臭氧协同双氧水技术降解垃圾渗滤液的研究

       高效、方便和经济的膜深度处理技术,在废水的处理和回用中承担着不可或缺的角色.其中,因反渗透或纳滤技术几乎能去除水中的全部溶解性物质而备受关注.近年来,生物法联合膜技术广泛用于垃圾渗滤液的处理,但不可避免地产生了约为进水量10%~30%的浓缩液.由于渗滤液浓缩液成分复杂,如含有大量腐殖质络合体、芳香族化合物、卤代烃、重金属、无机盐等,该类废水处理难度较大,如若不妥善处置势必会给周围环境带来极大的危害,而其中难降解有机物的去除是渗滤液浓缩液处理的关键.

       目前,常用的渗滤液浓缩液处理方法有回灌法、蒸发固化法、混凝法以及高级氧化法等.由于回灌成本低,在填埋场运行过程中应用较多.虽回灌可加速填埋垃圾体的稳定,但其内部环境不利于难降解有机物和盐分的去除,导致回灌后渗滤液中有机污染物的累积.蒸发固化法可兼顾渗滤液浓缩液中多种污染物的去除,但存在二次浓缩液累积的问题.混凝法处理渗滤液浓缩液效果好且较经济,但会产生大量的有机-无机复合型污泥.高级氧化法因其高效、操作简易,在废水处理领域有着不可替代的位置,其中臭氧协同技术对难降解有机废水的处理有着广阔的应用前景.在小试方面的研究,包括利用臭氧/双氧水体系改善渗滤液浓缩液的可生化性,为后续的生物法处理提供可能;并比较了单级和两级串联臭氧-生物活性碳技术深度处理垃圾渗滤液的效果;以及利用臭氧法分别对反渗透和纳滤两种膜滤的浓缩液处理效果进行比较研究.在工程应用方面,成都市某卫生处置场利用臭氧组合技术处理渗滤液浓缩液,其出水能完全达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008)[7]的要求.臭氧技术在垃圾渗滤液处理领域的小试研究和工程应用较多,但对其中有机污染物的降解规律和光谱解析却鲜有报道.

       鉴于此,笔者比较了单独臭氧和臭氧/双氧水技术处理渗滤液浓缩液的异同,考察了双氧水投量对臭氧利用率的影响,探讨了有机物COD、UV254和色度CN三者去除率的关系,通过体系氧化还原电位(ORP)、有机物降解速率、pH 值、总碱度、可生化性和分子量分布变化研究了有机物的氧化特性及双氧水在臭氧化体系的增效机制;在此基础上,通过紫外-可见光谱、傅立叶红外光谱以及三维荧光光谱矩阵PARAFAC 模型解析了渗滤液浓缩液中DOM 在臭氧及协同体系的分子变化,以期为臭氧/双氧水技术的推广和应用提供依据.

结论

1. 渗滤液浓缩液在臭氧中进行反应时,随着时间的延长,单独臭氧与协同体系的臭氧利用均为下降的趋势,双氧水能通过强化产生羟基自由基提升臭氧利用率;各组随着反应时间的延长,其出水COD、UV254和CN 去除率先升高后趋于平缓,由于臭氧与双氧水存在协同机制,添加一定浓度的双氧水试剂能显著提升三项污染物的去除率.

2.  在反应时间由0min延长至30min时,4mL/LH2O2 实验组总碱度由1982.69mg/L 提升至3902.58mg/L,出水BOD5/COD 值提升至0.43,进水中溶解性有机物分子量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显降低,而1~3kDa 和1<kDa 所占的比例却大幅升高.而在投加4mL/L的H2O2 后,这进一步使得大分子有机物降低而小分子有机物的比例增加.

3.  臭氧使得废水中DOM 逐渐降解,且腐殖质中官能团如Ar-O 和O-H 等结构减弱或完全消失,说明臭氧与腐殖质反应较为剧烈.芳香性构化程度、分子量和缩合度均逐渐降低,而添加一定浓度双氧水后,会提高臭氧对苯环类化合物的降解效果.渗滤液浓缩液中C1(Ex/Em/nm,263/422)为富里酸,组分C2[(245)323/392]源于芘及其烷基衍生物,组分C3[(248、312)359/466]为长波类腐殖质,其中C1和C3组分能较快的被臭氧降解,而C2组分的去除效果较C1和C3组分较差.

摘自：中国环境科学 2017,37(6)：2160~2172

作者：陈炜鸣,张爱平,李 民,蒋国斌,李启彬

 (1.西南交通大学地球科学与环境工程学院,四川 成都611756；2.四川省高校特种废水处理重点实验室,四川师范大学化学与材料科学学院,四川 成都 610068)