臭氧化反应-陶瓷膜分离耦合处理垃圾渗滤液浓缩液的研究

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目前,膜生物反应器结合反渗透(RO)处理垃圾渗滤液是一种有效的处理方法。然而,实施该技术最关键的问题是反渗透浓缩液的产生。浓缩液具有生物降解性低、污染物浓度高的特点,含有大量的腐殖酸、醛、酮、重金属。最经济的处理方法之一是将浓缩液回收至垃圾填埋场。但浓缩液再循环会造成腐殖酸和重金属等污染物的积累,降低处理效率。臭氧是一种强氧化剂,对大分子有机污染物具有高反应性和选择性。但是臭氧在应用的过程中利用率较低,且对浓缩液的处理能力有限。因此,臭氧组合技术被广泛应用于实际废水的处理中。陶瓷膜(CM)的主要组成物质为金属氧化物,能够激发臭氧生成自由基。并且陶瓷膜具有寿命长、热稳定性强、化学稳定性强、机械稳定性强等优点。因此,陶瓷膜在水处理中具有巨大的应用潜力。本研究以陶瓷膜臭氧反应器为基础,研究了CM/O3处理垃圾渗滤液反渗透浓缩液的污染物去除能力。在此基础上,为了进一步提高浓缩液的降解能力,提出了O3/Ca(OH)2-CM体系对浓缩液进行边分离边氧化。另外,对于所采用的19孔多通道陶瓷膜的特殊结构进行了流场模拟研究,全文的主要研究结果如下:(1)采用CM/O3体系处理浓缩液,在陶瓷膜孔径50 nm,反应压力0.2 MPa,臭氧浓度60 mg/L,臭氧流量3 L/min的条件下,处理后浓缩液的COD去除效率高达到81.93%,TOC去除率也能达到62.6%。其COD去除率是单独CM和单独O3体系处理的2.5倍及1.17倍。同时,探讨了不同操作条件对CM/O3体系去除效率及膜通量变化的影响。此外,通过UV245、3D-EEM、GC-MS比较分析了CM/O3体系处理过程中浓缩液的大分子有机物组成的变化情况。结果表明,经处理5 min后,浓缩液的UV254去除率即可达到39.9%。臭氧能够快速有效降解浓缩液中的部分腐殖质类大分子有机污染物且废水的芳香化程度迅速降低。并且随着臭氧投加量的增加,浓缩液中的腐殖质被降解的效率增加,但是同时也会有少量的可溶性微生物副产物的中间体产生。(2)采用O3/Ca(OH)2-CM体系处理浓缩液,COD去除率高达95.69%,TOC去除率为91.89%,UV254去除率95.13%。其COD去除效率分别是CM、Ca(OH)2、O3体系处理的3.29、2.82、1.27倍。Ca(OH)2在体系中既充当絮凝剂的作用,同时还具有臭氧催化剂的作用。能够在絮凝处理浓缩液的同时,催化臭氧提高臭氧的利用率,增加浓缩液的矿化率。同时还探讨了不同操作条件对O3/Ca(OH)2-CM体系的降解效率及膜通量变化的影响。另外,分析了四种体系处理前后大分子有机物组成的变化情况。结果表明,浓缩液原液中含有24种置信度大于60%的有机物,经CM、Ca(OH)2、O3降解后废水中分别剩余20、18以及9种。而经O3/Ca(OH)2-CM体系处理后,废水中仅剩余5种有机物,有机物的总浓度仅剩余18.3708 mg/L。并且浓缩液中除四氯乙烯以外的碳碳双键和碳氧双键类不饱和有机物都被完全降解。(3)采用CFD模拟技术研究了19孔多通道陶瓷膜的微通道对气液混合流体流动的影响。流场模拟结果表明,与单通道反应器相比,19孔多通道能够有效对气体进行良好的分散作用,减缓气体聚集现象,增强气体在液相中的溶解度。在相同模拟条件下,19孔多通道反应器内的速度分布均匀,压力较大,且其速率及压力都远高于单通道反应器内的分布情况。此外,研究了气相进口速率与出口压力对19孔多通道反应器的影响。结果表明气含率随气相进口速率的增加而增加,但是当气相进口速率过高时反应器内将会出现大量气体聚集的现象。而出口压力对反应器内的气液混合物的流体流动影响较小。
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