城市生活垃圾焚烧飞灰与矿山废水共处置技术研究与工程应用

以城市生活垃圾焚烧飞灰和矿山酸性废水无害化处理为研究对象,设计了一条城市生活垃圾焚烧飞灰与矿山酸性废水共处置技术路线,利用焚烧飞灰和矿山酸性废水的酸碱性,加入重金属稳定化药剂,经处理可实现矿山酸性废水和垃圾焚烧飞灰中重金属的有效去除和稳定。矿山酸性废水的p H由2.33升至中性,废水中重金属Cu、Pb、Zn、Cd、Mn、Fe和As等浓度均有下降,可满足国家《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)相关标准;垃圾焚烧飞灰中重金属Pb、Zn和Cd浸出浓度分别降低了92.1%、73.4%和95.2%,满足危险废物鉴别标准(GB 5085.3-2007)。     

不同类型潜流湿地处理养猪废水的对比

针对养猪废水的水质特点,在同等条件下开展了2种类型潜流湿地处理效果的对比研究。实验结果表明,水平潜流湿地(HSSF)与垂直潜流湿地(VSSF)由于结构设计的不同造成其布水方式和系统内部水力流态的不同,从而导致了两系统对养猪废水处理效果的差异;当水力负荷为0.02 m3/(m2.d)时,两系统对养猪废水中COD的平均去除率分别为93.18%和93.10%,对TN的平均去除率分别为53.44%和81.43%,对NH4+-N的平均去除率分别为52.64%和84.62%,对TP的去除率分别为88.41%和95.71%;垂直潜流湿地可充分利用填料层,可增强系统的复氧能力,还可实现填料层中好氧区、缺氧区和厌氧区的共存,使硝化作用与反硝化作用在同一系统内完成,提高了系统的脱氮能力,而且改善了养猪废水中其他污染物的去除效果。因此,结合处理效果和出水水质的稳定性,对于浓度较高的畜禽养殖废水,选择垂直潜流湿地较为合适。     

铁盐对污泥飞灰共热解产物浸出浓度的影响研究

采用热解法,研究了不同铁盐种类及添加量时污泥与飞灰共热解产物的重金属浸出浓度,同时对污泥飞灰的混合比例进行进一步讨论以确定经济有效的新型处置工艺。结果表明:整体上,不同铁盐对Cd、Pb、Cu和Zn浸出的影响差异显著;单独添加Fe_2(SO_4)_3时,热解炭中Cd、Pb、Cu和Zn浸出浓度比单独FeSO_4时低约67.8%、31.0%、62.8%、45.8%。添加Fe_2(SO_4)_3使Fe添加量为干污泥质量的0.5%时,可以有效降低大多数重金属的浸出浓度。污泥飞灰的混合比例对As、Cd、Pb和Zn浸出的影响差异显著。热解温度为500℃,干污泥∶飞灰质量比为2∶1时,加入Fe_2(SO_4)_3(Fe添加量为干污泥质量的0.5%)后,热解炭可在生活垃圾填埋场中填埋。     

传统活性污泥法处理城市污水过程中重金属的变化研究

研究了污水处理厂传统活性污泥工艺不同处理工段污水和污泥中Cu、 Zn、 Pb、 Cd、 Hg和As含量变化及其在污水中的形态分布特征,进一步了解重金属在不同处理工段的去除情况.整个工艺流程污水中Hg的去除率最大,平均达76.4%,Pb的去除率最小,平均为29.7%.不同处理工段各重金属去除率差异较大,从进水到初沉池出水Zn去除率最大,平均达55.4%,其次为Hg和Cu,平均去除率分别为40.0%与34.2%;由初沉池出水到二沉池出水Cd、Hg和Cu平均去除率达36.1%～38.5%.进水、初沉池出水和二沉池出水中颗粒态Zn占其总量的比例(以质量分数计,下同)均在98.1%以上,颗粒态Hg占其总量的比例由84.1%降低到39.7%,颗粒态As占其总量的比例由11.7%上升至56.5%.初沉池污泥、曝气池活性污泥和脱水消化污泥中Zn含量最高,初沉池污泥中Cd含量最低,曝气池活性污泥和脱水消化污泥中As含量最低.脱水消化污泥中Zn、Cu、Pb和Cd含量高于初沉池污泥和曝气池活性污泥,Hg和As含量低于初沉池污泥而高于曝气池活性污泥.大部分Zn和Pb在初沉池中被除去,大部分Cd在二沉池中被除去,Hg和Cu在初沉池与二沉池中的去除效果相当.     

PRB技术对地下水中重金属离子的处理研究

实验模拟地下环境,以受重金属离子Pb(Ⅱ)、As(Ⅲ)、Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)、Fe(Ⅱ)和总Mn污染的地下水为研究对象,利用还原铁粉、铸铁粉、铸铁粉与颗粒活性炭的混合物为可渗透反应墙(PRB)的主要介质,石英砂为辅助介质,设计了3种反应器.在有效孔隙率为60%～65%、水力停留时间为12.0～14.4 h的条件下,考察其对污染物的去除效果.结果表明:3种反应器对Pb(Ⅱ)、As(Ⅲ)、Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)均有较高的去除效果,去除率达98%以上;总Mn的去除率分别达98%、89%和66%;Fe(Ⅱ)的去除率分别达83%、56%和49%.考察了3种反应器内pH、Eh、DO的关系及对重金属离子去除效果的影响,分析了污染物的去除机理.综合考虑处理效果与成本,笔者认为以铸铁粉与石英砂的混合物为PRB的反应介质,应用PRB技术原位处理受上述重金属离子污染的地下水是可行的.     

酒石酸钾钠(PST)对纳滤处理重金属废水的强化效果

以酒石酸钾钠(PST)为络合剂,分别选取Cd、Zn、As和Pb 4种金属废水,探索络合纳滤工艺对金属离子去除率和膜通量的强化效果,测定纳滤膜表面接触角以表征膜通量变化规律,并研究了压力、金属浓度和溶液pH参数对络合纳滤过程的影响。结果表明,PST对4种金属去除的强化效果存在相似规律,分别有一个最佳PST添加浓度。随PST浓度的增加,金属离子去除率先增大后减小,而膜通量一直增大。研究发现,纳滤膜表面接触角与膜通量呈稳定的反比例关系,与金属离子种类和PST添加量无关。随着操作压力的增大,膜通量线性增加,去除率基本不变;金属离子浓度的增加对膜通量影响不大,金属去除率略有上升;pH在4~5之间变化时,As去除中膜通量和去除率均有所升高,而Cd、Zn和Pb 3种溶液处理效果基本不受pH影响。     

模块化填料人工湿地处理农村生活污水

构建美人蕉(Canna indicate L.)潜流人工湿地系统,对比研究基于模块化填料的人工湿地系统(MS-C-S)和基于普通碎石填料的人工湿地系统(GS-C-S)对农村生活污水的处理效果。结果表明,模块化填料对氨氮和总磷的去除率明显高于碎石填料。在MS-C-S和GS-C-S系统运行5 d后,MS-C-S系统对氨氮的去除率高达54.2%～69.4%,而GS-C-S系统仅为13%～28%;MS-C-S系统对总磷去除率77.7%～83.5%,而GS-C-S仅为54.5%。MS-C-S系统对氨氮和COD的去除率比MSU-S分别高出约23%和11%;而MS-C-S和MS-C-L系统对氨氮、总磷和COD的去除趋势和去除效果都几乎相近。模块化填料及以其为基质的人工湿地系统可以很好地去除氨氮、总磷和COD,有一定的应用前景。     

人工湿地净化造纸废水尾水及优势植物筛选

通过象草、灯芯草、水葱、风车草4种植物人工湿地系统对造纸废水的处理,探讨了湿地系统对COD、NH+4-N和TP的去除能力,考察了湿地植物的净化作用与效果。结果表明,植物的引入能显著提高湿地系统对造纸废水的处理效果;植物人工湿地系统中COD、NH+4-N和TP去除率均随水力停留时间的延长而增加;4种植物人工湿地系统对COD去除效果均较好,其中水葱湿地系统最佳,COD去除率可达98%以上;水葱和灯芯草湿地系统对NH+4-N和TP的去除效果较好,其去除率分别可达85%和80%以上。综合比较4种植物的综合净化能力,水葱和风车草最好,灯芯草次之,象草最差,水葱和风车草是人工湿地处理造纸废水的适宜选择。     

红树林湿地沉积物有效态Zn、As、Cd、Pb的分布特征及相关性分析

通过对海南北部红树林湿地沉积物样品进行采集和室内测试分析,得到研究区沉积物有效态Zn、As、Cd、Pb的含量及分布特征。研究结果表明,研究区有效态Zn、As、Cd、Pb平均质量浓度分别为9.18、1.63、0.19、2.48mg/kg,生物有效性系数分别达19.49%、18.65%、21.11%、17.29%,表明研究区沉积物中Zn、As、Cd、Pb的生物有效性均较强,易于被红树植物吸收,同时也反映出研究区沉积物受Zn、As、Cd、Pb的污染风险较大;有效态As、Cd、Pb含量随沉积物剖面深度增加呈逐渐减少趋势,不同沉积物剖面沉积物重金属生物有效性系数变化存有差异;沉积物理化性质对有效态As、Cd、Zn含量有不同程度的影响,对有效态Pb无明显影响;有效态Cd、Pb含量与Cd、Pb总量显著相关,说明Cd、Pb的有效态含量与总量在空间分布上具有一定的相似性,Cd、Pb总量是有效态Cd、Pb的主控因子。     

北京市PM2.5污染特征 、来源分析及其重金属健康风险评价

分析了2016年北京市的PM_(2.5)及其中的Zn、Pb、Mn、Cu、Cr、As、Ni、Cd、Sb、Co、V、Ba、Al、Fe、Mg、Ti、Ca、S 18种元素含量,并对重金属As、Cr、Pb、Cd、Ni、Mn、Cu和Zn进行了相应的健康风险评价。结果表明:PM_(2.5)质量浓度为14.63～206.35μg/m~3,年平均值为74.00μg/m~3,超过《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)二级标准(35μg/m~3)1倍多;PM_(2.5)中S、Zn、Sb、Pb和Cd的富集程度较高,主要来源于机动车尾气排放、燃煤和工业活动;Mn、Pb、Cr、Zn、Cu、As、Cd、Ni 8种重金属对儿童、成人女性、成人男性的非致癌总风险均小于1,不存在非致癌风险;As、Cd、Cr和Ni 4种重金属的致癌风险为1.94×10~(-7)～6.04×10~(-5),均小于10~(-4),部分重金属可能存在潜在致癌风险,主要是As和Cr存在潜在致癌风险。     

铁盐絮凝+MBR处理钨冶炼含砷含氨氮废水

选用铁盐絮凝+MBR组合系统对钨冶炼废水进行了实验研究,考察了组合系统对废水中As、COD、NH+4-N和TN的去除效果。结果表明,系统对As、COD、NH+4-N和TN的去除效果较好,去除率分别为97.2%、93.4%、74.0%和52.8%;系统的抗流量冲击能力和抗有机物负荷冲击能力较强。     

一种重金属螯合剂的制备及其性能

采用聚丙烯酰胺和磺胺在碱性条件下合成了一种新型的重金属螯合剂—PAS,并对合成原料PAM和产物PAS进行了红外光谱和紫外光谱表征,分析结果表明,PAS中有N—C—S和C-S生成。将PAS用于重金属离子的螯合实验,研究了温度、pH和初始浓度对PAS去除镍离子性能的影响,用PAS处理100 mg/L的Cu2＋、Zn2＋、Cd2＋和Pb2＋的单个离子模拟废水,去除率最高分别可达到90%、96%、99%和99%。用PAS处理含Pb2＋、Cd2＋、Zn2＋和Cu2＋混合废水,去除顺序为Pb2＋〉Cd2＋〉Zn2＋〉Cu2＋。PAS对重金属离子具有很好的螯合效果,应用前景广阔。     

电化学氧化组合工艺处理垃圾渗滤液

垃圾渗滤液是一种成分复杂、毒性较强且难处理的废水之一。实验采用混凝沉淀-厌氧-电解-好氧一体化组合工艺处理垃圾渗滤液,探索了混凝沉淀池和电解池的运行参数对垃圾渗滤液处理效果的影响,并分析了组合工艺对于6种重金属(Cu、Zn、Cd、Cr和Ni)的去除效果。实验结果表明,以PAC为混凝剂PAM为助凝剂时,投加量分别为1.2 g/L和1mg/L,COD去除率可达57%。电化学工艺阶段,在p H为6.0,电流密度15 m A/cm2,Cl-浓度2 200~2 400 mg/L,电解2.5h,垃圾渗滤液的COD去除率达55.4%。一体化电生物滤池对于重金属的去除具有明显的效果,Cu、Cd和Zn去除率达100%,Ni去除率超过90%,Cr去除率超过80%,COD整体去除率达94%;NH+4-N去除率达97.2%;TN去除率达73.6%。混凝沉淀-厌氧-电化学-好氧的组合工艺来处理垃圾渗滤液,能够有效地去除水体中的重金属及COD、NH+4-N。     

膨润土复合新型吸附剂处理含Mn~(2+)废水

针对废水中Mn2+难去除问题,利用经高温焙烧制备的膨润土-粉煤灰复合新型吸附剂对废水中的Mn2+进行吸附处理实验研究。研究了新型吸附剂在不同的吸附时间、pH、初始Mn2+浓度条件下对Mn2+的吸附去除效果影响、Fe2+、Mn2+共存时竞争吸附特性以及吸附Mn2+的吸附性能和反应动力学。实验结果表明,新型吸附剂处理Mn2+浓度为35 mg/L的废水,在温度25℃、转速100 r/min、投加量20 g/L、吸附时间120 min、pH≥7时反应条件最佳,Mn2+的去除率均可达到90%以上;Fe2+、Mn2+共存时,存在竞争吸附,Fe2+会被优先选择吸附去除,Fe2+的存在会影响Mn2+的去除效果;膨润土复合新型吸附剂对Mn2+的吸附行为符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型。新型吸附剂对废水中的Mn2+有很好的去除效果,而且能有效解决膨润土不易固液分离问题,可作为含Mn2+废水高效、廉价、环保的水处理吸附剂。     

3种含铁材料对重金属和砷复合污染底泥稳定化处理

选用3种含铁材料FeCl3、Fe(OH)3和FePO4,开展重金属和砷(As)复合污染底泥的稳定化处理实验,并用毒性浸出测试(TCLP)的结果和底泥交换态重金属(Pb、Cd、Cu、Zn)及As的含量来评价其稳定化效果。结果表明,(1)FeCl3和FePO4降低了底泥pH值,Fe(OH)3轻微地提高了底泥pH值。(2)FeCl3活化了底泥中Pb、Cd、Cu、Zn,使其浸出量和交换态含量增加,对As浸出量的影响不大,但使底泥中As交换态含量明显降低,且在最大添加量(8.00 g/kg)时As交换态含量未检测出;Fe(OH)3降低了Cd交换态和浸出量,稍增加了As交换态和浸出量,但对Pb、Cu、Zn交换态和浸出量影响不明显;FePO4明显降低了Pb的浸出量和交换态含量,略微降低了交换态Cd、Zn含量,对交换态Cu影响不大,但明显增加了As的浸出量和交换态含量。综上,FeCl3对As具有较好的稳定化效果,但明显活化了底泥中的4种重金属;Fe(OH)3亦对底泥中Cd有一定稳定化效果;FePO4对Pb的稳定化效果较好,但明显活化了底泥中的As。显然,3种含铁材料都不能实现底泥中重金属和As的同时稳定化。     

改进型波形潜流人工湿地处理猪场废水

提出了一种改进型波形潜流人工湿地(improved wavy subsurface flow constructed wetland,IW-SFCW)并研究了该湿地系统在5个水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)(2、3、4、6和8 d)下对猪场废水的处理效果。结果表明,该湿地系统对猪场废水中各污染物有较好的去除效果。在水力停留时间为4 d,进水COD、TN、NH4+-N和TP浓度分别为511、120、110和10 mg/L左右时,该湿地系统对COD、TN、NH4+-N和TP的去除率分别为86.0%、54.4%、70.1%和91.6%。此外,该湿地系统对废水中COD、TP的去除效率随水力停留时间的延长逐渐提高,在HRT=8 d时去除效果最好,去除率分别达到92.7%和96.8%;但对TN、NH4+-N的去除率却随水力停留时间的延长出现先上升后下降的趋势,在HRT=4 d时去除率最高,分别为54.4%和70.1%。     

3种环保型淋洗剂对重金属污染土壤的淋洗效果

采用振荡淋洗法研究衣康酸(IA)、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物(AA/AMPS)和衣康酸-丙烯酸共聚物(IA-AA)在不同因素影响下对污染土壤Cd、Pb和Zn的淋洗效率。结果表明:3种淋洗剂对土壤Cd、Pb和Zn的去除率随其浓度增加而快速上升,随pH增加呈迅速下降和先升高后降低2种趋势,随淋洗时间总体呈上升趋势;3种淋洗剂在浓度为0.15 mol·L-1且pH为3时,对Cd和Zn去除率最高(39.34%~65.65%);在相同浓度和pH为5条件下对Pb的去除率最高(22.05%~50.62%)。其中IA-AA对Cd、Pb和Zn的去除率分别可达65.65%、50.62%和44.92%。它们去除的主要重金属组分为酸溶态、可还原态和部分可氧化态,且经IA和IA-AA淋洗的土壤养分损失相对较小。因此,IA-AA是修复Cd、Pb和Zn复合污染土壤有工程应用前景的淋洗剂。     

新型绿地填料对路面径流中重金属的去除效果试验研究

以模拟Pb、Cd、Zn污染路面径流为对象,通过向砂和黏土中外掺吸附材料(如钢渣、腐植酸)制备新型绿地填料,并以吸附试验和一维降雨入渗土柱试验为手段优化填料组分及配比,最终优化出一种渗透性高、重金属去除能力强、酸碱度适宜的新型绿地填料。结果表明:在吸附试验设计质量浓度下,砂、黏土、钢渣和腐植酸的质量比为80∶20∶5∶4时,Pb、Cd、Zn去除率接近100%,且清液pH满足要求,为优选的最佳配比填料;吸附等温试验表明,该填料对3种重金属的吸附符合Freundlich模型;一维降雨入渗土柱试验结果显示,按最佳填料配比制备的填料其渗透系数可达1.06×10-6 m/s,且统计最大浓度情况下,下渗雨水pH为8.91左右,且其中Pb、Cd、Zn均未检出,完全满足《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中Ⅲ类要求。所得最佳配比填料能够有效应用于去除重金属污染路面径流。     

赭石对模拟重金属废水的吸附效果研究

采用模拟重金属废水的正交试验设计，进行赭石对模拟重金属废水的吸附效果研究，探讨pH、赭石加入量和振荡时间等影响因素对吸附效果的影响。结果表明，在一定pH、赭石加入量和振荡时间条件下，赭石对6种重金属（Pb、Cd、Mn、Zn、Cr和Ni）均有较好吸附效果，对Pb、Cd、Mn、Zn和Cr的最大吸附率可达100%，对Ni的吸附率达8963%。处理后废水中重金属达到污水排放标准。各影响因素对Mn、Zn和Cr吸附效率的影响大小表现为：pH＞赭石加入量＞振荡时间，Ni和Cd表现为：赭石加入量＞pH＞振荡时间，Pb表现为：pH＞振荡时间＞赭石加入量。赭石对废水中重金属吸附的最佳条件为赭石加入量40 g/L，pH 10～10.5，振荡时间2 h。     

丝状菌对生物淋滤去除底泥中重金属的促进作用

利用氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,A.f)对采自株洲霞湾港底泥中的Cu、Cd、Pb和Zn 4种重金属进行生物淋滤实验,在实验中加入丝状菌考察其对重金属去除效果的影响。结果表明,丝状菌可以有效抑制低分子量有机酸对A.f的毒害作用,促进各种重金属的去除。当加入10%(体积比)的丝状菌后,生物淋滤过程中系统pH值在5 d内降低到2以下,Fe2+在4 d内完全氧化。经过10 d的处理,Cu、Cd、Pb和Zn 4种重金属的最高去除率分别达到76.3%、92.5%、52.6%和88.5%,与不加入丝状菌的处理相比,达到最大去除率所需的时间缩短1~2 d,4种重金属中,丝状菌的加入对Pb的去除促进作用最为明显,其去除率增加1倍左右。因此,在生物淋滤处理重金属-有机物复合污染底泥工艺中接入丝状菌对处理效果有很好的促进作用。