陳 俊， 周 炎， 吳 克,2， 金 杰,2

(1.合肥學(xué)院生物與環(huán)境工程系,安徽 合肥 230601; 2.污水凈化與生態(tài)修復(fù)材料安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230601)

0 引 言

隨著城市化建設(shè)進(jìn)度的加快，大量的垃圾進(jìn)入環(huán)境中。為了有效消除垃圾對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的惡劣影響，采用衛(wèi)生填埋、堆肥或焚燒等方式對(duì)垃圾進(jìn)行處理，目前，衛(wèi)生填埋法是我國(guó)處理生活垃圾的主要方法。但是在衛(wèi)生填埋過(guò)程產(chǎn)生垃圾滲濾液，垃圾滲濾液是在垃圾衛(wèi)生填埋進(jìn)程中垃圾本身水分及發(fā)酵所產(chǎn)生的水分，加上進(jìn)入填埋場(chǎng)中的降水而形成的一種有機(jī)物濃度高、水質(zhì)變化大、成分復(fù)雜的污水，因此如何無(wú)害化處理垃圾滲濾液便成為了當(dāng)下垃圾處理過(guò)程中較大的難題，需要研發(fā)出新的技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用[1]。研究以合肥市龍泉山生活垃圾填埋場(chǎng)的垃圾滲濾液為處理對(duì)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，采用高級(jí)氧化組合處理技術(shù)對(duì)垃圾滲濾液進(jìn)行處理研究[2～3]，為垃圾滲濾液的處理工藝提供一條新的技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

實(shí)驗(yàn)儀器主要有：臭氧發(fā)生器(AZ-500MG-G)；紫外燈(TUV)；消解儀(XJ-Ⅲ)；可見(jiàn)分光光度計(jì)(V5000)；集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(DF-101S)；

主要試劑有：硫酸亞鐵；過(guò)氧化氫；納氏試劑；酒石酸鉀鈉；氯化銨；鉬酸銨；重鉻酸鉀；硫酸鋁鉀；硫酸銀；硫酸汞；硫酸；鄰苯二甲酸氫鉀。試劑均為分析純。

1.2 反應(yīng)裝置

反應(yīng)裝置如圖1所示，由磁力攪拌器，臭氧發(fā)生器，紫外燈等構(gòu)成。恒溫?cái)嚢杵鬟M(jìn)行溫控和攪拌。根據(jù)不同的組合處理技術(shù)來(lái)投加Fenton試劑、臭氧或UV，開(kāi)始反應(yīng)后，分別在不同反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行取樣分析。

1.3 垃圾滲濾液水樣及測(cè)定

研究采用的垃圾滲濾液原水樣采自合肥市龍泉山生活垃圾填埋場(chǎng)，該填埋場(chǎng)主要負(fù)責(zé)合肥市的市區(qū)生活垃圾的填埋與處理。研究主要以CODcr和氨氮的濃度作為高級(jí)氧化組合處理技術(shù)對(duì)垃圾滲濾液處理效果的指標(biāo)，其中，CODcr的測(cè)定方法按照《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測(cè)定 快速消解分光光度法》(HJ/T 399-2007)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)測(cè)定，氨氮的測(cè)定是根據(jù)《水質(zhì) 氨氮的測(cè)定 納氏試劑分光光度法》(HJ 535-2009)的方法來(lái)測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 O3-UV法對(duì)垃圾滲濾液的處理效果

采用臭氧和UV組合方式，不添加任何化學(xué)試劑，對(duì)垃圾滲濾液進(jìn)行處理，在臭氧濃度為500 mg/h，UV為11 W，在恒溫?cái)嚢杵髦锌刂茰囟葹?5℃，取1000 mL的垃圾滲濾液進(jìn)行反應(yīng)，結(jié)果如圖2所示。

圖1 反應(yīng)裝置示意圖

圖2 O3-UV對(duì)垃圾滲濾液中CODcr和氨氮的降解效果

由圖2可知：在O3-UV法對(duì)CODcr的處理，可以看出在反應(yīng)時(shí)間為60 min時(shí)去除率達(dá)到最大值55.70%，然后逐漸趨于平穩(wěn)。由圖2可以看出，O3-UV法對(duì)氨氮的去除率相對(duì)較差，變化不大，在反應(yīng)90 min時(shí)，氨氮去除率為24.33%。臭氧本身能夠直接氧化垃圾滲濾液中的一些有機(jī)物，O3-UV法相比較于單獨(dú)的臭氧氧化法，使得臭氧能夠在紫外光的照射下生成強(qiáng)氧化劑即羥基自由基(·OH)。同時(shí)UV可以與臭氧發(fā)生協(xié)同作用，在UV光解、臭氧直接氧化以及·OH的共同作用下，使大部分的有機(jī)污染物質(zhì)被降解，生成H2O和CO2[3～4]。其中，發(fā)揮主要氧化作用的是·OH。該工藝能夠?qū)鴿B濾液中CODCr和氨氮具有一定的去除效果，且不需要添加任何化學(xué)試劑，在垃圾滲濾液處理工藝中具有一定的優(yōu)勢(shì)。

2.2 O3-Fenton法對(duì)垃圾滲濾液的處理效果

采用臭氧和UV組合方式進(jìn)行研究，在pH為4，臭氧濃度為500 mg/h，F(xiàn)enton試劑按照c(H2O2)∶c(Fe2+)=4∶1的摩爾濃度配置時(shí)，結(jié)果如圖3所示。

圖3 O3-Fenton法對(duì)垃圾滲濾液中CODcr和氨氮的降解效果

圖4 UV-Fenton法對(duì)垃圾滲濾液中CODcr和氨氮的降解效果

從圖3中可知，O3-Fenton法對(duì)垃圾滲濾液中CODcr的去除率在反應(yīng)30 min后開(kāi)始趨于平衡，去除率增加的并不明顯，并在90 min時(shí)達(dá)到最大的去除率為31.09 %。而O3-Fenton法對(duì)氨氮的去除率一直呈上升趨勢(shì)，且在反應(yīng)時(shí)間為120 min時(shí)達(dá)到最大去除率為60.58 %。傳統(tǒng)的臭氧氧化法和Fenton法都對(duì)垃圾滲濾液中的CODcr及氨氮有去除效果，而將臭氧與Fenton試劑組合在一起，會(huì)促進(jìn)·OH的產(chǎn)生速率[5～6]。而有機(jī)物中含有的碳碳雙鍵等官能團(tuán)會(huì)被·OH氧化破壞，從而被降解成CO2、H2O等物質(zhì)，使?jié)B濾液中的有機(jī)物等污染物被降解。

2.3 UV-Fenton法對(duì)垃圾滲濾液的處理效果

按照c(H2O2)∶c(Fe2+) = 4∶1的摩爾濃度比例配置Fenton試劑，調(diào)節(jié)水樣pH值為4，控制溫度為25℃，UV的功率為11 W，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，UV-Fenton法對(duì)CODcr的去除效果在前30 min 內(nèi)增加較快，而后隨著時(shí)間的延長(zhǎng)去除率增加的速率減慢，將在120 min時(shí)趨于峰值為58.29 %。而它對(duì)氨氮的最大去除率為32.87 %，在反應(yīng)的20 min時(shí)就已經(jīng)達(dá)到最大值，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，去除率的變化不大，基本趨于平衡。單獨(dú)的Fenton反應(yīng)體系中，在溶液呈酸性的條件下，F(xiàn)e2+和H2O2會(huì)反應(yīng)生成Fe3+和·OH[7]。隨后Fe3+又與H2O2反應(yīng)重新生成Fe2+，在Fe2+與Fe3+不停地轉(zhuǎn)化中，·OH被不停地生產(chǎn)出來(lái)，使?jié)B濾液中的有機(jī)物質(zhì)被不斷地消耗，而在紫外燈的照射下，這一過(guò)程被不斷地加快，因此能加速促進(jìn)滲濾液中有機(jī)物的去除。

3 結(jié) 論

研究的各種組合氧化工藝中，UV-Fenton法對(duì)垃圾滲濾液中CODcr的去除效果最好，在120 min時(shí)達(dá)到了58.29 %，而O3-Fenton法對(duì)氨氮的去除效果是這三種組合技術(shù)中最好的，其最大去除率在120 min時(shí)達(dá)到了60.58%。相比較于單獨(dú)的Fenton法，F(xiàn)enton試劑在UV或臭氧的作用下會(huì)產(chǎn)生更多的·OH，同時(shí)也更加快·OH的生成速率，使得水中的有機(jī)物在其強(qiáng)氧化性的作用下被快速降解，從而達(dá)到去除垃圾滲濾液中CODcr和氨氮的作用。同時(shí)由于UV或臭氧的加入，使得Fenton試劑的投加量得到減少，因此可以節(jié)約成本。O3-UV法對(duì)CODcr以及氨氮的去除效果雖然沒(méi)有另外兩種組合處理技術(shù)那樣好，但O3-UV法的優(yōu)勢(shì)在于不用投加試劑，因此會(huì)更節(jié)約成本，同時(shí)在操作技術(shù)上也更簡(jiǎn)便，適用于處理有機(jī)污染物濃度低的垃圾滲濾液。