1、1 緒論1.1 課題研究背景 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、城市的急劇擴(kuò)張和人民生活水平的不斷提高，城市生活垃圾的數(shù)量逐年增加，目前，國(guó)內(nèi)外城市垃圾的主要處理方式為衛(wèi)生填埋法，我國(guó)超過90%以上的城市垃圾是用填埋法處理的。在城市垃圾填埋過程中，由于壓實(shí)和微生物的分解作用以及厭氧發(fā)酵等多種代謝作用，垃圾所含的污染物將隨水分溶出，并與降水、徑流等一起形成高濃度的有機(jī)廢液，即垃圾滲濾液。滲濾液是垃圾填埋過程中產(chǎn)生的二次污染, 可使地面水體缺氧、水質(zhì)惡化、富營(yíng)養(yǎng)化，威脅飲用水和工農(nóng)業(yè)用水水源,使地下水喪失利用價(jià)值；經(jīng)濟(jì)有效處理垃圾滲濾液,是城市環(huán)境中凾待解決的難題！ 垃圾滲濾液屬于高濃度有機(jī)廢水,成分十分復(fù)

2、雜，尤其氨氮含量普遍較高,而且濃度變化范圍很大。過高濃度的氨氮將導(dǎo)致滲濾液中CPN比過低,滲濾液中營(yíng)養(yǎng)比例失調(diào),嚴(yán)重影響后續(xù)滲濾液生化處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行。此外,高濃度氨氮對(duì)環(huán)境尤其填埋場(chǎng)周圍的水體造成嚴(yán)重污染。因此,研究垃圾滲濾液中氨氮脫除技術(shù),對(duì)確保滲濾液后續(xù)生化處理的穩(wěn)定運(yùn)行及保護(hù)環(huán)境具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2 垃圾滲濾液的來(lái)源、水質(zhì)特點(diǎn)及氨氮廢水的危害 垃圾滲濾液是垃圾在堆放和填埋過程中由于發(fā)酵、雨水沖刷和地表水、地下水浸泡而滲濾出來(lái)的污水。來(lái)源主要有四個(gè)方面1: 垃圾自身含水、垃圾生化反應(yīng)產(chǎn)生的水、地下潛水的反滲和大氣降水,其中大氣降水具有集中性、短時(shí)性和反復(fù)性,占滲濾液總量的大部分。

3、（1）污染物種類繁多，成分復(fù)雜 研究顯示,滲濾液中含有70多種有機(jī)物和各種重金屬元素。滲濾液中含量較多的有烴類及其衍生物、酸酯類、醇酚類、酮醛類和酰胺類等物質(zhì)。 (2)水質(zhì)水量變化大滲濾液的水質(zhì)水量會(huì)隨著外界水文地質(zhì)、降雨量、堆積高度及方式、填埋規(guī)模、填埋工藝、填埋時(shí)間、垃圾本身成分的變化而變化,隨機(jī)性很大。 （3）COD和BOD5濃度高在新的垃圾填埋場(chǎng)里,揮發(fā)性酸的存在可能會(huì)提高COD和BOD5濃度,COD最高可達(dá)80g/L,BOD5最高可達(dá)35g/L。填埋時(shí)間小于5年時(shí),所產(chǎn)生的滲濾液pH值較低, COD和BOD5濃度較高,且BOD5/COD的值較高,一般為0.50.7,表現(xiàn)出良好的可生化

4、性,同時(shí)各類重金屬離子的濃度也較高。當(dāng)填埋時(shí)間在5年以上時(shí),所產(chǎn)生的滲濾液接近中性, COD和BOD5濃度較低, BOD5/COD的值降到0.10.2,NH3-N濃度較高,重金屬離子濃度則開始下降。金屬含量高垃圾滲濾液中含有十多種金屬離子,其中鐵和鋅在酸性發(fā)酵階段較高,鐵的濃度可達(dá)2000mg/L左右；鋅的濃度可達(dá)130mg/L左右,鉛的濃度可達(dá)12.3mg/L,鈣的濃度甚至達(dá)到4300mg/L2。營(yíng)養(yǎng)比例失調(diào)，氨氮含量高由于垃圾滲濾液的影響因素很多,其可生化性和C/N值存在差異。在不同場(chǎng)齡填埋場(chǎng)產(chǎn)生的垃圾滲濾液中,C/N值的失調(diào)和BOD5/CODcr值的較大變化常給生化處理帶來(lái)一定難度。隨著

5、填埋場(chǎng)年限的增加,垃圾滲濾液中的氨氮濃度相應(yīng)增加,最后濃度可高達(dá)10g/L。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人民生活的水平的提高，我國(guó)氨氮污染物的排放量急劇增加。在“一控雙達(dá)標(biāo)”過程中，對(duì)有機(jī)污水特別是工業(yè)有機(jī)廢水進(jìn)行了有效治理，但氨氮污染基本上未加控制。氨氮廢水對(duì)自然環(huán)境、人體等有極大的危害，氨氮排入水體，特別時(shí)流動(dòng)緩慢的湖泊，容易引起氨氮水體中的藻類和微生物的大量繁殖，導(dǎo)致水體的富營(yíng)養(yǎng)化。湖泊“水華”及近?！俺喑薄睍r(shí)有發(fā)生，越演越烈。水體富營(yíng)養(yǎng)化后會(huì)引起某些藻類的惡性繁殖，一方面有些藻類本身水藻腥味會(huì)引起水質(zhì)惡化使水變得腥臭難聞；另一方面有些蛋白質(zhì)毒素會(huì)富集在水產(chǎn)物體內(nèi)，并通過食物鏈影響人體的健康，

6、甚至使人中毒。如海生腰鞭毛目生物的過度繁殖能使海水呈紅色或褐色，即俗稱“赤潮”；溝藻是形成赤潮的常見種類，他們所產(chǎn)生的毒素會(huì)被貝類動(dòng)物所積累，人體食用后會(huì)引起嚴(yán)重的胃病甚至死亡3。水體中大量藻類死亡的同時(shí)會(huì)耗去水中所含的氧氣，從而引起水體中魚蝦等水產(chǎn)物的大量死亡，致使湖泊退化、淤泥化，甚至變淺，變成沼澤地甚至消亡。水體富營(yíng)養(yǎng)化已經(jīng)危害農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、旅游業(yè)等諸多行業(yè)，富營(yíng)養(yǎng)化的水質(zhì)不僅又黑又臭，且透明度也差，往往影響了江河湖泊的觀賞和旅游價(jià)值。氨氮在水中微生物的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)橄鯌B(tài)氮和亞硝態(tài)氮，對(duì)人體有毒害作用。硝態(tài)氮進(jìn)入人體后，能通過酶系統(tǒng)還原為亞硝態(tài)氮，輕則引起高鐵血紅病，重則是嬰兒死亡。硝態(tài)氮和

7、亞硝態(tài)氮均為強(qiáng)致癌物質(zhì)亞硝基化合物的前體物質(zhì)，有致癌、致突變、致畸的性質(zhì)，對(duì)人體危害嚴(yán)重。1.3 垃圾滲濾液處理現(xiàn)狀垃圾滲濾液的主要處理工藝有生物處理法、物化法、土地法以及幾種方法的綜合3。合并處理包括滲濾液直接進(jìn)入污水處理廠和經(jīng)預(yù)處理后進(jìn)入城市污水處理廠,兩類處理方案都是利用城市污水對(duì)滲濾液的緩沖、稀釋和營(yíng)養(yǎng)均衡作用,通過污水處理廠實(shí)現(xiàn)兩者的同時(shí)處理。其中預(yù)處理方案考慮了滲濾液直接排放對(duì)城市污水處理廠運(yùn)行的沖擊問題4。滲濾液回灌是用適當(dāng)?shù)姆椒?將在填埋場(chǎng)底部收集到的濾滲液從其覆蓋表面或覆蓋層下部重新灌入填埋場(chǎng)。通過填埋場(chǎng)覆蓋層的土壤凈化作用、垃圾填埋層的降解作用和最終覆蓋后垃圾填埋場(chǎng)地表植物

8、的吸收作用對(duì)其進(jìn)行凈化處理。采用回灌方式進(jìn)行處理不但節(jié)省占地,而且可將填埋場(chǎng)作為一個(gè)大的生物濾池,滲濾液經(jīng)多次回流處理后其流量及有機(jī)物含量會(huì)越來(lái)越少。同時(shí)滲濾液的回流又可加速垃圾中有機(jī)物的分解穩(wěn)定,起到縮短填埋場(chǎng)穩(wěn)定過程的作用。但是滲濾液回灌不但產(chǎn)生惡臭,易受冰凍影響,容易污染地表水,而且長(zhǎng)期回灌使?jié)B濾液中某些無(wú)法生物降解的污染物濃度極高,最終仍需定期單獨(dú)處理后排放。 單獨(dú)處理主要包括物化處理、生化處理以及物化與生化相結(jié)合的處理方法。目前單獨(dú)處理系統(tǒng)的工藝一般為:預(yù)處理+厭氧+好氧+深度處理。單獨(dú)處理系統(tǒng)存在以下問題:(1)系統(tǒng)適應(yīng)水質(zhì)變化,特別是適應(yīng)填埋場(chǎng)整個(gè)填埋期的能力差。(2)流程過長(zhǎng),

9、管理復(fù)雜,運(yùn)行費(fèi)用高,且出水COD一般在5001200mg/L,不易達(dá)標(biāo)。(3)與合并處理方案相比,單獨(dú)設(shè)置小規(guī)模處理系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用上缺乏優(yōu)越性。1.4 垃圾滲濾液的主要處理方法物化處理的目的主要是去除滲濾液中的有毒有害重金屬離子及氨氮,為滲濾液的達(dá)標(biāo)排放和生物處理系統(tǒng)有效運(yùn)行創(chuàng)造良好的條件。 在滲濾液的處理中,該方法主要用于去除水中難降解的有機(jī)物(酚、苯、胺類化合物等)、金屬離子(汞、鉛、鉻)和色度,一般情況下,對(duì)COD和NH3-N的去除率為50%70%5?；钚蕴课椒ㄌ幚砜蛇m應(yīng)水量和有機(jī)負(fù)荷的變化,設(shè)備緊湊,管理方便。但活性炭的價(jià)格較為昂貴,而且再生較為困難6。化學(xué)沉淀中的一種主要方法是混

10、凝。常用的混凝劑有硫酸鋁、硫酸亞鐵、三氯化鐵等，對(duì)使用時(shí)間不長(zhǎng)的填埋場(chǎng)產(chǎn)生的滲濾液COD和總碳的去除率一般為10%25%，而對(duì)時(shí)間較長(zhǎng)的填埋場(chǎng)產(chǎn)生的滲濾液COD和總碳的去除率可達(dá)50%65%。 化學(xué)氧化法主要去除滲濾液中的色度和硫化物，對(duì)COD的去除率通常為20%50%。氯、臭氧、過氧化氫、Fenton、高錳酸鉀和次氯酸鈣等是常用的氧化劑。在德國(guó)目前約有100座填埋場(chǎng)滲濾液處理廠，其中15座以化學(xué)氧化為深度處理工藝7。但在國(guó)外化學(xué)氧化法處理垃圾滲濾液也基本處于試驗(yàn)階段，其缺點(diǎn)是耗電量大，成本費(fèi)用高。 譚小萍8等人對(duì)影響光催化處理垃圾滲濾液的因素進(jìn)行了研究, 試驗(yàn)表明，光催化氧化法對(duì)垃圾滲濾液的

11、深度處理效果較好, COD去除率為50%左右，色度去除率為80%左右，有一定的可行性。BekboeletM9也報(bào)道了采用TiO2處理垃圾滲濾液，在pH=5時(shí)，降解效果最好。光催化氧化技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，無(wú)二次污染，對(duì)腐殖酸去除效果很好，但該方法在反應(yīng)器設(shè)計(jì)、催化劑用量與壽命、光照時(shí)間方面需深入研究。膜處理一般組合使用或與其他處理方法聯(lián)用，超濾或微濾常常作為反滲透的預(yù)處理。許多垃圾填埋場(chǎng)用反滲透法可將滲濾液的容積減少75%80%，然后再將濃縮液回灌至填埋場(chǎng)。微孔膜、超濾膜和反滲透膜在滲濾液深度處理中應(yīng)用研究較多，其對(duì)COD和SS的去除率可達(dá)95%。但膜分離方法一次性投資費(fèi)用大,尤其對(duì)于濃度較高的滲濾液

12、而言，處理費(fèi)用很高，且該工藝產(chǎn)生的極高濃度濃縮液的回灌會(huì)造成電導(dǎo)率上升等現(xiàn)象，導(dǎo)致處理效果的下降和膜壽命的降低。廣州市大田山垃圾填埋場(chǎng)采用反滲透處理滲濾液出水,結(jié)果表明,當(dāng)進(jìn)水COD為250620mg/L時(shí)，調(diào)整進(jìn)水壓力為3.5MPa，則出水COD濃度幾乎為零，平均透水量為3042L/ (m2h)10。 氨吹脫作為滲濾液的預(yù)處理，能夠有效地降低NH3-N濃度并調(diào)整C/N的值。吹脫分為曝氣吹脫與吹脫塔吹脫。吳方同等人的試驗(yàn)結(jié)果表明對(duì)于氨氮濃度高達(dá) 15002500mg/L的滲濾液，在溫度為25，pH值為10.1511.10，氣液比為 29003600時(shí),氨吹脫效率達(dá)95%以上11。氨吹脫工藝運(yùn)行

13、費(fèi)用較高，且空氣污染現(xiàn)象嚴(yán)重。滲濾液成分的復(fù)雜化和多樣化使單純的物理化學(xué)方法難以達(dá)到處理效果， 必須與生物法聯(lián)合處理出水才能比較理想。近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的氧化技術(shù)，無(wú)論是輻照氧化，還是光催化氧化，都是借助氫氧自由基的強(qiáng)氧化性來(lái)達(dá)到氧化分解化合物的目的，以提高滲濾液的可生化性。目前，滲濾液的處理尚沒有很成熟的工藝可供借鑒，這些強(qiáng)氧化技術(shù)有著良好的前景，但是基本上處于研究階段，工程實(shí)例并不多，若要真正進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，除了要有較高的處理效率和速率，還需有盡可能低的投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用5。作為傳統(tǒng)的污水生物處理方法，生物膜法和活性污泥法均可以應(yīng)用于垃圾滲濾液的處理中。這兩種方法的優(yōu)勢(shì)是有較為成熟的理論依據(jù)和較

14、豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，但應(yīng)用于滲濾液處理中的主要問題是很難適應(yīng)滲濾液的沖擊負(fù)荷，而且滲濾液所含成分的復(fù)雜程度對(duì)能否保持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有很大的影響。目前滲濾液生物處理采用較多的工藝流程為厭氧+好氧工藝。（1）好氧處理從脫氮考慮,好氧一般采用活性污泥法、氧化塘、SBR等工藝。近幾年，SBR因其工藝優(yōu)勢(shì)，被國(guó)內(nèi)外眾多滲濾液處理研究者采用12-15。研究表明：經(jīng)過SBR工藝處理的滲濾液出水NH3-N可以降到較低水平，但出水COD很難達(dá)標(biāo),這是由于滲濾液中難降解物質(zhì)含量高造成的16。與活性污泥法相比，曝氣穩(wěn)定塘體積大，有機(jī)負(fù)荷低，降解進(jìn)度較慢，但由于其工程簡(jiǎn)單，在土地不貴的地區(qū)，是最經(jīng)濟(jì)的垃圾滲濾液好氧生物處

15、理方法。在美國(guó)、加拿大、英國(guó)、澳大利亞和德國(guó)等國(guó)家進(jìn)行的小試、中試及生產(chǎn)規(guī)模的研究都表明,采用曝氣穩(wěn)定塘能獲得較好的垃圾滲濾液處理效果。厭氧處理 目前厭氧生物處理采用厭氧生物濾池、厭氧接觸法、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器及分段厭氧消化等。上向流式厭氧污泥床(UASB)是一種較新型的厭氧處理反應(yīng)器，高濃度(6080g/L)顆粒污泥床使其具有比其他厭氧處理設(shè)備更強(qiáng)的處理能力。英國(guó)的水研究中心報(bào)道用UASB處理COD10000mg/L的滲濾液，當(dāng)負(fù)荷為3.619.7kgCOD/(m3d)，平均泥齡為1.04.3d，溫度為30時(shí)，COD和BOD5的去除率各為82%和85%，它們的負(fù)荷比厭氧濾池要大得多。厭氧

16、濾池適于處理溶解性有機(jī)物，加拿大某垃圾填埋場(chǎng)滲濾液平均COD為12850mg/L，BOD5/COD為0.7，pH為5. 6。將此滲濾液先經(jīng)石灰水調(diào)節(jié)至pH =7.8，沉淀1h后進(jìn)厭氧濾池(此工序還起到去除Zn等重金屬的作用)，當(dāng)負(fù)荷為4kgCOD/（m3d)時(shí)，COD去除率可達(dá)92%以上；當(dāng)負(fù)荷再增加時(shí),其去除率急劇下降。趙健良等人16采用厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)處理城市污水與垃圾滲濾液的混合廢水，結(jié)果表明，ABR可有效改善混合廢水的可生化性。進(jìn)水BOD5/COD為0.20.3時(shí)，出水BOD5 /COD可提高至0.40.6,處理效果比單獨(dú)采用好氧工藝時(shí)有明顯改善。1.5 垃圾滲濾液中氨氮的去

17、除 吹脫法是將滲濾液調(diào)節(jié)至堿性,然后在汽提塔中通入空氣或蒸汽,通過氣液接觸中游離氨吹脫至大氣中。因吹脫處理能夠達(dá)到調(diào)節(jié)C/N比,降低后續(xù)滲濾液生化處理負(fù)荷的作用,所以吹脫法是處理高濃度氨氮廢水常用的方法。研究表明,在水溫大于25,氣液比控制在3500左右,滲濾液pH值控制在10.5左右時(shí),對(duì)于氨氮濃度高達(dá)20004000mgL-1的垃圾滲濾液,去除率可達(dá)到90%以上。對(duì)吹脫法影響因素的研究結(jié)果為,當(dāng)pH 為9.211.5時(shí),吹脫效率隨pH值增加而提高；水溫越高,吹脫效率越高。另外通過機(jī)械通風(fēng),在pH 為11.5,通風(fēng)24小時(shí),氨吹脫效率最高可達(dá)90%。 可見,氨吹脫效果明顯,處理效率較高。但由

18、于需要調(diào)節(jié)pH ,必須投加大量的堿,而且為了曝氣,還需要提供一定的風(fēng)量,造成了處理費(fèi)用偏高。同時(shí)氨吹脫只是將廢水中的銨離子轉(zhuǎn)化為游離氨,最后將之排放到大氣中,實(shí)質(zhì)上氨的污染問題并未得到解決。此外,溫度對(duì)氨吹脫影響較大,在低溫時(shí)效率急劇下降。化學(xué)沉淀法是去除氨氮的另外一種常見方法。這是一種通過氨根離子在鎂離子和磷酸根離子存在的條件下形成磷酸氨鎂沉淀(MgNH4PO36H20)而除掉廢水中氨氮的方法。由于磷酸氨鎂沉淀是一種重要的復(fù)合肥料，實(shí)現(xiàn)了對(duì)滲濾液中氨氮的回收利用，磷酸氨鎂沉淀法對(duì)氨氮的去除過程可通過下面的離子反應(yīng)方程式來(lái)表示:Mg2+PO43-+NH4+6H2OMgNH4PO4.6H2O 這

19、種化學(xué)沉淀法對(duì)廢水中的氨氮去除率很高。在pH=9，投加的MgNP 摩爾比為111 的情況下, 溶液中氨氮的含量可以迅速下降到100mg/L左右。Li等人17在比較了幾種鎂和磷的化合物組合去除香港某垃圾填埋場(chǎng)滲濾液中的氨氮時(shí)發(fā)現(xiàn),MgCl2與磷酸鹽的組合去除氨氮效果最好。除了對(duì)氨氮有很好的去除效果外，有報(bào)道稱這種方法對(duì)COD也有很好的處理效果用此方法除氨，氨的去除率可達(dá)95%以上，解決了氮的回收和氨的二次污染兩大問題。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)采用Mn2+與PO43-作用去除NH3-N的試驗(yàn)研究，對(duì)其反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了探討，方建章等人在確定了最佳投藥比及反應(yīng)溶液pH的條件下發(fā)現(xiàn)，Mn2+的效果最好，去除率可達(dá)96

20、.1%。 電化學(xué)氧化是在電場(chǎng)的作用下,將溶液中的氨氧化為氮?dú)獾群镔|(zhì),同時(shí)利用水中次氯酸的氧化作用達(dá)到去除氨氮的目的。采用連續(xù)式電解槽對(duì)垃圾滲濾液進(jìn)行了預(yù)處理,氨氮去除率高達(dá)98.4%,COD的去除率也達(dá)到了90.4%,極大地降低了后續(xù)生化處理的負(fù)荷,并且對(duì)難降解污染物(如苯胺、苯酚等)也有良好的去除作用。采用電解法處理滲濾液時(shí)發(fā)現(xiàn),pH值為4左右,Cl-濃度為5000mg/L,電流密度為10A/dm2,SPR三元電板為陽(yáng)極,電解時(shí)間為4h的條件下,COD和NH3-N的去除率分別達(dá)到了90.6%和100%,并且發(fā)現(xiàn)SPR 三元電極板明顯優(yōu)于DSA二元電極和石墨電極。 電化學(xué)氧化除氨速率快,處

21、理效率可達(dá)100%,同時(shí)對(duì)COD的去除率也在80%以上,而且對(duì)難降解污染物也有良好的去除。但該方法要消耗大量的電能,運(yùn)行成本很高。離子交換法去除氨氮主要是利用可優(yōu)先選擇銨離子的交換劑與銨離子發(fā)生交換反應(yīng),從而將污水及廢水中氨氮去除的方法。離子交換法除氨氮必須采用對(duì)氨氮有優(yōu)先選擇的交換劑。此方法去除效果較好,但是控制過程復(fù)雜,再生成本高,不適宜大量垃圾滲濾液的處理。目前對(duì)這方面的研究較少。 垃圾滲濾液氨氮濃度較高,采用生物處理前，一般要首先進(jìn)行物化處理。將氨吹脫與厭氧濾池、序批式反應(yīng)器結(jié)合, 氨氮去除率達(dá)到99.5%18。將滲濾液中的氨氮轉(zhuǎn)化成磷酸銨鎂沉淀，也能使氨氮有大幅度的降低19。而經(jīng)過A

22、/B復(fù)合系統(tǒng)(A : 缺氧活性污泥,B:A/O淹沒式生物膜)，氨氮去除率可達(dá)95.1%。歐美和日本近年來(lái)的實(shí)踐證明，生物濾池和生物轉(zhuǎn)盤工藝對(duì)垃圾滲濾液有良好的脫氮效果。以英國(guó)某地的生物濾池為例，其進(jìn)水的氨氮濃度為150550mg/L，采用生物濾池工藝,在水力停留時(shí)間為0.64.5d時(shí),氨氮去除達(dá)到309g/m3出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)20。 化學(xué)沉淀法作為去除氨氮的有效方法之一，有其它氨氮處理方法所不可比擬的優(yōu)勢(shì)，其優(yōu)點(diǎn)包括: (1) 運(yùn)行成本低,反應(yīng)周期短,管理方便； (2) 磷酸氨鎂是一種有效的肥料，可以用于堆肥，還可以做結(jié)構(gòu)制品的阻火劑； (3) 達(dá)到以廢治廢的目的。可以通過含氨氮廢水、含磷廢水及含

23、鎂廢水在一定比例配比條件下，生成磷酸氨鎂，達(dá)到以廢治廢的效果。 但是在實(shí)際應(yīng)用中，還需要進(jìn)一步優(yōu)化反應(yīng)物配比，并比較經(jīng)濟(jì)地調(diào)節(jié)pH 值，以做到運(yùn)行穩(wěn)定生成產(chǎn)物具有更高的回收價(jià)值。 吹脫法的工藝條件比較成熟，也是目前普遍使用的方法。吹脫法的一個(gè)很重要的弊端在于pH調(diào)節(jié)。如果采用石灰來(lái)調(diào)節(jié)pH則會(huì)在填料塔中結(jié)垢，如果采用氫氧化鈉來(lái)調(diào)節(jié)，則藥劑費(fèi)用較高。另外，在吹脫完成后還需將pH調(diào)回，以利于后續(xù)生化處理的正常進(jìn)行，這樣就增加了運(yùn)行的成本。吹脫的氨如不進(jìn)行回收會(huì)造成二次污染，但由于吹脫時(shí)氣水比大,通常氨氮的回收具有一定的難度。對(duì)于近年來(lái)新興的方法，雖然在處理效果方面能達(dá)到一定的要求，但是能源消耗較大

24、，工藝條件還不成熟。1.6 礦物材料及在水處理方面的應(yīng)用及分類環(huán)境礦物材料是基于礦物材料的定義而來(lái)的。通常意義上的環(huán)境礦物材料是指由礦物（巖石）及其改性產(chǎn)物組成的與生態(tài)環(huán)境具有良好協(xié)調(diào)性或直接具有防治污染和修復(fù)環(huán)境功能的一類礦物材料。環(huán)境礦物材料是指礦物材料當(dāng)中具有環(huán)境屬性，能夠有效治理或修復(fù)環(huán)境中固、液、氣等污染物的那部分功能材料。 由于環(huán)境礦物材料是礦物材料的一部分，所以環(huán)境礦物材料的分類也是基于礦物材料的分類而進(jìn)行分類的。根據(jù)礦物材料的定義和加工改造特點(diǎn)，一般將礦物材料分為如下三大類型：天然礦物材料、深加工礦物材料、復(fù)合及合成礦物材料。根據(jù)環(huán)境礦物材料的特點(diǎn)，環(huán)境礦物材料分如下四大類型：

25、(1)天然環(huán)境礦物材料 指能夠直接利用其物理、化學(xué)性質(zhì)用作環(huán)境治理與修復(fù)的礦物（或巖石）功能材料如一些膨潤(rùn)土、沸石、珍珠巖、硅藻土、蛭石等。(2)改性環(huán)境礦物材料 指將礦物或巖石進(jìn)行超細(xì)、超純、改型、改性等加工改造后用作環(huán)境治理或修復(fù)的礦物（或巖石）功能材料，如超細(xì)石英粉、云母粉，高純超細(xì)的高能石墨乳，改性的塑膨潤(rùn)土等。(3)復(fù)合及合成環(huán)境礦物材料 指由一種或數(shù)種天然礦物或巖石為主要原料，與其它有機(jī)和無(wú)機(jī)材料按適當(dāng)配比進(jìn)行燒結(jié)、膠凝、粘接、膠聯(lián)等復(fù)合或合成加工改造所獲得的用于環(huán)境修復(fù)的功能材料。如巖棉、活性炭、陶粒等。 （4）工業(yè)廢棄物 指選礦尾礦、煤矸石、石棉尾礦；火力發(fā)電廠排除的粉煤灰；冶

26、煉廢的鋼渣；化學(xué)工業(yè)排除的電石渣、硫酸渣、赤泥等一類材料。蛭石(vermiculite)：主要成分是Mgx(H2O) Mg3-xAlSiO3O10(OH)2，是一種含鎂的水鋁硅酸鹽次生變質(zhì)礦物，單軸晶系，外形似云母，片狀，顏色為褐、黃褐或古銅色，油脂光澤，硬度11.5，密度2.42.7g/cm3, 通常由黑（金）云母經(jīng)熱液蝕變作用或風(fēng)化而成。因其受熱失水膨脹時(shí)呈撓曲狀，形似水蛭，故名蛭石。通常夾有大量脈石礦物，如輝石、方解石、金云母、黑云母、磷灰石、陽(yáng)起石、方解石、綠簾石、長(zhǎng)石、石英、蛇紋石等。礦石品位僅30%左右，脈石含量一般在50%以上。蛭石對(duì)Cs、Rb、Li、Na、K、H、NH4的吸附強(qiáng)

27、度為CsHRbNH4KHaLi，對(duì)Ba2+、Sr2+、Ca2+、Mg2+離子的吸附強(qiáng)度為Ba2+Ca2+Sr2+Mg2+，突出的是對(duì)鎳具有待殊的吸附性，較之高嶺土、云母、綠泥石等礦物對(duì)鎳的吸附強(qiáng)，與膨潤(rùn)土相似。這些元素和離子的吸附有些通過與蛭石中相當(dāng)?shù)腃a、Mg交換來(lái)完成，而有些靠固有的表面吸附作用來(lái)完成。蛭石具有優(yōu)良的離子交換和吸附性能，在環(huán)保上具有重要的用途。它可以用作工業(yè)廢水、廢水中的離子交換劑和吸附劑、放射性元素和重金屬元素的吸收劑和固定劑和大面積油污的處理等。(1)蛭石處理重金屬?gòu)U水 含重金屬?gòu)U水主要來(lái)自礦山開采、電解、電鍍、冶金等行業(yè)。重金屬進(jìn)入水體后難以被生物降解，并可通過生物鏈

28、富集，危害人體健康，所以含重金屬?gòu)U水必須通過嚴(yán)格處理方可排放。處理廢水中重金屬的方法有多種，新型價(jià)廉的吸附材料的開發(fā)應(yīng)用是目前的研究重點(diǎn)。蛭石具有很強(qiáng)的吸附性能，關(guān)于蛭石對(duì)重金屬吸附作用、蛭石吸附重金屬的作用機(jī)理和工業(yè)應(yīng)用尚待深入。利用蛭石來(lái)處理含重金屬?gòu)U水的研究，國(guó)外有少數(shù)學(xué)者開展了這方面的工作。研究發(fā)現(xiàn)，蛭石吸附水溶液的Cu2+，Pb2+和Zn2+的速度很快，特別是前5min，吸附率一般在70%以上，30-60min吸附基本上完成。隨著溶液pH值的增大，蛭石的吸附量和吸附率也增大。在低濃度時(shí)，蛭石對(duì)Cu2+ ，Pb2十和Zn2十的吸附符合Langmuir型和Freundlich型；在高濃度

29、時(shí)，蛭石對(duì)Cu2+和Pb2+的吸附基本符合Langmuir型和Freundlich型。不同方法改性處理后的蛭石吸附效果不同，Na飽和樣的吸附效果顯著提高，加熱攪拌Na飽和同靜態(tài)Na飽和蛭石的吸附效果接近。蛭石對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+三種離子的去除率均隨pH值的增加而增加，并且在pH=3.04.0的區(qū)域，蛭石對(duì)重金屬的去除率存在一個(gè)突躍。當(dāng)pH小于這個(gè)區(qū)域時(shí)，蛭石對(duì)重金屬的吸附效率很低，當(dāng)pH大于這個(gè)區(qū)域時(shí)，蛭石對(duì)重金屬的去除率明顯提高。這可能是由于當(dāng)pH較低時(shí)，溶液中+濃度較高，+對(duì)重金屬離子的吸附存在競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)。而當(dāng)pH值較高時(shí)，+的濃度降低，+對(duì)重金屬離子的競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)減弱。另外，在p值較

30、高的中性或弱堿性的條件下，重金屬離子易發(fā)生水解，水解產(chǎn)物MOH+ (代表Pu、Pb、Cd)的交換親合力可能比重金屬自由離子2+大，導(dǎo)致去除率增加，即隨著值的增大，重金屬離子的水解和吸附作用同時(shí)進(jìn)行。當(dāng)溶液中Cu2+、Pb2+、d2+三種離子共存時(shí)，由于離子之間的相互競(jìng)爭(zhēng)，使得3種離子的吸附效率與單一離子存在時(shí)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。實(shí)驗(yàn)表明，Cu2+、Pb2+、Cd2+三種離子共存時(shí)，蛭石對(duì)3種離子的吸附順序是：Pb2+ Cu2+Cd2+。 （2）蛭石治理造紙廢水 造紙黑液是造成水污染的重要污染源，目前利用具有吸附性的天然環(huán)境礦物材料處理造

31、紙黑液的研究報(bào)道日漸增多，利用小片蛭石尾礦處理草漿造紙黑液。在黑液中分別加入硫酸、粒度小于100目的蛭石和Fe2O3，控制體系pH值為3，將上述混合液置于電爐上加熱攪拌至沸騰，然后用抽濾機(jī)抽濾。測(cè)定濾液COD值，過濾沉渣留后續(xù)燒制實(shí)驗(yàn)使用。用該法處理的草漿黑液COD去除率為53.2%。以處理廢液后的沉渣為主要原料、通過不同配方可燒制出合格優(yōu)質(zhì)的建筑陶瓷材料.該方法生產(chǎn)成本低、易操作，有望用于中小型紙漿廠黑液處理，而且處理黑液后的沉渣可用來(lái)做建筑材料，從而達(dá)到綜合利用資源和環(huán)保的目的。（3）蛭石與絮凝劑聯(lián)合處理廢水 絮凝劑在廢水處理中起著十分重要的作用。絮凝劑與蛭石之間存在協(xié)同作用，如蛭石與聚硫

32、酸鋁聯(lián)合處理汞的效果好，去除率可達(dá)80%以上。飽和吸附量金屬離子的蛭石，可以用HCl或NaCl進(jìn)行多次再生，重復(fù)使用。被洗脫下來(lái)的重金屬離子的濃度較高，可用化學(xué)法沉淀，回收利用重金屬。多次使用后廢棄的蛭石可用作制磚的填料，其中微量的重金屬離子對(duì)磚的強(qiáng)度及其他性質(zhì)無(wú)明顯的影響。蛭石與絮凝劑聯(lián)合使用時(shí)，會(huì)使產(chǎn)生的污泥量增加，且增加的量幾乎都是水，對(duì)這種污泥的處理目前還有一些困難，有待進(jìn)一步的研究。（4）蛭石吸附污水中氨氮 人工濕地污水處理系統(tǒng)以其高效、低耗、低運(yùn)行成本己經(jīng)在污水處理中得到了廣泛的應(yīng)用，取得了比較好的效果，但還存在著一些問題，如污水中氨氮難以去除，其去除率低，一般不超過60%，而且不

33、能持續(xù)、穩(wěn)定的去除，水質(zhì)難以達(dá)標(biāo)。氨氮是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要因素。而人工濕地系統(tǒng)中除氮的關(guān)鍵在于選擇填料，蛭石具有儲(chǔ)量豐富價(jià)格低廉、吸附容量大對(duì)環(huán)境無(wú)毒無(wú)害且容易再生等優(yōu)點(diǎn)，是在污水處理中有前途的除N吸附填料，在污水處理方面有著廣闊的應(yīng)用前景。通過對(duì)蛭石去除氨氮的吸附容量、pH、溫度、濃度對(duì)氨氮去除量的影響以及飽和蛭石再生后的效果等研究結(jié)果表明：吸附量隨溫度的升高減??；氨 氮的去除率隨著蛭石用量的增加而增加。蛭石的飽和吸附量達(dá)20.83 mg/ L，超過現(xiàn)在使用廣泛的沸石的吸附量。蛭石的陽(yáng)離子交換具有反應(yīng)速度快，且可以在5h內(nèi)達(dá)到平衡。符合陽(yáng)離子交換規(guī)律。蛭石的吸附量在pH 2.0-6.0范

34、圍內(nèi)隨pH增大而增大，溫度在10-35范圍內(nèi)隨著溫度升高而減小，氨氮初始濃度小于200 mg/ L，其去除率隨蛭石用量增加氨氮去除率提高。鳥糞石在污、廢水處理中的應(yīng)用 隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人民生活水平的提高，我國(guó)氮磷污染物的排放量急劇增加。對(duì)有機(jī)污水特別是工業(yè)有機(jī)廢水進(jìn)行了有效治理，但對(duì)氮磷污染基本上未加控制。氮磷污染所致的水體富營(yíng)養(yǎng)化十分嚴(yán)重，湖泊“水華”，及近?！俺喑薄保瑫r(shí)有發(fā)生，愈演愈烈。水體富營(yíng)養(yǎng)化己危害農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、旅游業(yè)等諸多行業(yè)，也對(duì)飲水衛(wèi)生和食品安全構(gòu)成了巨大的威脅。經(jīng)濟(jì)有效的控制氮磷污染己成為當(dāng)前急待解決的重大環(huán)保課題。鳥糞石(struvite)，分子式為MgNH4PO4.6

35、H20，是一種難溶于水的白色晶體，正菱形晶體結(jié)構(gòu)，化學(xué)成分為MgNH4PO46H2O，縮寫為MAP，它的P2O5含量約為58.0%，常溫下，在水中的溶度積為2.510 -13。通過投加化學(xué)試劑，可使廢水中的氨和磷酸鹽形成鳥糞石，實(shí)現(xiàn)對(duì)氮磷污染物的同時(shí)去除。鳥糞石在水和堿中溶解度很低，采用形成鳥糞石的方法來(lái)去除廢水中的氨氮和磷酸鹽，具有高效簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。磷是一種不可更新、難以替代的有限自然資源。因控制水體富營(yíng)養(yǎng)化而實(shí)施的生物營(yíng)養(yǎng)物去除為從污水中回收磷創(chuàng)造了條件，以鳥糞石等磷酸鹽沉淀方式從處理過程中回收磷并用于肥料或磷酸鹽制造業(yè)原料己成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。鳥糞石可以直接作為肥料，因此被認(rèn)為是最有前景的

36、磷回收途徑之一。電鍍工業(yè)廢水、畜禽養(yǎng)殖廢水、垃圾填埋場(chǎng)滲濾液等均含有高濃度的氨氮，難以直接進(jìn)行生物處理，通常需要預(yù)先采用物化法(如吹脫法)進(jìn)行處理。吹脫法要求pH高達(dá)10以上，且效率不高(不超過50%)，易造成二次污染。若用鳥糞石沉淀法處理，對(duì)pH條件的要求可比吹脫法降低，效率也更高。鳥糞石含有氮磷兩種營(yíng)養(yǎng)元素，是一種很好的緩釋肥。調(diào)控pH和各離子濃度可顯著影響鳥糞石沉淀法的脫氮除磷效果。獲得廉價(jià)的Mg2+添加劑，是鳥糞石沉淀法實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵。鳥糞石沉淀法對(duì)于高濃度氮磷廢水的處理具有很好的應(yīng)用前景。研究鳥糞石沉淀法的作用機(jī)理、工藝條件和應(yīng)用方式，對(duì)于即將全面展開的廢水除磷脫氮處理具有重要的現(xiàn)實(shí)

37、意義。（1）鳥糞石處理制革廢水 試驗(yàn)表明，在pH為89的條件下，采用鳥糞石除磷法可使NH4+去除率高達(dá)75%以上。采用鳥糞石沉淀法，初始氨氮濃度在5618mg/L的滲濾液在15分鐘內(nèi)降至210mg/L，去除率超過96%。而pH則只需控制在8.59之間。（2）鳥糞石處理污泥上清液 厭氧消化污泥上清液中含有較高濃度的NH4+、-N和PO43-，適合運(yùn)用鳥糞石沉淀法進(jìn)行處理。只要添加少量的Mg2+，即可以使廢水中的各種離子的溶度積達(dá)到過飽和狀態(tài)，形成鳥糞石沉淀。而且由于其SS較低，生產(chǎn)的鳥糞石純度較高。 將厭氧消化污泥上清液引入一個(gè)帶沉淀區(qū)的流化床反應(yīng)器內(nèi)，添加濃度為60%的Mg(OH)2泥漿，以獲

38、得足夠的Mg2+和堿度。在進(jìn)水P043-濃度61mg/L，pH調(diào)節(jié)8.5左右的條件下，P043-去除率達(dá)94%，水力停留時(shí)間只需1h。對(duì)沉淀物分析發(fā)現(xiàn)，沉淀中的鎘、鉛、汞含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于法定標(biāo)準(zhǔn)，P、Mg、N之比例分別為12.4%、9.1%和39%，符合化肥標(biāo)準(zhǔn)。 Mg(OH)2是比較理想的Mg2+添加劑，既增加Mg2+含量，又可提高pH， Mg(OH)2泥漿己在實(shí)際生產(chǎn)中運(yùn)用。初沉池污泥和糞水中都有較高的鈣鎂含量，將它們和磷含量高的污泥混合也不失為一種調(diào)控Mg2+濃度的方法。 將初沉池污泥或糞水與過量攝磷后的污泥以0.67:1的體積比混合,再加入100mg/L 的Mg2+后進(jìn)行厭氧消化，總磷去除

39、率可達(dá)40%45%，總氮去除率可達(dá)35%39%。若用海水或制鹽工業(yè)中的廢鹽鹵作為Mg2+添加劑，價(jià)格更為低廉。實(shí)驗(yàn)證明，厭氧消化污泥上清液的CO2含量為35%40%，僅僅通過曝氣就可使pH提高到8.5以上。廢水的pH一般在68之間，而鳥糞石沉淀法所需的pH在8.59之間，需要采取一定的手段來(lái)提高廢水的pH。但相對(duì)于其他的沉淀法，鳥糞石沉淀法所要求的pH條件要低，所需的化學(xué)試劑較少。（3）鳥糞石在污水處理廠應(yīng)用 日本島根縣(Shimane)污水處理廠安裝有3套己運(yùn)行處理來(lái)自于該廠污泥消化液的鳥糞石回收裝置。Mg(OH)2與NaOH以11摩爾比例投入污泥消化液，以增加pH，使鳥糞石以小顆粒狀在流化

40、床內(nèi)沉淀。磷回收裝置目前能實(shí)現(xiàn)90%的溶解性磷酸鹽回收，保證生物除磷達(dá)標(biāo)運(yùn)行。日本北九洲Hiagari污水處理廠，安裝有1個(gè)中試流化床鳥糞石沉淀反應(yīng)器，處理污泥脫水上清液，使用海水作為鳥糞石沉淀的鎂源。大約70%的溶解性磷酸鹽通過曝氣可以在反應(yīng)器內(nèi)完成沉淀，而不需投加化學(xué)藥劑。意大利Triviso污水處理廠，在污泥脫水上清液線路上安裝了生產(chǎn)性鳥糞石結(jié)晶裝置，采用吹脫方法沉淀磷酸鹽。初步試驗(yàn)結(jié)果表明：55%-64%的進(jìn)水磷酸鹽能夠沉淀到回收顆粒上。鳥糞石含有氮磷兩種營(yíng)養(yǎng)元素，是一種很好的緩釋肥。調(diào)控pH和各離子濃度可顯著影響鳥糞石沉淀法的脫氮除磷效果。獲得廉價(jià)的Mg2+添加劑，是鳥糞石沉淀法實(shí)際

41、應(yīng)用的關(guān)鍵。鳥糞石沉淀法對(duì)于高濃度氮磷廢水的處理具有很好的應(yīng)用前景。研究鳥糞石沉淀法的作用機(jī)理、工藝條件和應(yīng)用方式，對(duì)于即將全面展開的廢水除磷脫氮處理具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 珍珠巖（perlite）是一種酸性巖漿快速冷凝、來(lái)不及結(jié)晶而呈現(xiàn)的一種玻璃質(zhì)（有時(shí)具少量斑晶）巖石，含有少量水，具有在瞬間高溫條件下迅速膨脹的礦物材料。珍珠巖的化學(xué)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 2.36.4%。顏色為黃白、肉紅、暗綠、灰、褐棕和黑灰等色，其中以灰白-淺灰為主；斷口

42、參差狀、貝殼狀、裂片狀、條痕白色，碎片及薄的邊緣部分透明或半透明；莫氏硬度5.57；密度（比重）2.22.4g/cm3，耐火度13001380C，折光率為1.4831.506，膨脹倍數(shù)為4-25。珍珠巖按礦物組成及礦物特征不同可分三種類型：礦物組成主要成分為塊狀、多孔狀、浮石狀珍珠巖，含少量透長(zhǎng)石、石英的斑晶、微晶及各種形態(tài)的雛晶、隱晶質(zhì)礦物、角閃石等的礦物特征為圓弧形裂紋，斷口呈參差狀，珍珠光澤，風(fēng)化后為油脂光澤，條痕白色含水量26%。主要成分為松脂巖，水解松脂巖和水化松脂巖，含少量透長(zhǎng)石和白色凝灰物質(zhì)，呈不規(guī)則分布。礦物特征斷口呈貝殼狀，松脂光澤，條痕白色，含水量610。主要成分為黑曜巖、

43、黑曜斑巖和水化黑曜巖，含少量石英、長(zhǎng)石斑晶，極少量不透明的磁鐵礦、剛玉等礦物特征為斷口平坦或貝殼狀，部分參差狀，玻璃光澤，風(fēng)化后為油脂光澤，條痕白色，含水量2)級(jí)網(wǎng)捕區(qū)；各級(jí)網(wǎng)捕區(qū)內(nèi)設(shè)有與進(jìn)水口連通的誘導(dǎo)劑室及分布在誘導(dǎo)室兩側(cè)并與誘導(dǎo)劑室出水口連通的迷宮式迂回廊道，迂回廊道是由固定于帶進(jìn)水口側(cè)壁或帶進(jìn)水口分區(qū)隔板的并行隔板組與位于同一誘捕區(qū)中間帶圍墻板的并行隔板組相錯(cuò)對(duì)插形成；第n級(jí)的誘導(dǎo)劑室、網(wǎng)捕區(qū)及迂回廊道的體積分別大于第n-1級(jí)的誘導(dǎo)劑室、網(wǎng)捕區(qū)及迂回廊道的體積；各誘導(dǎo)劑室頂部設(shè)有活動(dòng)頂蓋，其內(nèi)部裝有所述氮磷誘導(dǎo)劑，迂回廊道內(nèi)放置載有所述鳥糞石晶核的誘捕卷網(wǎng)。所述的進(jìn)水口、出水口均沿箱體

44、前后壁中心線設(shè)置，所述的誘導(dǎo)室、網(wǎng)捕區(qū)的迂回廊道在箱體中左右對(duì)稱設(shè)置，所述的箱體為頂面開口的塑料注塑一體件，兩箱體開口相對(duì)扣合，通過緊固件固定成整體，兩箱體開口之間設(shè)有密封隔板，兩箱體開口結(jié)合部設(shè)有密封帶。所述的載有鳥糞石晶核的誘捕網(wǎng)卷是按下列步驟制得:(1),首先將鳥糞石晶體研碎至粉末狀放入反應(yīng)容器內(nèi)；（2），向容器內(nèi)加入3050的溫水，然后逐加入酸溶液，控制pH值在3.04.0，并不斷攪拌至鳥糞石晶體溶解于水中；（3），將網(wǎng)孔尺寸為0.60.62.02.0mm2的不銹鋼絲網(wǎng)卷成大于3層的誘捕網(wǎng)，并完全浸入由步驟（2）制得的溶液中，浸泡10分鐘后，逐漸加入堿溶液，控制pH值在8.09.0之間

45、，并不斷攪拌至晶體析出，形成鳥糞石晶核并粘結(jié)在誘捕網(wǎng)卷上；（4），將粘結(jié)有晶核的誘捕網(wǎng)卷從容器中取出，用清水洗凈、晾干即可使用。上述的酸溶液可用硫酸溶液，堿溶液可用氫氧化鈉溶液。本設(shè)計(jì)的有益效果是：本設(shè)計(jì)根據(jù)鳥糞石晶體的形成機(jī)理，利用化學(xué)沉淀法的原理，人為創(chuàng)造反應(yīng)條件，將載有鳥糞石晶核的誘捕網(wǎng)卷置于逐級(jí)的迷宮式網(wǎng)捕區(qū)內(nèi)，采用緩釋礦物作為氮磷誘導(dǎo)劑裝填至裝置內(nèi)，根據(jù)水質(zhì)及處理要求設(shè)置2級(jí)至更多級(jí)誘導(dǎo)劑室和網(wǎng)捕區(qū)，且由首級(jí)到末級(jí)，誘導(dǎo)劑室、網(wǎng)捕區(qū)及迂回廊道的體積逐級(jí)增大，因而前一級(jí)的流速高，后一級(jí)誘導(dǎo)劑釋放量多，網(wǎng)捕區(qū)面積增大，從而，通過誘導(dǎo)劑的誘導(dǎo)、流速的逐級(jí)降低、水利停留時(shí)間的逐級(jí)增長(zhǎng)，充分誘

46、捕污、廢水中含有的氮和磷，并保證前后級(jí)的均衡結(jié)“垢”（鳥糞石晶體），且不會(huì)出現(xiàn)前級(jí)堵塞狀況，使氮磷在誘捕裝置內(nèi)集中充分反應(yīng)生成難溶的鳥糞石晶體沉淀物，整個(gè)過程易于操作；本裝置以卷網(wǎng)的方式制作誘捕組件非常有利于鳥糞石晶體的去除，不但卷網(wǎng)易于從器件內(nèi)取出，而且通過展開卷網(wǎng)，易于鳥糞石晶體與網(wǎng)的分離，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)污、廢水中氮磷的有效去除和利用的目的；此外整體結(jié)構(gòu)采用側(cè)壁中心進(jìn)出水方式且箱體內(nèi)結(jié)構(gòu)均為左右對(duì)稱設(shè)置，適應(yīng)一套模具完成兩層箱體的制作，降低制作成本，便于普及推廣；尤其該裝置自成一個(gè)完整的處理系統(tǒng)，作為獨(dú)立組件，為適應(yīng)污、廢水的不同處理要求及實(shí)現(xiàn)模塊化、集約化處理提供了基礎(chǔ)單元裝置。2.4 附圖

47、說(shuō)明圖2-1是本設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2-2是圖2-1中上層箱體的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本設(shè)計(jì)詳細(xì)說(shuō)明。321圖2-1 整體結(jié)構(gòu)示意圖58432967圖2-2 俯視結(jié)構(gòu)示意圖2.5 結(jié)構(gòu)說(shuō)明與工作原理圖2-1是本設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2-2是圖2-11中下層箱體的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖1-1和圖2-2示出一種污、廢水處理用迷宮式氮磷誘捕器組件，是一種設(shè)有進(jìn)水口、出水口、內(nèi)部裝有形成鳥糞石晶體所需的鳥糞石晶核及氮磷誘導(dǎo)劑并通過化學(xué)沉淀法制取鳥糞石晶體的反應(yīng)器，其特征在于該組件是由兩層固定連接的結(jié)構(gòu)相同的氮磷誘捕箱體1構(gòu)成，箱體1的前后側(cè)壁上分別設(shè)有進(jìn)水口2及出水口3，箱體1內(nèi)由進(jìn)

48、水口2至出水口3貫穿箱體頂部及底部的空間設(shè)置為：通過一個(gè)帶進(jìn)水口的分區(qū)隔板6分隔成兩級(jí)2網(wǎng)捕區(qū)，第一級(jí)網(wǎng)捕區(qū)內(nèi)設(shè)有與進(jìn)水口2連通的誘導(dǎo)劑室4及分布在誘導(dǎo)劑室4兩側(cè)并與誘導(dǎo)劑室4出水口7連通的迷宮式迂回廊道，迂回廊道是由固定于帶進(jìn)水口2側(cè)壁的并行隔板組與位于同一誘捕區(qū)中間帶圍墻板的并行隔板組相錯(cuò)對(duì)插形成；第二級(jí)網(wǎng)捕區(qū)內(nèi)設(shè)有與進(jìn)水口連通的誘導(dǎo)劑室5及分布在誘導(dǎo)劑室兩側(cè)并與誘導(dǎo)劑室出水口8連通的迷宮式迂回廊道，迂回廊道是由固定于帶進(jìn)水口的分區(qū)隔板的并行隔板組與位于同一誘捕區(qū)中間帶圍墻板的并行隔板組相錯(cuò)對(duì)插形成。第2級(jí)的誘導(dǎo)劑室5、網(wǎng)捕區(qū)及迂回廊道的體積分別大于第1級(jí)的誘導(dǎo)劑室4、網(wǎng)捕區(qū)及迂回廊道的體

49、積，如圖2-2所示，第2級(jí)的誘導(dǎo)劑室5的尺寸、網(wǎng)捕區(qū)的尺寸及形成迂回廊道的隔板組距離均比第1級(jí)相應(yīng)部分大；本實(shí)施例中設(shè)有兩級(jí)網(wǎng)捕區(qū)，在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)水體狀況及處理要求可采用多個(gè)帶進(jìn)水口的分區(qū)隔板，將箱體分隔成3級(jí)、4級(jí)或更多級(jí)網(wǎng)捕區(qū)，并設(shè)置多級(jí)誘導(dǎo)劑室。本實(shí)施例中，在圍墻板與分區(qū)隔板6的進(jìn)水口4之間設(shè)有帶進(jìn)水口的隔板；在圍墻板與箱體后側(cè)壁的出水口3之間設(shè)有帶進(jìn)水口的隔板；上述誘導(dǎo)劑室4、5的頂部分別設(shè)有活動(dòng)頂蓋，誘導(dǎo)劑室4的活動(dòng)頂蓋圖中未示出，誘導(dǎo)劑室5設(shè)有活動(dòng)頂蓋；兩個(gè)誘導(dǎo)劑室內(nèi)均裝有氮磷誘導(dǎo)劑9，氮磷誘導(dǎo)劑9采用現(xiàn)有技術(shù)中使用的緩釋礦物，如鎂菱石、白云石及石灰石等，為防止固體礦物顆粒堵塞出

50、水口，本實(shí)施例中，將上述鎂菱石、白云石及石灰石先分別裝入紗網(wǎng)袋中再放入誘導(dǎo)劑室中，通過活動(dòng)頂蓋可以及時(shí)補(bǔ)充誘導(dǎo)劑。兩個(gè)網(wǎng)捕區(qū)的迂回廊道內(nèi)分別放置載有所述鳥糞石晶核的誘捕網(wǎng)卷。本實(shí)施例中，箱體1為長(zhǎng)方形，上述的進(jìn)水口2、出水口3均沿箱體1前后壁中心連線設(shè)置，上述的誘導(dǎo)劑室4、5，網(wǎng)捕區(qū)的迂回廊道在箱體中均為左右對(duì)稱設(shè)置，所述的箱體1為頂面開口的塑料注塑一體件，采用PVC材料制作，兩箱體開口相對(duì)扣合，通過緊固件螺桿、螺母通過沿箱體四周設(shè)置的安裝孔固定成整體，兩箱體開口之間設(shè)有密封隔板，兩箱體開口結(jié)合部設(shè)有密封帶，密封帶采用橡膠制作。中心對(duì)稱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)適應(yīng)一套模具完成兩層箱體的制作，降低了制作成本，

51、便于普及推廣。2.5.2 裝置的工作原理本裝置的原理是利用污、廢水中含有的氮、磷在一定的物理化學(xué)條件下，通過化學(xué)沉淀法在組件誘捕裝置內(nèi)集中反應(yīng)生成難溶的六水合磷酸氨鎂沉淀（鳥糞石晶體），實(shí)現(xiàn)對(duì)污、廢水中氮磷的有效去除及回收利用。本組件單元是由2個(gè)誘導(dǎo)劑室和2個(gè)網(wǎng)捕區(qū)所組成的迷宮式箱體1，共分上下兩層，并采用了中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)，兩層間被隔板阻斷，均從單層箱體側(cè)壁的中間位置通過誘導(dǎo)劑室進(jìn)水，對(duì)稱方向出水。工作時(shí)，富含氮磷的污、廢水由進(jìn)水口2進(jìn)入誘導(dǎo)劑室4，利用進(jìn)水的發(fā)散的水利攪拌方式，使誘導(dǎo)劑9翻滾溶解，釋放出去除氮磷所需的鎂離子、并調(diào)整pH范圍形成適當(dāng)?shù)膲A性環(huán)境；經(jīng)誘導(dǎo)的污、廢水進(jìn)入網(wǎng)捕區(qū)的迷宮式廊

52、道中，迂回經(jīng)過鋪設(shè)在各廊道內(nèi)的誘捕網(wǎng)卷，通過誘捕網(wǎng)卷上提供的鳥糞石晶核的誘捕效應(yīng)，經(jīng)歷一定成長(zhǎng)時(shí)間，使污、廢水中富含的氮磷以鳥糞石結(jié)晶的形式從水中分離出來(lái)，附著在誘捕網(wǎng)卷上；繼而，經(jīng)誘導(dǎo)的污、廢水又進(jìn)入第二級(jí)網(wǎng)捕區(qū)，并迂回經(jīng)過鋪設(shè)在各廊道內(nèi)的誘捕網(wǎng)卷，經(jīng)過同樣的晶體成長(zhǎng)過程，使污、廢水中剩余的氮磷繼續(xù)以鳥糞石結(jié)晶的形式從水中分離出來(lái)，附著在誘捕網(wǎng)卷上；通過兩級(jí)進(jìn)行誘導(dǎo)和誘捕，且第2級(jí)的誘導(dǎo)劑室5的尺寸、網(wǎng)捕區(qū)的尺寸及形成迂回廊道的隔板組的間距均比第1級(jí)相應(yīng)部分大；因此延長(zhǎng)進(jìn)入裝置的原水停留時(shí)間，延長(zhǎng)鳥糞石晶體的成長(zhǎng)時(shí)間，可使其大量的沉淀分離，實(shí)現(xiàn)更為徹底的除磷脫氮效果，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)污、廢水的充分

53、脫氮除磷和鳥糞石晶體的有效回收，尤其采用誘捕網(wǎng)卷結(jié)構(gòu)，鳥糞石晶體極易取下，與現(xiàn)有流化床相比回收效果顯著提高。本設(shè)計(jì)提供的組件是一個(gè)功能完整的處理系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)模塊化、集約化處理提供了基礎(chǔ)單元，在污、廢水中氮磷含量較高，通過一個(gè)單元不能實(shí)現(xiàn)良好的脫除效果時(shí)，本組件可采用多個(gè)連用：如對(duì)于較大水量的處理，可以通過多個(gè)組件并聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)；對(duì)于要求高氮磷去除率的情況，可以通過串聯(lián)處理方式實(shí)現(xiàn)，也可以串聯(lián)、并聯(lián)共用，實(shí)現(xiàn)方便、快速滿足不同水質(zhì)、水量的處理要求。 3 實(shí)驗(yàn)部分3.1 改性廢巖棉預(yù)處理垃圾滲濾液的實(shí)驗(yàn)研究玄武巖棉是以天然玄武巖為原料，經(jīng)熔化、纖維化而制成的一種無(wú)機(jī)質(zhì)纖維，具有化學(xué)穩(wěn)定性好、不燃的

54、特點(diǎn)，也是一種礦物材料24。巖棉被大量用于保溫材料，用量大，一般經(jīng)過一次使用后即廢棄，隨意扔入環(huán)境中會(huì)造成環(huán)境污染。目前，已有將玄武巖棉作為吸附材料的研究，如將玄武巖棉經(jīng)改性與植物纖維復(fù)合制備復(fù)合過濾材料，具有較好的過濾性能25-26。但有關(guān)玄武巖棉改性，用于預(yù)處理垃圾滲濾液的研究報(bào)道較少。改性玄武巖棉預(yù)處理垃圾滲濾液，使廢棄的巖棉得到有效的利用，其降解后可成為土壤的母質(zhì)，同時(shí)使用后的巖棉可作為一種緩釋肥，用于城市環(huán)境綠化。本文研究了采用超聲波及聚合硫酸鐵改性的玄武巖棉，對(duì)垃圾滲濾液中COD、氨氮和濁度的去除效果。PFS（聚合硫酸鐵）、H2SO4、NaOH、蛭石、廢棄巖棉。垃圾滲濾液取自天津某

55、垃圾填埋場(chǎng)，該滲濾液COD的質(zhì)量濃度為1500025000mg/L，氨氮的質(zhì)量濃度為1200mg/L，濁度為600，pH值為67。KQ2200DB型數(shù)控超聲波儀、JJ-4 六聯(lián)電動(dòng)攪拌器，COD測(cè)定儀，pHS-3D型pH計(jì)、LP2000-11型濁度儀、可見分光光度計(jì)。改性實(shí)驗(yàn)：先將拾取的廢棄巖棉用自來(lái)水清洗干凈，用烘箱烘干備用。然后用燒杯配制一定濃度的PFS溶液，取一定質(zhì)量洗凈烘干的巖棉放入此溶液中浸泡，同時(shí)將燒杯放入超聲波儀中，以一定頻率振蕩一段時(shí)間，最后取出浸泡后的巖棉，擠凈巖棉上的PFS溶液放入烘箱中烘干備用。處理實(shí)驗(yàn)：準(zhǔn)備幾個(gè)吸附柱（圖3-1），吸附柱直徑30mm，在吸附柱底下一層放4

56、g的蛭石，然后將改性后的巖棉放在蛭石的上面，并將兩層材料稍微壓實(shí)，取100ml垃圾滲濾液水樣（pH=7）從吸附柱上面倒入過濾，濾出的廢水水樣流入錐形瓶中，測(cè)定錐形瓶中水樣的COD、氨氮和濁度。水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定法方：COD測(cè)定采用重鉻酸鉀法，氨氮測(cè)定采用納氏試劑法，濁度測(cè)定采用濁度儀測(cè)定法。 圖3-1 實(shí)驗(yàn)示意圖配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%的PFS溶液，取100ml垃圾滲濾液放入錐形瓶中，調(diào)節(jié)其pH為7，將錐形瓶置于六聯(lián)攪拌器上，加入不同量的PFS溶液，先以160r/min快速攪拌40s，然后以60r/min慢速攪拌10min，靜置20min，取上清液測(cè)定其水質(zhì)指標(biāo)。結(jié)果如圖3-2，圖3-3，單獨(dú)投加PFS時(shí)

57、，廢水中的COD去除率最高可達(dá)58.80%，但其濁度的去除效果一般，同時(shí)對(duì)氨氮去除率較低，這主要是因?yàn)榫坭F水解快，生成礬花快，易沉降，強(qiáng)度好，但礬花小，出水濁度和色度較高，當(dāng)單獨(dú)投加PFS過多時(shí)，上清液成微紅色增加了出水的色度27。圖3-2 投加PFS溶液對(duì)COD、濁度的處理效圖3-3 投加PFS溶液對(duì)氨氮的處理效果將洗凈的巖棉放入盛有不同濃度PFS溶液的燒杯中，并用超聲波儀以70%的頻率振蕩30min后取出烘干。實(shí)驗(yàn)分為3部分（1）取4g蛭石放入吸附柱的底層，并在其上面放20g巖棉，將pH為7的垃圾滲濾液水樣倒入吸附柱，等出水后測(cè)定水質(zhì)指標(biāo)；（2）直接將20g改性巖棉放入吸附柱中壓實(shí)，將pH

58、為7的垃圾滲濾液水樣倒入吸附柱，等出水后測(cè)定水質(zhì)指標(biāo)；（3）直接用不改性的巖棉放入吸附柱中壓實(shí)，將pH為7的垃圾滲濾液水樣倒入吸附柱，等出水后測(cè)定水質(zhì)指標(biāo)；（4）直接將巖棉用7%PFS溶液浸泡30min，不用超聲波改性，烘干后取20g放入吸附柱中壓實(shí)，將pH為7的垃圾滲濾液水樣倒入吸附柱，等出水后測(cè)定水質(zhì)指標(biāo)。表3-1表明，用蛭石結(jié)合改性巖棉的方法COD、濁度、氨氮去除率最高，相對(duì)單獨(dú)使用聚鐵均有提高，尤其是濁度去除率提高20%左右，氨氮去除率也提高10%以上。這主要是聚鐵的絮凝與巖棉的吸附性能共同作用，提高了COD、氨氮、濁度的去除效果，而且蛭石還可以將過濾出的廢水中殘留的絮體進(jìn)一步濾出，從

59、而降低出水濁度。表3-1 不同改性方法及處理方法對(duì)處理效果的影響處理材料及方法編號(hào)COD去除率濁度去除率氨氮去除率172.20%98.67%31.34%268.71%86.18%21.33%312.67%45.11%9.84%469.07%96.31%22.76%PFS濃度的影響在改性過程中配制不同濃度的PFS溶液，分析部不同濃度的PFS濃度改性對(duì)處理效果的影響。圖3-4、圖3-5表明，PFS的濃度對(duì)COD、濁度去除率影響較大，當(dāng)PFS的濃度為9%的時(shí)候去除效果最佳，但PFS的濃度為7%的時(shí)候效果相差不多，而且PFS的用量減少，繼續(xù)增大PFS濃度效果反而有所降低，綜合考慮選擇PFS濃度為7%時(shí)

60、作為改性最佳條件。圖3-4 PFS的濃度對(duì)COD、濁度去除率的影響圖3-5 PFS的濃度對(duì)氨氮去除率的影響 將廢巖棉放入7%的PFS溶液中，并用超聲波以振蕩頻率60%，浸泡振蕩時(shí)間20min的條件改性，烘干后備用。取100ml垃圾滲濾液水樣，改變不同的pH值。圖3-6、圖3-7表明，不同的pH值對(duì)處理效果有一定影響，過酸或過堿處理效果均不佳，最佳pH值條件為8，COD、濁度和氨氮的去除率為73.56%、98.71%和34.27%。垃圾滲濾液pH過低會(huì)使一定的巖棉被酸腐蝕而溶解，同時(shí)配位水解反應(yīng)困難，使混凝效果降低，影響處理效果；水樣過堿會(huì)使氫氧化鋁、氫氧化鐵沉淀會(huì)大量溶解，也會(huì)使處理效果下降。