垃圾滲濾液CWO法處理中懸浮物濃度的變化研究*

林婉柔，蔡妙玲，蔡武健，蔡湘楠

（韓山師范學(xué)院，廣東潮州521041）

垃圾滲濾液CWO法處理中懸浮物濃度的變化研究*

林婉柔，蔡妙玲，蔡武健，蔡湘楠

（韓山師范學(xué)院，廣東潮州521041）

用不同催化劑對(duì)催化濕式氧化法在降解垃圾滲濾液作用方面的探索，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定懸浮物去除率的變化，篩選出高效催化劑，比較不同反應(yīng)條件對(duì)懸浮物去除率的影響，優(yōu)化操作條件，使其在催化濕式氧化處理垃圾滲濾液有較高的突破。最終確定最佳工藝條件為：催化劑用量0.372 g，金屬離子質(zhì)量濃度300 mg/L，反應(yīng)溫度為180℃，氧分壓為3.5 MPa，進(jìn)水pH值為8.10，攪拌速度為500 r/min。

垃圾滲濾液；催化濕式氧化法；懸浮物；濃度

垃圾滲濾液是一種典型的高濃度、難降解、具有生物毒性的廢水，未經(jīng)處理直接排入水體將對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重危害。滲濾液中污染物的成分很復(fù)雜，含50多種有機(jī)物，主要為芳烴類、烷烴類、烯烴類、酸類、脂類、醇類、酮醛類等有機(jī)化合物[1]。催化濕式空氣氧化（Catalytic Wet Air Oxidation，簡(jiǎn)稱CWAO）工藝處理垃圾滲濾液克服了傳統(tǒng)濕式氧化的缺點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究CWAO處理多種高濃度有機(jī)廢水并取得了豐碩的研究成果，其處理效果主要受催化劑特性、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、原液濃度、氧分壓等因素的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑與水樣

實(shí)驗(yàn)試劑：垃圾滲濾液、催化劑（硝酸鹽系列）、試劑均為分析純。

實(shí)驗(yàn)水樣：待處理的垃圾滲透液原水樣取至饒平縣垃圾填埋廠，其容易污染周邊環(huán)境及填埋場(chǎng)場(chǎng)底土層，其主要來(lái)源于降水和垃圾本身內(nèi)含有的水分[3]。垃圾滲濾液原水樣最大吸收波長(zhǎng)325 nm，吸光度A=100×0.561=56.1，COD=16 611 mg/L，濁度的單位均為NTU。如表1所示。

表1 垃圾滲濾液原水樣的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)Table 1 Various parameters of the original samples from landfill leachate

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

本實(shí)驗(yàn)的主體設(shè)備為威海化工器械有限公司生產(chǎn)的0.5 LGS型高壓反應(yīng)釜，催化濕式氧化試驗(yàn)是在高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行的。

1.3 分析方法

水中懸浮物含量是衡量水污染程度的指標(biāo)之一。懸浮物是造成水渾濁的主要原因。水體中的有機(jī)懸浮物沉積后易厭氧發(fā)酵，使水質(zhì)惡化。計(jì)算公式：

懸浮物的濃度S：

式中：S—懸浮物的濃度，mg/L；

B—燒杯質(zhì)量+懸浮物的質(zhì)量，g；

A—燒杯質(zhì)量，g；

V—取樣體積，一般取樣5 mL；

S0—24 000 mg/L。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 單組分催化劑的篩選

實(shí)驗(yàn)中催化劑按金屬離子總量50 mg/L設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)速均為500 r/min。取垃圾滲濾液250 mL在無(wú)CAT，180℃，2.5 MPa條件下進(jìn)行，分別采用七水硫酸亞鐵、硝酸鎳、硝酸鋯、硝酸鋅、硝酸鈷、硝酸鉍、50%硝酸錳、硫酸銅、硝酸銅、硝酸鐵為催化劑。保持其他反應(yīng)條件不變，比較不同催化劑的處理效果，最終加大金屬離子的總量為300 mg/L，且提高壓力至3.5 MPa。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 不同催化劑處理中懸浮物濃度變化Table 2 Suspendedmatter concentration changes during treatment process with different catalysts

由表2可知：不論何種催化劑，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，懸浮物濃度逐漸減少，去除率效果越好。投加不同催化劑反應(yīng)后垃圾滲濾液中的懸浮物去除率如圖1所示。

圖1 不同催化劑的懸浮物去除率- 時(shí)間的關(guān)系Fig.1 Relation of suspendedmatter removal rate with time of during treatment process with different catalysts

結(jié)果由圖1可見：懸浮物去除率隨反應(yīng)時(shí)間增加而普遍提高，其中在反應(yīng)時(shí)間40 min后，催化效果好的是硝酸鈷、硝酸鐵。

2.2 催化劑復(fù)合配方的研制

圖2 不同催化劑復(fù)合配方的懸浮物去除率- 時(shí)間的關(guān)系Fig.2 Relation of suspendedmatter removal rate with time during treatment process with different complex catalysts

根據(jù)篩選出的單組份催化劑-硝酸鈷和硝酸鐵，研制催化劑復(fù)合配方，m（Fe）/m（Co）=3︰1，m（Fe）/m（Co）=1︰3，m（Fe）/m（Co）=2︰2，參比：純硝酸鐵。催化劑復(fù)合配方在垃圾滲濾液中的懸浮物去除率如圖2所示，結(jié)果表明催化劑復(fù)合配方的效果沒有單組份的好。

2.3 操作條件的優(yōu)化

2.3.1 催化劑用量的影響

催化劑的制作方法和用量直接關(guān)系到能否運(yùn)用到實(shí)際中的關(guān)鍵。更是處理效果的主要影響因素。實(shí)驗(yàn)在溫度為180℃，氧分壓3.5 MPa，進(jìn)水pH為原水值8.10條件下，催化劑硝酸鈷用量分別為0.124，0.248，0.372，0.620 g，既金屬離子質(zhì)量濃度分別為100，200，300，500 mg/L條件下進(jìn)行。結(jié)果如圖3所示，水樣懸浮物去除率隨催化劑用量的增加而提高，因此選定催化劑用量0.62 g為最佳。

圖3 同催化劑不同用量下的懸浮物去除率—時(shí)間關(guān)系Fig.3 Relation of suspendedmatter removal with time under different dosage of the catalysts

比較不同催化劑用量對(duì)催化效果的影響，結(jié)果選擇硝酸鈷在300 mg/L的金屬離子，180℃，3.5 M Pa的條件下，催化劑效果最佳。

2.3.2 反應(yīng)溫度的影響

圖4 不同反應(yīng)溫度下的懸浮物去除率- 時(shí)間關(guān)系Fig.4 Relation of suspendedmatter removal rate with time underdifferent reaction temperatures

溫度是CWAO反應(yīng)中非常重要的因素。實(shí)驗(yàn)在氧分壓2.5 MPa，進(jìn)水pH為原水值8.10條件下，反應(yīng)溫度分別以160，180，200℃進(jìn)行，結(jié)果如圖4所示，隨著溫度的提高，水樣脫色率有著明顯提高，這是因?yàn)榉磻?yīng)速率常數(shù)隨著溫度的提高而增大，然而在催化濕式氧化反應(yīng)中，氧化速率隨反應(yīng)溫度單調(diào)遞增，當(dāng)溫度越高時(shí)，反應(yīng)的壓力也就越高，進(jìn)水和進(jìn)氣的動(dòng)力耗能也就越大，并且由此產(chǎn)生的高壓對(duì)反應(yīng)器的耐溫、耐壓性能要求越高。因此選定實(shí)驗(yàn)的最佳反應(yīng)溫度為180℃，在此溫度下，水樣懸浮物去除率在90 min時(shí)達(dá)到24.6%，比相同條件下未使用催化劑增加了12%。

2.3.3 氧分壓的影響

氧分壓提供了反應(yīng)所需的氧氣，并推動(dòng)氧氣向液相的傳質(zhì)。實(shí)驗(yàn)在反應(yīng)溫度180℃，進(jìn)水pH為原水值8.10，催化劑用量0.372 g的條件下，氧分壓分別以2.5和3.5 MPa進(jìn)行，結(jié)果如圖5所示，隨著氧分壓的提高，水樣懸浮物去除率也在提高，當(dāng)氧分壓從2.5 MPa升到3.5 MPa時(shí)，懸浮物去除率明顯升高。因此只要保證系統(tǒng)中有足夠的氧氣即可，最后確定最佳氧分壓為3.5 MPa。

圖5 不同氧分壓下的懸浮物去除率—時(shí)間關(guān)系Fig.5 Relation of the suspendedmatter removal rate with time underdifferent oxygen pressure

2.3.4 入水pH的影響

pH值直接影響著廢水中物質(zhì)的存在形態(tài)從而影響反應(yīng)的效果。實(shí)驗(yàn)在反應(yīng)溫度180℃，氧分壓3.5 MPa，催化劑用量0.372 g條件下，用一系列濃度的HNO3和NaOH溶液調(diào)節(jié)進(jìn)水的pH值分別以11.02，8.10，6.85，4.55，2.5進(jìn)行，結(jié)果如圖6所示，水樣懸浮物去除率隨進(jìn)水pH值的降低而提高，當(dāng)進(jìn)水的pH值為2.5和4.55時(shí)，水樣的懸浮物去除率一直都較高，但考慮到酸的腐蝕性，最后確定最佳進(jìn)水pH值為原入水8.10。

圖6 不同入水pH 的懸浮物去除率- 時(shí)間關(guān)系Fig.6 Relation of suspendedmatter removal rate with time underdifferent pHof inlet water

3 結(jié)論

（1）隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，懸浮物去除率均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其中催化劑用量和氧分壓的影響更加明顯。最好的單組份催化劑是硝酸鈷。

（2）確定最佳工藝條件為：催化劑硝酸鈷0.372 g，金屬離子濃度300 mg/L，反應(yīng)溫度為180℃，氧分壓為3.5 MPa，進(jìn)水pH值為原水值8.10，此條件下水樣懸浮物去除率可達(dá)到24%。

致謝：本文在完成過程中，得到了韓山師范學(xué)院張永利副教授的幫助，特別表示感謝。

[1]孫英杰，徐迪民，張雋超.生活垃圾填埋場(chǎng)滲濾液中氨氮的脫除[J].給水排水，2002，28（7）：35-37.

[2]孫珮石，原田吉明，山畸健一.催化濕式氧化法處理高濃度有機(jī)廢水的動(dòng)力學(xué)模型[J].環(huán)境污染與防治，1999，20（3）：42-45.

[3]劉亮，李魚，劉光輝，等.氧化劑對(duì)CWAO降解垃圾滲濾液中有機(jī)物的影響[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（理學(xué)版），2005，43（4）：541-545.

Study on Change of Suspended Matter Concentration During Treatment of Landfill Leachate With CWO Method

LIN Wan-rou，CAIMiao-ling，CAIWu-jian，CAIXiang-nan
（Departmentof Chemistry，HanshanNormal University，Guangdong Chaozhou521041，China）

Treatment effect of different catalysts forlandfill leachate by catalytic wet oxidation degradation was studied.High-effective catalyst was screened out by measuring changes of suspended matter removal rate.Through comparing influence of reaction conditions on suspended mater removal rate，the best reaction conditions were gained as follows：catalyst dosage 0.372 g，metal ion concentration 300 mg/L，reaction temperature 180℃，oxygen partial pressure 3.5 MPa，pHvalue of water 8.10，stirspeed 500 r/min.

Landfill leachate；Catalytic wetoxidation；Suspendedmatter；Concentration

X 703

A

1671-0460（2010）04-0378-03

廣東省潮州市科技局項(xiàng)目（No.2008S20）。

2010-04-28

林婉柔（1989-），女，研究方向?yàn)楣まr(nóng)業(yè)廢水和流域。