UV/O3/Fenton氧化工艺处理垃圾渗滤液效果研究①

陈 俊， 周 炎， 吴 克,2， 金 杰,2

(1.合肥学院生物与环境工程系,安徽 合肥 230601; 2.污水净化与生态修复材料安徽省重点实验室，安徽 合肥 230601)

0 引 言

随着城市化建设进度的加快，大量的垃圾进入环境中。为了有效消除垃圾对环境产生的恶劣影响，采用卫生填埋、堆肥或焚烧等方式对垃圾进行处理，目前，卫生填埋法是我国处理生活垃圾的主要方法。但是在卫生填埋过程产生垃圾渗滤液，垃圾渗滤液是在垃圾卫生填埋进程中垃圾本身水分及发酵所产生的水分，加上进入填埋场中的降水而形成的一种有机物浓度高、水质变化大、成分复杂的污水，因此如何无害化处理垃圾渗滤液便成为了当下垃圾处理过程中较大的难题，需要研发出新的技术进行应用[1]。研究以合肥市龙泉山生活垃圾填埋场的垃圾渗滤液为处理对象进行实验，采用高级氧化组合处理技术对垃圾渗滤液进行处理研究[2～3]，为垃圾渗滤液的处理工艺提供一条新的技术支撑。

1 材料与方法

1.1 实验仪器与试剂

实验仪器主要有：臭氧发生器(AZ-500MG-G)；紫外灯(TUV)；消解仪(XJ-Ⅲ)；可见分光光度计(V5000)；集热式恒温加热磁力搅拌器(DF-101S)；

主要试剂有：硫酸亚铁；过氧化氢；纳氏试剂；酒石酸钾钠；氯化铵；钼酸铵；重铬酸钾；硫酸铝钾；硫酸银；硫酸汞；硫酸；邻苯二甲酸氢钾。试剂均为分析纯。

1.2 反应装置

反应装置如图1所示，由磁力搅拌器，臭氧发生器，紫外灯等构成。恒温搅拌器进行温控和搅拌。根据不同的组合处理技术来投加Fenton试剂、臭氧或UV，开始反应后，分别在不同反应时间进行取样分析。

1.3 垃圾渗滤液水样及测定

研究采用的垃圾渗滤液原水样采自合肥市龙泉山生活垃圾填埋场，该填埋场主要负责合肥市的市区生活垃圾的填埋与处理。研究主要以CODcr和氨氮的浓度作为高级氧化组合处理技术对垃圾渗滤液处理效果的指标，其中，CODcr的测定方法按照《水质 化学需氧量的测定 快速消解分光光度法》(HJ/T 399-2007)的标准来测定，氨氮的测定是根据《水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法》(HJ 535-2009)的方法来测定。

2 结果与分析

2.1 O3-UV法对垃圾渗滤液的处理效果

采用臭氧和UV组合方式，不添加任何化学试剂，对垃圾渗滤液进行处理，在臭氧浓度为500 mg/h，UV为11 W，在恒温搅拌器中控制温度为25℃，取1000 mL的垃圾渗滤液进行反应，结果如图2所示。

图1 反应装置示意图

图2 O3-UV对垃圾渗滤液中CODcr和氨氮的降解效果

由图2可知：在O3-UV法对CODcr的处理，可以看出在反应时间为60 min时去除率达到最大值55.70%，然后逐渐趋于平稳。由图2可以看出，O3-UV法对氨氮的去除率相对较差，变化不大，在反应90 min时，氨氮去除率为24.33%。臭氧本身能够直接氧化垃圾渗滤液中的一些有机物，O3-UV法相比较于单独的臭氧氧化法，使得臭氧能够在紫外光的照射下生成强氧化剂即羟基自由基(·OH)。同时UV可以与臭氧发生协同作用，在UV光解、臭氧直接氧化以及·OH的共同作用下，使大部分的有机污染物质被降解，生成H2O和CO2[3～4]。其中，发挥主要氧化作用的是·OH。该工艺能够对垃圾渗滤液中CODCr和氨氮具有一定的去除效果，且不需要添加任何化学试剂，在垃圾渗滤液处理工艺中具有一定的优势。

2.2 O3-Fenton法对垃圾渗滤液的处理效果

采用臭氧和UV组合方式进行研究，在pH为4，臭氧浓度为500 mg/h，Fenton试剂按照c(H2O2)∶c(Fe2+)=4∶1的摩尔浓度配置时，结果如图3所示。

图3 O3-Fenton法对垃圾渗滤液中CODcr和氨氮的降解效果

图4 UV-Fenton法对垃圾渗滤液中CODcr和氨氮的降解效果

从图3中可知，O3-Fenton法对垃圾渗滤液中CODcr的去除率在反应30 min后开始趋于平衡，去除率增加的并不明显，并在90 min时达到最大的去除率为31.09 %。而O3-Fenton法对氨氮的去除率一直呈上升趋势，且在反应时间为120 min时达到最大去除率为60.58 %。传统的臭氧氧化法和Fenton法都对垃圾渗滤液中的CODcr及氨氮有去除效果，而将臭氧与Fenton试剂组合在一起，会促进·OH的产生速率[5～6]。而有机物中含有的碳碳双键等官能团会被·OH氧化破坏，从而被降解成CO2、H2O等物质，使渗滤液中的有机物等污染物被降解。

2.3 UV-Fenton法对垃圾渗滤液的处理效果

按照c(H2O2)∶c(Fe2+) = 4∶1的摩尔浓度比例配置Fenton试剂，调节水样pH值为4，控制温度为25℃，UV的功率为11 W，结果如图4所示。

由图4可知，UV-Fenton法对CODcr的去除效果在前30 min 内增加较快，而后随着时间的延长去除率增加的速率减慢，将在120 min时趋于峰值为58.29 %。而它对氨氮的最大去除率为32.87 %，在反应的20 min时就已经达到最大值，随着反应的进行，去除率的变化不大，基本趋于平衡。单独的Fenton反应体系中，在溶液呈酸性的条件下，Fe2+和H2O2会反应生成Fe3+和·OH[7]。随后Fe3+又与H2O2反应重新生成Fe2+，在Fe2+与Fe3+不停地转化中，·OH被不停地生产出来，使渗滤液中的有机物质被不断地消耗，而在紫外灯的照射下，这一过程被不断地加快，因此能加速促进渗滤液中有机物的去除。

3 结 论

研究的各种组合氧化工艺中，UV-Fenton法对垃圾渗滤液中CODcr的去除效果最好，在120 min时达到了58.29 %，而O3-Fenton法对氨氮的去除效果是这三种组合技术中最好的，其最大去除率在120 min时达到了60.58%。相比较于单独的Fenton法，Fenton试剂在UV或臭氧的作用下会产生更多的·OH，同时也更加快·OH的生成速率，使得水中的有机物在其强氧化性的作用下被快速降解，从而达到去除垃圾渗滤液中CODcr和氨氮的作用。同时由于UV或臭氧的加入，使得Fenton试剂的投加量得到减少，因此可以节约成本。O3-UV法对CODcr以及氨氮的去除效果虽然没有另外两种组合处理技术那样好，但O3-UV法的优势在于不用投加试剂，因此会更节约成本，同时在操作技术上也更简便，适用于处理有机污染物浓度低的垃圾渗滤液。