臭氧協(xié)同雙氧水技術降解垃圾滲濾液的研究

       高效、方便和經(jīng)濟的膜深度處理技術,在廢水的處理和回用中承擔著不可或缺的角色.其中,因反滲透或納濾技術幾乎能去除水中的全部溶解性物質而備受關注.近年來,生物法聯(lián)合膜技術廣泛用于垃圾滲濾液的處理,但不可避免地產(chǎn)生了約為進水量10%~30%的濃縮液.由于滲濾液濃縮液成分復雜,如含有大量腐殖質絡合體、芳香族化合物、鹵代烴、重金屬、無機鹽等,該類廢水處理難度較大,如若不妥善處置勢必會給周圍環(huán)境帶來極大的危害,而其中難降解有機物的去除是滲濾液濃縮液處理的關鍵.

       目前,常用的滲濾液濃縮液處理方法有回灌法、蒸發(fā)固化法、混凝法以及高級氧化法等.由于回灌成本低,在填埋場運行過程中應用較多.雖回灌可加速填埋垃圾體的穩(wěn)定,但其內(nèi)部環(huán)境不利于難降解有機物和鹽分的去除,導致回灌后滲濾液中有機污染物的累積.蒸發(fā)固化法可兼顧滲濾液濃縮液中多種污染物的去除,但存在二次濃縮液累積的問題.混凝法處理滲濾液濃縮液效果好且較經(jīng)濟,但會產(chǎn)生大量的有機-無機復合型污泥.高級氧化法因其高效、操作簡易,在廢水處理領域有著不可替代的位置,其中臭氧協(xié)同技術對難降解有機廢水的處理有著廣闊的應用前景.在小試方面的研究,包括利用臭氧/雙氧水體系改善滲濾液濃縮液的可生化性,為后續(xù)的生物法處理提供可能;并比較了單級和兩級串聯(lián)臭氧-生物活性碳技術深度處理垃圾滲濾液的效果;以及利用臭氧法分別對反滲透和納濾兩種膜濾的濃縮液處理效果進行比較研究.在工程應用方面,成都市某衛(wèi)生處置場利用臭氧組合技術處理滲濾液濃縮液,其出水能完全達到《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB 16889-2008)[7]的要求.臭氧技術在垃圾滲濾液處理領域的小試研究和工程應用較多,但對其中有機污染物的降解規(guī)律和光譜解析卻鮮有報道.

       鑒于此,筆者比較了單獨臭氧和臭氧/雙氧水技術處理滲濾液濃縮液的異同,考察了雙氧水投量對臭氧利用率的影響,探討了有機物COD、UV254和色度CN三者去除率的關系,通過體系氧化還原電位(ORP)、有機物降解速率、pH 值、總堿度、可生化性和分子量分布變化研究了有機物的氧化特性及雙氧水在臭氧化體系的增效機制;在此基礎上,通過紫外-可見光譜、傅立葉紅外光譜以及三維熒光光譜矩陣PARAFAC 模型解析了滲濾液濃縮液中DOM 在臭氧及協(xié)同體系的分子變化,以期為臭氧/雙氧水技術的推廣和應用提供依據(jù).

結論

1. 滲濾液濃縮液在臭氧中進行反應時,隨著時間的延長,單獨臭氧與協(xié)同體系的臭氧利用均為下降的趨勢,雙氧水能通過強化產(chǎn)生羥基自由基提升臭氧利用率;各組隨著反應時間的延長,其出水COD、UV254和CN 去除率先升高后趨于平緩,由于臭氧與雙氧水存在協(xié)同機制,添加一定濃度的雙氧水試劑能顯著提升三項污染物的去除率.

2.  在反應時間由0min延長至30min時,4mL/LH2O2 實驗組總堿度由1982.69mg/L 提升至3902.58mg/L,出水BOD5/COD 值提升至0.43,進水中溶解性有機物分子量M>100kDa、50~100kDa、10~50kDa 和3~10kDa 在臭氧的作用下所占的百分比例也有明顯降低,而1~3kDa 和1<kDa 所占的比例卻大幅升高.而在投加4mL/L的H2O2 后,這進一步使得大分子有機物降低而小分子有機物的比例增加.

3.  臭氧使得廢水中DOM 逐漸降解,且腐殖質中官能團如Ar-O 和O-H 等結構減弱或完全消失,說明臭氧與腐殖質反應較為劇烈.芳香性構化程度、分子量和縮合度均逐漸降低,而添加一定濃度雙氧水后,會提高臭氧對苯環(huán)類化合物的降解效果.滲濾液濃縮液中C1(Ex/Em/nm,263/422)為富里酸,組分C2[(245)323/392]源于芘及其烷基衍生物,組分C3[(248、312)359/466]為長波類腐殖質,其中C1和C3組分能較快的被臭氧降解,而C2組分的去除效果較C1和C3組分較差.

摘自：中國環(huán)境科學 2017,37(6)：2160~2172

作者：陳煒鳴,張愛平,李 民,蔣國斌,李啟彬

 (1.西南交通大學地球科學與環(huán)境工程學院,四川 成都611756；2.四川省高校特種廢水處理重點實驗室,四川師范大學化學與材料科學學院,四川 成都 610068)