -thermal plasma which can be ed by the strong ionization discharge of dielectric barrier. The influence of these factors on desulfurization rate was analyzed. The multiple linear regression model was founded and the significance level of these influence variableswas analyzed by the of simple regression orthogonal design, the quantitative rule of experiment target and single variable is concluded. it was also found out the condition association of the optimum experiment conditions by optimization of the model. Keywords non -thermal plasma, dielectric barrier discharge, simple regression orthogonal design and desulfurization DEDUSTING RE OF SINTERING MACHINE FOR CHUXIONG DESHENG IRON AND STEEL COMPANYYang Lifang Zhang Zhiling Xu Xiaojun 38 Abstract It is introduced some technical and design problems of three -electrodes electrostatic dust catchers, which have been used in the dust -removing of the end of 19 . 6 m2sintering machine used for Chuxiong Desheng Iron andSteel Company. By analysis and summarization of use effect, it is indicated that in the case of designing parameter is suitable, the effect of dust-removing of sintering smoke is better. These potential problems of experiences and operation also provide a reference for some plants that will design sintering machines. Keywords sintering, dust -removing, treatment of flue gas, electrostatic dust catcher, sintering flue gas, re of purifying systems, electrostatic dust catcher of three -electrode and running analysis OPTIMIZATION DESIGN OF COLLECTION OF ACID MIST FOR LONG PICKLING TANK Qi Meifu Liu Yamin 42 Abstract Blowing and absorbing hood is usually used for collecting acid mist in storage battery and short pickling tanks. The blowing and absorbing hood is used for a long pickling tank, whose length is more than 10 meters. The common design s for pickling tanks were analysed, and a long pickling tank 14 mwas designed. It is proved that the analysis and parameters are correct. Keywords long acid -washed flume, collection of acid mist, blowing absorbing hood and absorb breeze evenly 3 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24, No. 5,Oct. , 2006