包埋Fenton催化劑共去除垃圾滲濾液EDCs和重金屬離子機理

垃圾滲濾液處理處置一直是水處理中的重點難點，研發(fā)一種新型、快速、高效的EDCs和重金屬離子去除技術(shù)已成為目前亟待解決的關(guān)鍵問題，備受關(guān)注。本項目提出利用包埋Fenton催化劑共去除垃圾滲濾液中的內(nèi)分泌干擾物（EDCs）和重金屬離子，較系統(tǒng)的進行了垃圾滲濾液組份分析及兩級厭氧氨氧化預(yù)處理試驗、包埋納米磁性殼聚糖及3種改性材料的制備和方法優(yōu)化試驗、EDCs的去除和重金屬離子吸附試驗，研究了不同影響因素下納米磁性顆粒對EDCs和重金屬離子去除的過程與規(guī)律；采用試驗、理論、設(shè)計和工藝研究相結(jié)合的方法，進行了動力學(xué)、熱力學(xué)等過程分析，揭示了包埋型納米Fenton材料對雙氯酚酸、四環(huán)素以及重金屬離子的去除機理；闡明了共去除過程中EDCs與重金屬離子共同存在下的相互作用特點和交互影響；提出高效能包埋型Fenton催化劑的制備和改性技術(shù)，實現(xiàn)兩類污染物共去除的過程與工藝優(yōu)化。研究表明：采用原位共沉淀法（一步沉淀法）制備磁性殼聚糖較其他方法具有較好的機械性能、較高的化學(xué)穩(wěn)定性、較強的磁學(xué)特性，且合成過程簡便等優(yōu)點；對比分析3種改性方法，通過乙二胺改性得到的包埋納米磁性殼聚糖顆粒具有明顯優(yōu)勢，戊二醛投加量為4mL、環(huán)氧氯丙烷投加量為12mL、乙二胺投加量為8 mL時制備得到的磁性顆粒對污染物的去除效果最好；合成的包埋納米磁性顆粒對EDCs和重金屬離子的共去除過程中呈現(xiàn)出良好的效果，可用于兩類污染物共去除過程。研究工作結(jié)合了生活垃圾滲濾液工程實際和垃圾滲濾液水質(zhì)特征，實現(xiàn)兩類污染物共去除的過程與工藝優(yōu)化。 2100433B

提出包埋Fenton催化劑共去除垃圾滲濾液中內(nèi)分泌干擾物（EDCs）和重金屬離子的思路，并采用試驗、理論、設(shè)計和工藝研究相結(jié)合的方法，重點研究：1）高效能包埋Fenton催化劑制備技術(shù)?？紤]垃圾滲濾液水質(zhì)特點和污染物自身特性，以兩類污染物共同去除為目標(biāo)，研究溫度、酸堿度、污染物濃度、重金屬離子、腐殖酸等因素，對多種包埋型催化劑進行EDCs降解和重金屬離子吸附試驗，優(yōu)化催化劑性能。2）共去除機理。研究催化劑對重金屬離子吸附特性，分析EDCs催化降解過程、中間產(chǎn)物和降解途徑，探討共去除過程中兩類污染物相互作用特點與規(guī)律，揭示去除機理及動力學(xué)規(guī)律。3）共去除技術(shù)。研究污染物共去除效果、反應(yīng)機理與條件，進行出水生物毒性及人體健康風(fēng)險評價試驗，分析出水可生化性，探討該技術(shù)與生物處理工藝結(jié)合可能性，優(yōu)化反應(yīng)條件和設(shè)計參數(shù)，提出環(huán)境友好型EDCs和重金屬離子高效共去除方法。為工程應(yīng)用提供理論和技術(shù)支撐。

SS的去除主要靠物理沉淀、過濾作用，BOD的去除主要靠微生物吸附和代謝作用，代謝產(chǎn)物均為無害的穩(wěn)定物質(zhì)，因此可以使處理后水中殘余的BOD濃度很低。污水中COD去除的原理與BOD基本相同。

N、P去除人工濕地主要利用生物脫氮及植物吸收方法。

作用機理：對污染物的去除與影響物理沉淀可沉淀固體在濕地中重力沉降去除、過濾，通過顆粒間相互引力作用及植物根系的阻截作用使可沉降及可絮凝固體被阻截而去除；化學(xué)微生物代謝：利用懸浮的底泥和寄生于植物上的細菌的代謝作用將懸浮物、膠體、可溶性固體分解成無機物；通過生物硝化-反硝化作用去除氮；部分微量元素被微生物、植物利用氧化并經(jīng)阻截或結(jié)合而被去除。自然死亡：細菌和病毒處于不適宜環(huán)境中會引起自然衰敗及死亡，植物植物代謝利用植物對有機物的吸收而去除，植物根系分泌物對大腸桿菌和病原體有滅活作用植物吸收相當(dāng)數(shù)量的氮和磷能被植物吸收而去除，多年生沼澤生植物，每年收割一次，可將氮、磷吸收、合成后分移出人工濕地系統(tǒng)。

1.濕地基質(zhì)的過濾吸附作用

污水進入濕地系統(tǒng)，污水中的固體顆粒與基質(zhì)顆粒之間會發(fā)生作用，水流中的固體顆粒直接碰到基質(zhì)顆粒表面被攔截。水中顆粒遷移到基質(zhì)顆粒表面時，在范德華力和靜電力作用下以及某些化學(xué)鍵和某些特殊的化學(xué)吸附力作用下，被粘附與基質(zhì)顆粒上，也可能因為存在絮凝顆粒的架橋作用而被吸附。 　此外，由于濕地床體長時間處于浸水狀態(tài)，床體很多區(qū)域內(nèi)基質(zhì)形成土壤膠體，土壤膠體本身具有極大的吸附性能，也能夠截留和吸附進水中的懸浮顆粒。 　物理過濾和吸附作用是濕地系統(tǒng)對污水中的污染物進行攔截從而達到凈化污水的目的的重要途徑之一。

2. 濕地植物的作用

植物是人工濕地的重要組成部分。人工濕地根據(jù)主要植物優(yōu)勢種的不同，被分為浮水植物人工濕地，浮葉植物人工濕地，挺水植物人工濕地，沉水植物人工濕地等不同類型。濕地中的植物對于濕地凈化污水的作用能起到極重要的影響。

首先，濕地植物和所有進行光合自養(yǎng)的有機體一樣，具有分解和轉(zhuǎn)化有機物和其他物質(zhì)的能力。植物通過吸收同化作用，能直接從污水中吸收可利用的營養(yǎng)物質(zhì)，如水體中的氮和磷等。水中的銨鹽、硝酸鹽以及磷酸鹽都能通過這種作用被植物體吸收，最后通過被收割而離開水體。

其次，植物的根系能吸附和富集重金屬和有毒有害物質(zhì)。植物的根莖葉都有吸收富集重金屬的作用，其中根部的吸收能力最強。在不同的植物種類中，沉水植物的吸附能力較強。根系密集發(fā)達交織在一起的植物亦能對固體顆粒起到攔截吸附作用。

再次，植物為微生物的吸附生長提供了更大的表面積。植物的根系是微生物重要的棲息、附著和繁殖的場所。相關(guān)文獻表明，植物根際的微生物數(shù)量比非根際微生物數(shù)量多得多，而微生物能起到重要的降解水中污染物的作用。

最后，植物還能夠為水體輸送氧氣，增加水體的活性。

由此可見，濕地植物在控制水質(zhì)污染，降解有害物質(zhì)上也起到了重要的作用。

3. 微生物的消解作用

濕地系統(tǒng)中的微生物是降解水體中污染物的主力軍。好氧微生物通過呼吸作用，將廢水中的大部分有機物分解成為二氧化碳和水，厭氧細菌將有機物質(zhì)分解成二氧化碳和甲烷，硝化細菌將銨鹽硝化，反硝化細菌將硝態(tài)氮還原成氮氣，等等。通過這一系列的作用，污水中的主要有機污染物都能得到降解同化，成為微生物細胞的一部分，其余的變成對環(huán)境無害的無機物質(zhì)回歸到自然界中。

此外，濕地生態(tài)系統(tǒng)中還存在某些原生動物及后生動物，甚至一些濕地昆蟲和鳥類也能參與吞食濕地系統(tǒng)中沉積的有機顆粒，然后進行同化作用，將有機顆粒作為營養(yǎng)物質(zhì)吸收，從而在某種程度上去除污水中的顆粒物。