O3/H2O2協(xié)同催化氧化深度處理垃圾滲濾液研究

滕麗華+王趁義+王建平

【摘 要】由于水質(zhì)特性對O3/H2O2體系的氧化降解效果影響顯著，本文制備了活性炭負(fù)載鐵催化劑，考察了O3/催化劑體系對垃圾滲濾液的處理效果，重點(diǎn)分析了O3/H2O2體系在處理垃圾滲濾液中H2O2的作用。試驗(yàn)結(jié)果表明，在催化劑1.0g、水樣為50mL，室溫、pH為3、氧化劑O3通入時間50min（5g/h）條件下，加入0.3mL H2O可使垃圾滲濾液中COD去除率由79.8%提高到88.7%，這說明O3/H2O2體系對成分復(fù)雜、較難降解的垃圾滲濾液MBR出水有良好的降解效果。

【關(guān)鍵詞】垃圾滲濾液，氧化降解，O3/H2O2體系

0 前言

垃圾滲濾液是一種成分極其復(fù)雜的高濃度有機(jī)廢水，其處理一直是世界性的難題[1]。臭氧具備極強(qiáng)的脫色能力，已經(jīng)在實(shí)際工程中得到廣泛應(yīng)用。但是直接單獨(dú)使用臭氧氧化處理廢水存在臭氧利用率低和耗電量大等缺點(diǎn)，O3/H2O2高級氧化技術(shù)是將O3與H2O2組合，產(chǎn)生·OH，降解有機(jī)物，與單純的臭氧氧化相比，具有臭氧投加量少，處理效率高等優(yōu)點(diǎn)，目前國內(nèi)外對于O3/H2O2處理技術(shù)的研究范圍較廣，是一種較有前途的高級氧化技術(shù)，Stachelin和Glaze等先后通過實(shí)驗(yàn)證明了H2O2的共軛基可以誘發(fā)O3分解成·OH，而·OH可以極大地提高氧化有機(jī)物質(zhì)的反應(yīng)速度。

本文采用浸漬法制備了活性炭負(fù)載鐵催化劑，考察了O3/H2O2/催化劑體系對垃圾滲濾液MBR出水的處理效果，著重分析了氧化劑O3與H2O2之間的協(xié)同氧化效應(yīng)。為垃圾滲濾液的深度處理提供方法參考，同時為高級氧化技術(shù)在污水處理方面的工藝選擇提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 水樣來源

本文實(shí)驗(yàn)廢水來自當(dāng)?shù)厣罾l(wèi)生填埋場產(chǎn)生的經(jīng)MBR工藝處理后的垃圾滲濾液，經(jīng)測定該廢水COD平均值為1696mg＼L，pH值為8。

1.2 主要儀器與試劑

GY-5臭氧發(fā)生器；過氧化氫溶液（30%）、三水合硝酸銅、硫酸（98%）、重鉻酸鉀、氫氧化鈉等均為分析純，市售顆粒狀活性炭。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 催化劑制備方法

催化劑載體活性炭預(yù)處理：首先將活性炭置于10%的HNO3溶液中，浸漬24h后抽濾并用蒸餾水洗滌至中性，然后110℃干燥過夜，最后600℃焙燒3h得到活化后的載體活性炭。

活性炭負(fù)載鐵催化劑制備：稱取一定量預(yù)處理后的活性炭顆粒并浸漬于一定濃度的Fe（NO3）2·3H2O溶液中過夜，抽濾后110℃干燥過夜，最后馬弗爐中600℃焙燒3h，得到一定負(fù)載量的活性炭負(fù)載鐵催化劑，記為Fe/AC。

1.3.2 O3/H2O2協(xié)同氧化研究

在50mL水樣中分別進(jìn)行氧化劑為H2O2、O3和H2O2/O3的氧化實(shí)驗(yàn)。反應(yīng)一定時間后取上層清液測定COD值，結(jié)合原水樣COD計算出不同條件下的COD去除率。每個試驗(yàn)點(diǎn)平行操作三次，取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 氧化劑O3投加量對催化氧化效果的影響

在室溫、水樣50mL、催化劑0.5g條件下，改變O3（5g/h）通入時間，得到COD去除率隨氧化劑O3加入量不同的變化曲線，如圖1所示：

由圖1可以看出隨著O3的通入時間延長，COD去除率逐漸增大，到50min時達(dá)到了最佳，其COD去除率達(dá)到69.5%，繼續(xù)通入O3，COD去除率呈現(xiàn)緩慢下降趨勢，該現(xiàn)象的原因是：O3向液相的傳質(zhì)為液膜控制過程，隨著進(jìn)氣量的增大，液相傳質(zhì)系數(shù)增加單位時間內(nèi)單位體積的溶液中O3傳入量也增加，而傳質(zhì)與反應(yīng)對O3氧化均有影響，使得COD的去除率隨著O3氣體流量的增加在一定程度上有所增加，但由于水中有機(jī)物含量是一定的，當(dāng)通入一定量的O3后，易氧化的有機(jī)物已充分反應(yīng)，O3在水中的溶解度已達(dá)到飽和，繼續(xù)加大O3流量，反而會降低O3的利用率，因此，繼續(xù)加大O3量對COD去除率影響不大。

2.2 Fe /AC催化劑投加量對臭氧氧化效果影響

在室溫、水樣50mL、氧化劑O3通入量50min（5g/h）條件下，改變催化劑投加量，得到COD去除率隨催化劑投加量變化曲線，如圖2所示：

由圖2可知，隨著催化劑投加量的增多，COD去除率明顯升高，當(dāng)催化劑加入量為1.0g時，COD去除率達(dá)到最大75.5%，繼續(xù)增加催化劑用量，COD去除率反而下降。根據(jù)催化機(jī)理催化劑濃度增加會加速過氧化氫分解，自由基產(chǎn)生量增大，從而加速污染物的降解，但同時也導(dǎo)致降解產(chǎn)物易于吸附到催化劑活性中心上，從而降低了催化劑的催化活性。單獨(dú)臭氧氧化處理50min后，COD去除率為54.7%，在最佳催化劑加入量條件下，催化劑的加入使COD去除率提高了21個百分點(diǎn)，這說明催化劑的加入大大促進(jìn)了臭氧對污水的降解。

2.3 體系pH對催化氧化效果影響

在室溫、水樣50mL、催化劑1.0、通入氧化劑O3量50min（5g/h）條件下，改變體系pH值，得出COD去除率隨pH變化曲線，如圖3所示：

由圖3可知，pH對系統(tǒng)的處理效果影響較大，當(dāng)pH值由2升至3時，COD去除率迅速上升，在pH為3時，COD去除率達(dá)到最高值79.8%；此時臭氧主要以直接氧化為主，選擇性比較高，主要進(jìn)攻廢水中的某些有機(jī)物，使之徹底氧化成CO2和H22O；而當(dāng)pH值由3增加到8時，由于水中氧的活性大大降低，而羥基自由基又少，廢水的COD去除率急劇下降[2]；因此pH為3最為適宜。

3 結(jié)論

1）采用浸漬法制備了Fe/AC催化劑，在催化劑1.0g、水樣為50mL，室溫、pH為3、氧化劑O3通入時間50min（5g/h）條件下，垃圾滲濾液中COD去除率達(dá)到79.8%；

2）H2O2的存在可以促進(jìn)O3對污染物的降解效果，H2O2的加入量對降解效果影響顯著，對于本文研究的氧化降解體系，當(dāng)H2O2加入量為0.3mL即H2O2與O3的摩爾比為0.03時，COD的去除率達(dá)到88.7%，比單獨(dú)O3氧化最佳條件下提高了近十個百分點(diǎn)。

3）由于水質(zhì)特性影響O3/H2O2體系的氧化降解效果，本文研究表明，對于成分復(fù)雜、含大量難降解有機(jī)污染物的垃圾滲濾液，在適宜條件下O3/H2O2體系可以實(shí)現(xiàn)對其有效降解，且H2O2的協(xié)同作用顯著。本文研究為今后H2O2/O3催化氧化體系在處理垃圾滲濾液MBR出水方面的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]蔣寶軍，趙玉鑫，陳玉婷.垃圾滲濾液臭氧氧化的銅鎳負(fù)載型催化劑篩選[J].環(huán)境污染與防治，2015，37（8）：1-6，11

[2]陳志偉，汪曉軍，許金花.臭氧催化氧化——曝氣生物濾池工藝深度處理食品添加劑廢水[J].凈水技術(shù)，2008，27（5）：40-43.

[3]黃報遠(yuǎn)，金臘華，盧顯妍，等.H2O2協(xié)同O3預(yù)處理垃圾填埋場后期滲濾液的研究[J].環(huán)境工程學(xué)報，2008，2（6）：771-775.

[責(zé)任編輯：王偉平]