包埋Fenton催化剂共去除垃圾渗滤液EDCs和重金属离子机理

垃圾渗滤液处理处置一直是水处理中的重点难点，研发一种新型、快速、高效的EDCs和重金属离子去除技术已成为目前亟待解决的关键问题，备受关注。本项目提出利用包埋Fenton催化剂共去除垃圾渗滤液中的内分泌干扰物（EDCs）和重金属离子，较系统的进行了垃圾渗滤液组份分析及两级厌氧氨氧化预处理试验、包埋纳米磁性壳聚糖及3种改性材料的制备和方法优化试验、EDCs的去除和重金属离子吸附试验，研究了不同影响因素下纳米磁性颗粒对EDCs和重金属离子去除的过程与规律；采用试验、理论、设计和工艺研究相结合的方法，进行了动力学、热力学等过程分析，揭示了包埋型纳米Fenton材料对双氯酚酸、四环素以及重金属离子的去除机理；阐明了共去除过程中EDCs与重金属离子共同存在下的相互作用特点和交互影响；提出高效能包埋型Fenton催化剂的制备和改性技术，实现两类污染物共去除的过程与工艺优化。研究表明：采用原位共沉淀法（一步沉淀法）制备磁性壳聚糖较其他方法具有较好的机械性能、较高的化学稳定性、较强的磁学特性，且合成过程简便等优点；对比分析3种改性方法，通过乙二胺改性得到的包埋纳米磁性壳聚糖颗粒具有明显优势，戊二醛投加量为4mL、环氧氯丙烷投加量为12mL、乙二胺投加量为8 mL时制备得到的磁性颗粒对污染物的去除效果最好；合成的包埋纳米磁性颗粒对EDCs和重金属离子的共去除过程中呈现出良好的效果，可用于两类污染物共去除过程。研究工作结合了生活垃圾渗滤液工程实际和垃圾渗滤液水质特征，实现两类污染物共去除的过程与工艺优化。 2100433B

提出包埋Fenton催化剂共去除垃圾渗滤液中内分泌干扰物（EDCs）和重金属离子的思路，并采用试验、理论、设计和工艺研究相结合的方法，重点研究：1）高效能包埋Fenton催化剂制备技术。考虑垃圾渗滤液水质特点和污染物自身特性，以两类污染物共同去除为目标，研究温度、酸碱度、污染物浓度、重金属离子、腐殖酸等因素，对多种包埋型催化剂进行EDCs降解和重金属离子吸附试验，优化催化剂性能。2）共去除机理。研究催化剂对重金属离子吸附特性，分析EDCs催化降解过程、中间产物和降解途径，探讨共去除过程中两类污染物相互作用特点与规律，揭示去除机理及动力学规律。3）共去除技术。研究污染物共去除效果、反应机理与条件，进行出水生物毒性及人体健康风险评价试验，分析出水可生化性，探讨该技术与生物处理工艺结合可能性，优化反应条件和设计参数，提出环境友好型EDCs和重金属离子高效共去除方法。为工程应用提供理论和技术支撑。

SS的去除主要靠物理沉淀、过滤作用，BOD的去除主要靠微生物吸附和代谢作用，代谢产物均为无害的稳定物质，因此可以使处理后水中残余的BOD浓度很低。污水中COD去除的原理与BOD基本相同。

N、P去除人工湿地主要利用生物脱氮及植物吸收方法。

作用机理：对污染物的去除与影响物理沉淀可沉淀固体在湿地中重力沉降去除、过滤，通过颗粒间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体被阻截而去除；化学微生物代谢：利用悬浮的底泥和寄生于植物上的细菌的代谢作用将悬浮物、胶体、可溶性固体分解成无机物；通过生物硝化-反硝化作用去除氮；部分微量元素被微生物、植物利用氧化并经阻截或结合而被去除。自然死亡：细菌和病毒处于不适宜环境中会引起自然衰败及死亡，植物植物代谢利用植物对有机物的吸收而去除，植物根系分泌物对大肠杆菌和病原体有灭活作用植物吸收相当数量的氮和磷能被植物吸收而去除，多年生沼泽生植物，每年收割一次，可将氮、磷吸收、合成后分移出人工湿地系统。

1.湿地基质的过滤吸附作用

污水进入湿地系统，污水中的固体颗粒与基质颗粒之间会发生作用，水流中的固体颗粒直接碰到基质颗粒表面被拦截。水中颗粒迁移到基质颗粒表面时，在范德华力和静电力作用下以及某些化学键和某些特殊的化学吸附力作用下，被粘附与基质颗粒上，也可能因为存在絮凝颗粒的架桥作用而被吸附。 　此外，由于湿地床体长时间处于浸水状态，床体很多区域内基质形成土壤胶体，土壤胶体本身具有极大的吸附性能，也能够截留和吸附进水中的悬浮颗粒。 　物理过滤和吸附作用是湿地系统对污水中的污染物进行拦截从而达到净化污水的目的的重要途径之一。

2. 湿地植物的作用

植物是人工湿地的重要组成部分。人工湿地根据主要植物优势种的不同，被分为浮水植物人工湿地，浮叶植物人工湿地，挺水植物人工湿地，沉水植物人工湿地等不同类型。湿地中的植物对于湿地净化污水的作用能起到极重要的影响。

首先，湿地植物和所有进行光合自养的有机体一样，具有分解和转化有机物和其他物质的能力。植物通过吸收同化作用，能直接从污水中吸收可利用的营养物质，如水体中的氮和磷等。水中的铵盐、硝酸盐以及磷酸盐都能通过这种作用被植物体吸收，最后通过被收割而离开水体。

其次，植物的根系能吸附和富集重金属和有毒有害物质。植物的根茎叶都有吸收富集重金属的作用，其中根部的吸收能力最强。在不同的植物种类中，沉水植物的吸附能力较强。根系密集发达交织在一起的植物亦能对固体颗粒起到拦截吸附作用。

再次，植物为微生物的吸附生长提供了更大的表面积。植物的根系是微生物重要的栖息、附着和繁殖的场所。相关文献表明，植物根际的微生物数量比非根际微生物数量多得多，而微生物能起到重要的降解水中污染物的作用。

最后，植物还能够为水体输送氧气，增加水体的活性。

由此可见，湿地植物在控制水质污染，降解有害物质上也起到了重要的作用。

3. 微生物的消解作用

湿地系统中的微生物是降解水体中污染物的主力军。好氧微生物通过呼吸作用，将废水中的大部分有机物分解成为二氧化碳和水，厌氧细菌将有机物质分解成二氧化碳和甲烷，硝化细菌将铵盐硝化，反硝化细菌将硝态氮还原成氮气，等等。通过这一系列的作用，污水中的主要有机污染物都能得到降解同化，成为微生物细胞的一部分，其余的变成对环境无害的无机物质回归到自然界中。

此外，湿地生态系统中还存在某些原生动物及后生动物，甚至一些湿地昆虫和鸟类也能参与吞食湿地系统中沉积的有机颗粒，然后进行同化作用，将有机颗粒作为营养物质吸收，从而在某种程度上去除污水中的颗粒物。