綠色化學(xué)中的化學(xué)合成及垃圾處理

1、【摘要】綠色化學(xué)是 20 世紀(jì)末崛起的一門新興學(xué)科，相對于傳統(tǒng)化學(xué)，它是未 來化學(xué)化工開展的主要方向之一。 本文主要通過個別實(shí)例對綠色有機(jī)合成化學(xué)的 概念，及有機(jī)合成中的綠色化學(xué)進(jìn)展作了綜述?！娟P(guān)鍵詞】綠色化學(xué)；有機(jī)合成；進(jìn)展 ; 垃圾；處理；技術(shù)1 引言按照美國?綠色化學(xué)? (GreenChemistry) 雜志的定義，綠色化學(xué)是指 : 在 制造和應(yīng)用化學(xué)產(chǎn)品時應(yīng)有效利用 ( 最好可再生 ) 原料，消除廢物和防止使 用有毒的和危險的試劑和溶劑。今天的綠色化學(xué)是指能夠保護(hù)環(huán)境的化學(xué)技術(shù)。它可通過使用自然能 源，防止給環(huán)境造成負(fù)擔(dān)、防止排放有害物質(zhì)。利用太陽能為目的的光觸 媒和氫能源的制造和儲藏

2、技術(shù)的開發(fā)，并考慮節(jié)能、節(jié)省資源、減少廢棄 物排放量。傳統(tǒng)的化學(xué)工業(yè)給環(huán)境帶來的污染已十分嚴(yán)重， 目前全世界每年產(chǎn)生的 有害廢物達(dá)3億噸4億噸，給環(huán)境造成危害，并威脅著人類的生存?；瘜W(xué) 工業(yè)能否生產(chǎn)出對環(huán)境無害的化學(xué)品？甚至開發(fā)出不產(chǎn)生廢物的工藝？有 識之士提出了綠色化學(xué)的號召，并立即得到了全世界的積極響應(yīng)。2 綠色化學(xué)的進(jìn)展 綠色化學(xué)是依靠科技進(jìn)步，創(chuàng)造出單位產(chǎn)品產(chǎn)污系數(shù)最低，資源消耗最小的先 進(jìn)工藝技術(shù)；從化學(xué)反響的根本上減少污染。而不是對“三廢等進(jìn)行處理的環(huán) 保局部性終端治理技術(shù)。21 開發(fā)原子經(jīng)濟(jì)性反響1991年，美國斯坦福大學(xué)化學(xué)教授 Trost 首次提出了原子經(jīng)濟(jì)性 (Atomec

3、onomy) 概念。即原料分子中究竟有百分之幾的原子轉(zhuǎn)化成了產(chǎn)物。 理想的原子經(jīng)濟(jì)反響 是原料分子中的原子百分之百地轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物， 而不產(chǎn)生副產(chǎn)物或廢物， 實(shí)現(xiàn)廢物 的“零排放 (Zero emission) 。原子經(jīng)濟(jì)性反響有利于資源利用和環(huán)境保護(hù)。 對于大宗根本有機(jī)原料的生產(chǎn)而言， 選擇原子經(jīng)濟(jì)反響十分重要。 目前， 在根本 有機(jī)原料的生產(chǎn)中， 有的已采用原子經(jīng)濟(jì)反響， 如丙烯氫甲?；贫∪?甲醇羰 基化制乙酸、乙烯或丙烯的聚合、丁二烯和氫氰酸合成己二腈等。另外，有的基 本有機(jī)原料的生產(chǎn)所采用的反響， 已由二步反響， 改為一步的原子經(jīng)濟(jì)反響。 如 環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)， 原來通過氯醇法二步制備；

4、 研制出銀催化劑后， 改為乙烯直接 氧化合成環(huán)氧乙烷的原子經(jīng)濟(jì)反響。 近年來， 開發(fā)新的原子經(jīng)濟(jì)反響已成為綠色 化學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。22 采用無毒、無害的原料 在現(xiàn)有化工生產(chǎn)中，不可防止地要用到一些有毒有害的原料，如劇毒的光氣、 氫氰酸和有害的甲醛、 環(huán)氧乙烷等，嚴(yán)重地污染環(huán)境， 危害人類健康和社區(qū)平安。 采用無毒無害原料替代它們來生產(chǎn)各種化工產(chǎn)品是綠色化學(xué)的重要任務(wù)之一。在替代劇毒的光氣作原料生產(chǎn)有機(jī)化工原料方面， 有報道稱工業(yè)上已開發(fā)成功 一種由胺類和二氧化碳生產(chǎn)異氰酸酯的新技術(shù)。 在特殊的反響體系中采用一氧化 碳直接羰化有機(jī)胺生產(chǎn)異氰酸酯的工業(yè)化技術(shù)也已開發(fā)成功。 Tundo 報道了用二

5、 氧化碳代替光氣生產(chǎn)碳酸二甲酯的新方法。 Komiya 研究開發(fā)了在固態(tài)熔融的狀 態(tài)下，采用雙酚 A 和碳酸二甲酯聚合生產(chǎn)聚碳酸酯的新技術(shù)。 它取代了常規(guī)的光 氣合成路線， 并同時實(shí)現(xiàn)了兩個綠色化學(xué)目標(biāo)： 一是不使用有毒有害的原料； 二 是由于反響在熔融狀態(tài)下進(jìn)行，不使用可疑的致癌物甲基氯化物作為溶劑。關(guān)于替代劇毒氫氰酸原料。 Monsanto 公司從無毒無害的二乙醇胺原料出發(fā)， 經(jīng) 催化脫氫， 開發(fā)了平安生產(chǎn)氨基二乙酸鈉的工藝， 改變了過去以氨、 甲醛和氫氰 酸為原料的二步合成路線，并因此獲得了 1996 年美國總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎中的 變更合成路線獎。 另外，國外還開發(fā)了由異丁烯生產(chǎn)甲基丙烯

6、酸甲酯的新合成路 線，取代了以丙酮和氫氰酸為原料的丙酮氰醇法。23 采用無毒、無害的催化劑目前烴類的烷基反響一般使用氫氟酸、硫酸、三氯化鋁等液體酸作催化劑，這 些催化劑的共同缺點(diǎn)是對設(shè)備的腐蝕嚴(yán)重、危害人身、產(chǎn)生廢渣、污染環(huán)境。為 此，國內(nèi)外研究人員正從分子篩、 雜多酸、 超強(qiáng)酸等新催化材料中大力開發(fā)固體 酸烷基化催化劑。 其中采用新型分子篩催化劑的乙苯液相烴化技術(shù)引人注目， 這 種催化劑選擇性高。催化劑壽命長，且乙苯回收率超過 99.6%。還有一種生產(chǎn)線 性烷基苯的固體酸催化劑替代氫氟酸催化劑， 改善了生產(chǎn)環(huán)境， 現(xiàn)已工業(yè)化。 今 后在固體酸催化劑的研究開發(fā)中， 還應(yīng)進(jìn)一步提高催化劑的選擇性

7、， 以降低產(chǎn)品 中雜質(zhì)的含量；提高催化劑的穩(wěn)定性，以延長催化劑的壽命。24 采用無毒無害的溶劑或不使用溶劑一般與化學(xué)制品有關(guān)的污染物不僅與原料、產(chǎn)品有關(guān)，也與制造過程中使用的溶劑有關(guān)。 當(dāng)前廣泛使用的溶劑主要是揮發(fā)性的有機(jī)物， 其中有些有機(jī)物會引起 地面臭氧層的形成，有的會引起水源污染，因此，要限制這類物質(zhì)的使用。采用 無毒無害的溶劑代替揮發(fā)性的有機(jī)物已成為綠色化學(xué)研究的方向。在過去的 20 年中，研究人員對超臨界流體進(jìn)行了大量研究， 并在諸如臨界現(xiàn)象、 溶解度和溶 劑團(tuán)簇等問題上取得了重大進(jìn)展。 水是無毒無害的廉價溶劑， 用水作溶劑具有其 獨(dú)特的優(yōu)越性。 Grieco 等研究了在水相中、室溫

8、下的 Diels-Alder 反響，結(jié)果 發(fā)現(xiàn)水相中的反響比有機(jī)溶劑中的反響產(chǎn)率高。 超臨界 CO2(T=304 K，Pc =7.4 MPa) 作為溶劑的研究，近年來有了很大的進(jìn)展。超臨界CO2 無毒、不可燃、價廉，可使許多反響的速度加快和 ( 或) 選擇性提高，因此是一種優(yōu)秀的綠色化學(xué)溶劑。另外，“離子液體作為溶劑代替揮發(fā)性的有機(jī)物已成為綠色化學(xué)的重要研究 方向。2 5 研制環(huán)境友好產(chǎn)品 綠色化學(xué)研制環(huán)境友好產(chǎn)品，就是為了消除污染環(huán)境產(chǎn)品的負(fù)面影響。Rohmhaas公司成功開發(fā)了一種環(huán)境友好的海洋生物防垢劑，從而獲得美國總統(tǒng) 綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎項(xiàng)中的設(shè)計(jì)更平安的化學(xué)品獎。 Donlar 公司由于

9、成功開發(fā)了 2 個高效工藝合成熱聚天冬氨酸， 也獲得了美國總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎項(xiàng)中的小企業(yè) 獎。在環(huán)境友好機(jī)動車燃料方面，已逐步推廣使用液化石油氣、壓縮燃?xì)狻⒓状己?乙醇等醇類燃料。 以及太陽能和氫能等， 減少了由汽車尾氣中的一氧化碳以及烴 類引發(fā)的臭氧和光化學(xué)煙霧等對空氣的污染。 此外，保護(hù)大氣臭氧層的氟氯烴代 用品和防止“白色污染的生物降解塑料也在使用。26 提高烴類氧化反響的選擇性 烴類選擇性氧化在石油化工中占有極其重要的地位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，催化過程生產(chǎn)的 各類有機(jī)化學(xué)品中，催化選擇氧化生產(chǎn)的產(chǎn)品約占 25%。烴類選擇性氧化為強(qiáng)放 熱反響，目的產(chǎn)物大多是熱力學(xué)上不穩(wěn)定的中間化合物， 在反響條件下

10、很容易被 進(jìn)一步深度氧化為二氧化碳和水， 其選擇性是各類催化反響中最低的。 這不僅造 成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染， 而且給產(chǎn)品的別離和純化帶來很大困難， 使投資和生產(chǎn) 本錢大幅度上升。 因此，控制氧化反響深度， 提高目的產(chǎn)物的選擇性也是綠色化 學(xué)研究中最具挑戰(zhàn)性的難題。27 物理方法促進(jìn)化學(xué)反響 光、電、熱等是引發(fā)和促進(jìn)有機(jī)反響的有效手段。是綠色化學(xué)的方向之一。近年來，微波促進(jìn)化學(xué)反響的研究已取得很大進(jìn)展。利用超聲波的空化作用.可提高許多化學(xué)反響的反響速度，改善目的產(chǎn)物的選擇性，改善催化劑的外表形態(tài)， 提高催化活性組分在載體上的分散性等。2 . 8計(jì)算機(jī)輔助的綠色化學(xué)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的開展應(yīng)用，尤其是

11、分子結(jié)構(gòu)與性能數(shù)據(jù)庫的建立以及分子模擬技 術(shù)的開展，使人們在化學(xué)分子設(shè)計(jì)、合成統(tǒng)計(jì)、實(shí)驗(yàn)控制與模擬中有了得力的助 手和工具，防止了盲目的實(shí)驗(yàn)探索，減少了能源和材料浪費(fèi)以及由此造成的對環(huán) 境的污染，從而按照綠色化學(xué)的既定目標(biāo)，研制并生產(chǎn)出各種化學(xué)品。3實(shí)例一二氧化氯合成的綠色化學(xué)工藝二氧化氯是第四代廣譜、高效的綠色飲用水消毒劑。世界衛(wèi)生組織WHO確 認(rèn)二氧化氯為AI級平安消毒劑，我國于2000年也將其作為飲用水消毒劑首次列 入標(biāo)準(zhǔn)之列。二氧化氯的合成及應(yīng)用作為綠色產(chǎn)業(yè)已在悄然興起。3. 1目前制取二氧化氯的工藝及存在的問題迄今為止,成型的二氧化氯生產(chǎn)工藝有10多種。在水處理領(lǐng)域二氧化氯的 制取根

12、本上采用的是氯酸鈉+鹽酸工藝、亞氯酸鈉+鹽酸工藝 和電解食鹽水工 藝。這些工藝的缺乏之處見表1。表1工藝缺乏之處氯酸鈉+鹽酸復(fù)合型CIO2發(fā)生器原子經(jīng)濟(jì)性差37. 6 %;氯酸鈉的轉(zhuǎn) 化率低30 %50 %;生成的CIO2不 純副產(chǎn)物CI2約占CIO2產(chǎn)量的一 半；產(chǎn)品投加到待處理水體時，大量未 反響的氯酸鈉進(jìn)入配水系統(tǒng)中，造成CIO -3污染。亞氯酸鈉+鹽酸高純CIO2發(fā)生器原子經(jīng)濟(jì)性差26. 1 %;耗酸量大：產(chǎn) 生的廢酸液多。在生成的混合消毒氣體 中,大局部為CI2 ,CIO2 含量僅20 % 30 %;影響產(chǎn)品品質(zhì)的因素多,消毒氣體 的投加量難以精確控制；電解食鹽水生產(chǎn)設(shè)備較復(fù)雜，一次

13、性投資大；電極、CIO2協(xié)同消毒發(fā)生器隔膜使用壽命短，運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用高。3. 2通過工藝改革使二氧化氯合成實(shí)現(xiàn)綠色化3. 2. 1亞氯酸鈉+氯氣工藝反響原理為：2NaCIO2 + CI2 = 2CIO2 + 2NaCI用氯氣取代鹽酸來復(fù)原亞氯酸鈉，反響的原子經(jīng)濟(jì)性達(dá)53. 6 %,亞氯酸鈉的轉(zhuǎn)率 較高,能從較大程度上節(jié)約亞氯酸鈉用量，產(chǎn)物中的二氧化氯純度達(dá)95 %以上。工 藝簡單,不需加溫，設(shè)備容易操作及維護(hù)，且防止了鹽酸在儲存及投加過程中對操 作環(huán)境的影響，容易實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行過程的自動化控制。本工藝可根據(jù)實(shí)際需要單 獨(dú)投加氯氣，或單獨(dú)投加二氧化氯。對以地表水為水源的水廠，通常水質(zhì)隨季節(jié)變 化而

14、變化，當(dāng)處于豐水期時水質(zhì)較好，這時采用氯氣消毒即可到達(dá)處理要求，而在 枯水期或由于其他原因造成水質(zhì)變差時，再使用二氧化氯消毒，可取得最正確的經(jīng) 濟(jì)和環(huán)境效益。對已建有氯氣消毒系統(tǒng)的水廠來說，本工藝在原有的設(shè)備根底上， 增加一些簡單的設(shè)施就可到達(dá)二氧化氯和氯氣靈活使用的目的。生成的二氧化氯的pH值接近中性，可較長時間保存而不發(fā)生岐化反響，通過中間儲存箱可實(shí)現(xiàn)一 臺設(shè)備多個投加點(diǎn)的復(fù)雜情況。3. 2. 2陽極電解亞氯酸鈉工藝8 有關(guān)電化學(xué)反響如下：陽極:CIO-2 - e - CIO2陰極:H2O + e - OH- + 1/ 2H2電解反響：NaCIO2 + H2O CIO2 + 1/ 2H2

15、+ NaOH此工藝只用亞氯酸鈉一種原料，無需添加輔助化學(xué)藥劑，易于調(diào)節(jié)控制。就電解反 應(yīng)來看,該反響的原子經(jīng)濟(jì)性達(dá)62. 2 %。亞氯酸鈉的轉(zhuǎn)化率較高，二氧化氯的純 度可達(dá)98 %以上。3. 2. 3聯(lián)合工藝聯(lián)合工藝包括NaCI電解、HCI合成、CIO2發(fā)生三局部。各局部反響原理 如下：NaCI電解：NaCI + 3H2O = NaCIO3 + 3H2HCI合成：H2 + CI2 = 2HCI(3) ClO2 發(fā)生 :NaClO3 + 2HCl = NaCl + ClO2 + 1/ 2Cl2 + H2O工藝過程 : 電解氯化鈉 , 生成氫氣和氯酸鈉 ; 氫氣與通入的氯氣反響生成 HCl ;HC

16、l 與來自電解槽的氯酸鈉反響生成二氧化氯、氯氣、氯化鈉 , 把二氧化氯從與它同 時生成的氯氣中別離出來 , 將稀的氯酸鈉和氯化鈉水溶液返回氯酸鈉電解槽循環(huán) 利用。該工藝具有如下優(yōu)點(diǎn) : (1) 全液體工藝,生產(chǎn)中不使用、 不產(chǎn)生固體,無固體處理 設(shè)備,轉(zhuǎn)動設(shè)備僅限于泵和風(fēng)機(jī) ; (2) 封閉工藝 ,首次開機(jī)時加足鹽水后生產(chǎn)中 即可不再參加鹽水 ,生產(chǎn)過程中僅需補(bǔ)充局部氯氣即可保持系統(tǒng)平衡 ; (3) 不使 用催化劑,無副產(chǎn)品排出,減少了對環(huán)境的污染；(4) 聯(lián)合系統(tǒng)CI02發(fā)生器在微 負(fù)壓下工作 , 防止了在高真空度下操作所需的設(shè)備及操作費(fèi)用。目前 ,ClO2 的合 成呈三大趨勢: (1) 對

17、反響器進(jìn)行改造 ,設(shè)計(jì)更合理的單室法反響器 (SVP) ,將反 應(yīng)、蒸發(fā)和結(jié)晶一體化。 (2) 簡化流程 , 減少投資 , 降低酸液消耗 , 減少廢液的排 放。(3) 使用廉價的綠色天然有機(jī)物作復(fù)原劑。如馬玉翔等 11 用蔗糖作復(fù)原 劑在硫酸作用下復(fù)原氯酸鈉制取 CI02 的工藝,本錢低廉,藥劑轉(zhuǎn)化徹底 ,產(chǎn)品純 度較高。4 實(shí)例(二)二氧化氯消毒過程的綠色化學(xué)與工藝4. 1 二氧化氯消毒過程的綠色化學(xué)與二氧化氯氧化性有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)電極電 勢如下:CI02 + 4H+ + 5 e - = CI - + 2H2O E9 = 1.511VCI02 + H+ + e - = HCI02 E9 = 1.2

18、75VCI02 + e - = CIO-2 E9 = 1. 16V可見，無論CI02被復(fù)原到何種程度，都具有很強(qiáng)的氧化性，是氧化型消毒劑。正價 存在的氯即所謂“有效氯,CI2的有效氯定為100 % ,而CI02中的氯是以正四價態(tài)存在，CI + 4 + 5 e - CI -,其有效氯=(5 X 35. 45/ 67. 45) X 100 % = 263 %。二氧化氯消毒的綠色化主要表達(dá)在 :(1) 可把水中少量的 S2 - 、S02-3 、Sn02-2 、As02-3 、Sb02-3 、N0-2 和 CN- 等有毒有害的復(fù)原性酸根氧化去除。 如二氧化氯可將氰化物氧化成無毒無害 的二氧化碳和氮 :

19、2CI02 + 2CN- = 2C02 T + N2 T + 2CI -2可把水中常見復(fù)原態(tài)金屬陽離子氧化去除。 如把二價錳氧化成不溶于水的二 氧化錳 :2CIO2 + 5Mn2 + + 6H2O = 5MnO2 J + 12H+ + 2CI -3可把水中含活潑基團(tuán)的有機(jī)物氧化降解 , 并且不會產(chǎn)生致癌的三鹵甲烷 THMs 等有機(jī)氯代物。二氧化氯對有機(jī)物的降解 , 以氧化反響為主 而氯氣以親 電取代為主 , 經(jīng)氧化的有機(jī)物多降解為含氧基團(tuán) 羧酸 為主的產(chǎn)物 , 無氯代產(chǎn) 物出現(xiàn),如二氧化氯可將水中的酚氧化成醌式支鏈酸 ,將致癌物 3 ,42 苯并芘氧化 成無致癌性的醌式結(jié)構(gòu)。4作為飲用水的殺菌

20、劑，每升水中只需加含3 %勺CIO2 的水溶液 0. 4 mL , 就可使殺菌率達(dá) 99 %以上。4. 2 二氧化氯對飲用水消毒的綠色工藝在水處理過程中,CIO2消毒的最主要的副產(chǎn)物 CIO-2和CIO-3具有一定的 毒性。 CIO-2 的形成和 CIO2 的消耗幾乎是平行的 , 大約70 %參與反響的 CIO2 立 即以CIO-2的形式殘留在水體中。因此利用二氧化氯處理水時必須采用綠色工藝, 以確保水中 CIO2 、CIO-2 、CIO-3 總剩余濃度不超標(biāo)。二氧化氯作為單一消毒 劑時 , 投加點(diǎn)應(yīng)在過濾之后 , 并應(yīng)在進(jìn)入清水池前保證與原水的充分混合 , 投加量 一般應(yīng)控制在2 X 10

21、- 6 gPmL之內(nèi),并且應(yīng)是高純度投加。對一些污染嚴(yán)重的 水源,單獨(dú)采用二氧化氯消毒,會使投加量上升至35 X 10 - 6 gPmL ,這一方面 增加了水廠的制水本錢 ,另外也大大增加了消毒后出水中剩余 CIO-2 的含量,在 這種情況下 , 采用兩種消毒劑聯(lián)合投加會取得較佳的處理效果 , 常見的組合消毒 工藝為 :原水投加二氧化氯混凝澄清過濾投加氯氣清水池 二氧化氯在混凝前與混凝劑同時投加 , 不僅可通過氧化作用去除水中能產(chǎn)生三鹵 甲烷的前體物 如腐殖酸和黃腐酸等 , 還可改善膠體顆粒帶電性能 ,從而到達(dá)助 凝作用 , 使沉淀、過濾的處理效率得到提高。預(yù)氧化投加二氧化氯的量一般控制 在0

22、. 51. 0 X10 - 6 gPmL 。濾后投加少量氯氣作為消毒劑 ,用來控制水中的 細(xì)菌學(xué)指標(biāo)。這樣不僅最大程度減少了水中三鹵甲烷的形成量 , 也能保證水中余 氯持續(xù)殺菌活力 , 操作檢測簡單 , 運(yùn)行費(fèi)用低。5 結(jié)論對于大中型水廠尤其是以地表水為水源的水廠 , 應(yīng)大力推廣以“氯氣 + 亞氯 酸鈉工藝為主的高純二氧化氯制備技術(shù) , 以提高原子經(jīng)濟(jì)性 , 實(shí)現(xiàn)“零排放 ; 飲用水處理那么可采用“二氧化氯 + 氯氣的組合消毒工藝 , 使消毒過程不產(chǎn)生或減少污染,使之符合綠色化學(xué)要求6 垃圾滲濾液的處理方法對滲濾液的處理，不僅要考慮工藝方法對滲濾液的處理效果，而且要考慮工藝對水質(zhì)、水量變化的適

23、應(yīng)性。滲濾液的處理一般包括物理化學(xué)法和生物處理法。6.1生物法生物法分為好氧生物處理法、厭氧生物處理法、厭氧 -好氧結(jié)合法、土地處 理法等。B0D5/C0一般在0.4-0.75,采用生物處理可到達(dá)良好的去除效果。 但隨 著填埋時間的增長，垃圾層日趨穩(wěn)定，易降解的小分子有機(jī)物濃度不斷降低，難降 解的大分子有機(jī)物逐步占有優(yōu)勢,其BOD5/CO值甚至可低于0.1,可生化性變差, 這說明生物法處理垃圾滲濾液的效率隨填埋年齡的增加越來越低。好氧處理法好氧處理包括活性污泥法、生物膜法、氧化溝、生物塘、生物轉(zhuǎn)盤和滴濾池 等。生物膜法和活性污泥法在污水處理中應(yīng)用廣泛，活性污泥法因其運(yùn)行費(fèi)用低， 效率高而得到廣

24、泛的應(yīng)用。美國和德國的幾個活性污泥法污水處理廠的運(yùn)行結(jié)果 說明,通過提高污泥濃度來降低污泥有機(jī)負(fù)荷，可以獲得令人滿意的垃圾滲濾液 處理效果。Kaenan報導(dǎo)用活性污泥法能去除滲濾液中99%勺BOD5 Pirbazari等人對眾多實(shí)際運(yùn)行的垃圾滲濾液處理系統(tǒng)調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，活性污泥法比其它好氧 法處理效果更佳，但活行污泥法處理垃圾滲濾液的效果受溫度影響較大。與活性污泥法相比，生物膜法具有對水量、水質(zhì)沖擊負(fù)荷適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)， 而且生物膜上能生長世代較長的微生物，如硝化菌之類，能有較好的消化能力。 C.Peddie等用直徑0.9m的生物轉(zhuǎn)盤處理 COD、于1000mg/L、NH3-N小于50mg/L

25、的滲濾液,其出水BOD5小于25mg/L、NH3-N小于0.1mg/L。與活性污泥相比，曝 氣氧化塘體積大，有機(jī)負(fù)荷低，盡管降解速度慢，但由于其工藝簡單，在土地允許 的條件下，是最省錢的垃圾滲濾液好氧處理方法。美國、加拿大、英國、澳大利 亞和德國的小式規(guī)模的研究說明，采用曝氣氧化塘能獲得較好的垃圾滲濾液處理 效果?？偟膩碚f,好氧處理法可有效地降低 BOD5CODB氨氮,還可去除鐵、錳等 金屬,是應(yīng)用廣泛的處理方法。厭氧生物處理厭氧生物處理的應(yīng)用已有近百年的歷史。處理的方式主要有厭氧生物濾池、 厭氧接觸池、上流式厭氧污泥床反響器及分段厭氧硝化等。但直到近20年來，隨著微生物學(xué)、生物化學(xué)等學(xué)科開展

26、和工程實(shí)踐的積累，不斷開發(fā)出新的厭氧處 理工藝,克服了傳統(tǒng)工藝的水力停留時間長，有機(jī)負(fù)荷低等特點(diǎn)，使它在理論和實(shí) 踐上有了很大進(jìn)步，在處理高濃度有機(jī)廢水方面取得了良好效果。而且能耗少，操作簡單,投資及運(yùn)行費(fèi)用低廉，而且由于產(chǎn)生的剩余污泥量少，所需的營養(yǎng)物質(zhì) 也少。厭氧-好氧結(jié)合法厭氧法適用于處理污染物濃度較高的廢水，但出水水質(zhì)達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，因 而常將厭氧與好氧系統(tǒng)組合起來。實(shí)踐證明，對高濃度的垃圾滲濾液，厭氧與好氧 結(jié)合法是經(jīng)濟(jì)高效的處理工藝。鄒蓮花等人報導(dǎo)了采用厭氧 -吹脫-好氧-混凝沉 淀流程處理深圳市玉龍坑生活垃圾填埋場滲濾液，當(dāng)滲濾液COD為25000mg/L、B0D5 15000m

27、g/L、NH3-N為1000mg/L時,出水各項(xiàng)指標(biāo)都能達(dá)標(biāo)。6.1.4 土地處理法土地處理主要通過土壤顆粒的過濾 , 離子交換吸附和沉淀等作用去除滲濾液 中懸浮固體和溶解成分。 利用土壤微生物 好氧性微生物和厭氧性微生物 作用使 滲濾液中的有機(jī)物和氮發(fā)生轉(zhuǎn)化 , 通過蒸發(fā)作用減少滲濾液的水量。對其去除機(jī) 理 , 唐家富等作了土壤凈化試驗(yàn)研究。目前用于滲濾液處理的土地法主要是回灌 法和人工濕地。 回灌法是將不經(jīng)過任何處理的滲濾液用泵直接回噴到填埋層外表 借助填埋場覆土層的生物降解、物理化學(xué)作用等到達(dá)凈化水質(zhì)的目的 , 同時依靠 土壤外表的蒸發(fā)和表層植被的蒸騰作用 , 削減滲濾液水量?；毓鄿p輕了

28、污染物的 溶出負(fù)荷,加快了污染物的溶出過程 ,減輕了對環(huán)境潛在的污染。 同時滲濾液回灌 使?jié)B濾液水質(zhì)得到均化 , 減輕了滲濾液處理設(shè)施的沖擊負(fù)荷 , 有利于提高處理效 果。因此滲濾液回灌是一種值得推廣的填埋場管理方法。 盧成洪等對回灌法處理 垃圾填埋場滲濾液的依據(jù)、 工藝流程、 技術(shù)參數(shù)均作了闡述。 唐山市垃圾填埋場 和貴陽高雁城市城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場也用回灌法來處理垃圾滲濾液。 人工濕 地是近幾年才出現(xiàn)的一種新的土地處理工2.2 物理化學(xué)法 物化法主要有化學(xué)沉淀、膜法 包括微濾,超濾、反滲透等 、吸 附法、化學(xué)氧化、光電催化氧化等方法。 2.2.1 化學(xué)沉淀法 該法是從液態(tài)連續(xù) 介質(zhì)中別離

29、出呈分散狀態(tài)的顆粒雜質(zhì)的重要手段?；炷^程包括混合6.2 物理化學(xué)法物化法主要有化學(xué)沉淀、膜法 包括微濾,超濾、反滲透等 、吸附法、化學(xué) 氧化、光電催化氧化等方法。6.2.1 化學(xué)沉淀法該法是從液態(tài)連續(xù)介質(zhì)中別離出呈分散狀態(tài)的顆粒雜質(zhì)的重要手段。 混凝過 程包括混合、 凝聚、絮凝等幾種作用。 其主要原理是通過向水中投加混凝劑和絮 凝劑 , 使其中顆粒雜質(zhì)脫穩(wěn)并絮凝成較大的絮凝體 , 繼而通過沉降、 上浮、過濾等 過程進(jìn)行別離。常用的混凝劑主要有鋁鹽、鐵鹽等?；瘜W(xué)沉淀對于去除重金屬離子是比擬有效的 , 但該法對于去除滲濾液中的其 它有機(jī)污染物的效果不好，處理后廢水的CODC仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于有關(guān)的排放

30、標(biāo)準(zhǔn)。 因此, 該法不能作為單一工藝來處理垃圾滲濾液 , 同時沉淀物的后處理仍將是一 個問題。6.2.2 膜法也稱膜別離技術(shù) , 是利用特殊的薄膜對水中的成分進(jìn)行選擇性別離 , 包括電 滲析、擴(kuò)散滲析、反滲透、超濾和液體膜滲析等別離技術(shù)。膜別離是利用某些膜 的半滲透性進(jìn)行溶質(zhì)與水的別離 , 半透膜只允許水和某些溶質(zhì)透過 , 而其它溶質(zhì) 及顆粒物均無法通過 , 與傳統(tǒng)的簡單過濾相比 , 超濾和反滲透有所不同。 砂濾及超 微濾可截留分子量 10000-100000 g/mol 以上的分子,反滲透那么可截留摩爾質(zhì)量在 幾十 g/mol 以上的離子和分子。由于截留物質(zhì)大大增加 , 超濾與反滲透一般是在

31、 簡單過濾預(yù)處理之后進(jìn)行。膜別離污染物的效果是顯而易見 , 經(jīng)別離后的出水能夠到達(dá)國家相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn) , 該法能連續(xù)操作 , 機(jī)械化程度高 , 易于管理 , 水 質(zhì)的不穩(wěn)定性對膜處理效果的影響較小。 但該技術(shù)在國內(nèi)至今不能被應(yīng)用欲實(shí)際 工程, 究其原因?yàn)槟げ牧媳惧X高 , 且膜在處理這種受污染較嚴(yán)重的水體時 , 膜極易 被污染,較難清洗,難以再次利用。開發(fā)一種本錢低廉的膜產(chǎn)品以及相應(yīng)的膜清洗 技術(shù)對該法的實(shí)際工程應(yīng)用價值的提高具有深遠(yuǎn)意義。6.2.3 吸附法吸附處理中常用的吸附劑是活性炭。 活性炭對水中苯類化學(xué)物、 酚類化學(xué)物 等許多有機(jī)物有較強(qiáng)的吸附作用 , 對分子直徑在 10-8-10-5c

32、m 或分子量在 400以 下的低分子溶解性有機(jī)物的吸附性好 , 對極性強(qiáng)的低分子化學(xué)物及腐質(zhì)酸類高分 子有機(jī)物的吸附能力差 , 此外,活性炭對一些重金屬氧化物有較強(qiáng)的吸附能力。 活 性炭吸附具有裝置簡單 , 對水質(zhì)、水量變化適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。 J.Fettig 等人對活 性炭吸附預(yù)處理垃圾滲濾液進(jìn)行了研究。6.2.4 化學(xué)氧化法 化學(xué)氧化法是利用氧化復(fù)原反響改變水中的有毒、有害物質(zhì)的化學(xué)性狀 , 使 其到達(dá)無害化的一種處理方法?；瘜W(xué)氧化可用于脫色、去除重金屬、酚、氰和有 機(jī)化合物的降解及消毒、除澡等。氯氣、臭氧、雙氧水、高錳酸鉀等通常被用作 氧化劑?；瘜W(xué)氧化法應(yīng)用于垃圾滲濾液的處理中主要效果在于

33、除臭和脫硫 ,COD 去除率通常在 20-50%之間。但可以大大提高了滲濾液的可生化性。6.2.5 光、電催化氧化法 光、電催化氧化法是近年開展起來的一種污 廢水處理新技術(shù)。 弓曉峰等人在利用紫外光氧化法深度處理垃圾滲濾液的研究中發(fā)現(xiàn) , 當(dāng) pH=3時對COD勺去除率最高,也即在酸性條件下Fenton試劑光照處理滲濾液的 效果最好。黃本生等人將 ZnO/TiO2 復(fù)合半導(dǎo)體催化劑用于垃圾滲濾液的深度處 理, 出水水質(zhì)到達(dá)了國家排放標(biāo)準(zhǔn)。光、電催化氧化反響同樣存在運(yùn)行費(fèi)用高這一缺點(diǎn) , 欲采用該方法處理滲濾 液, 其首要問題是提高電流的利用率 , 所以選擇優(yōu)良的電極材料以及設(shè)計(jì)電子 空穴產(chǎn)率高的光、電催化反響器已經(jīng)成為該法處理滲濾液的兩大主要研究方向。6.2.6 蒸發(fā)法垃圾滲濾液蒸發(fā)處理時 , 水從滲濾液中沸出 , 污染物殘留在濃縮液中。 所有重 金屬和無機(jī)物以及大局部有機(jī)物的揮發(fā)性均比水弱 , 因此會保存在濃縮液中 , 只 有局部揮發(fā)性烴、 揮發(fā)性有機(jī)酸和氨等污染物會進(jìn)入蒸汽 , 最終存在與冷凝液中。 蒸發(fā)處理工藝可把滲濾液濃縮到缺乏原液體積的2%-10%。與其他處理不同 , 蒸發(fā)對水質(zhì)變化的影響不大，但pH是蒸發(fā)的重要影響因素,pH影響滲濾液中揮發(fā)