O3/H2O2協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，重點分析了O3/H2O2體系在處理垃圾滲濾液中H2O2的作用。試驗結果表明，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體系對成分復雜、較難降解的垃圾滲濾液MBR出水有良好的降解效果。

【關鍵詞】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雜的高濃度有機廢水，其處理一直是世界性的難題[1]。臭氧具備極強的脫色能力，已經在實際工程中得到廣泛應用。但是直接單獨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，O3/H2O2高級氧化技術是將O3與H2O2組合，產生·OH，降解有機物，與單純的臭氧氧化相比，具有臭氧投加量少，處理效率高等優點，目前國內外對于O3/H2O2處理技術的研究范圍較廣，是一種較有前途的高級氧化技術，Stachelin和Glaze等先后通過實驗證明了H2O2的共軛基可以誘發O3分解成·OH，而·OH可以極大地提高氧化有機物質的反應速度。

本文采用浸漬法制備了活性炭負載鐵催化劑，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之間的協同氧化效應。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在污水處理方面的工藝選擇提供依據。

1 實驗材料與方法

1.1 水樣來源

本文實驗廢水來自當地生活垃圾衛生填埋場產生的經MBR工藝處理后的垃圾滲濾液，經測定該廢水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 實驗方法

1.3.1 催化劑制備方法

催化劑載體活性炭預處理：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。

活性炭負載鐵催化劑制備：稱取一定量預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，得到一定負載量的活性炭負載鐵催化劑，記為Fe/AC。

1.3.2 O3/H2O2協同氧化研究

在50mL水樣中分別進行氧化劑為H2O2、O3和H2O2/O3的氧化實驗。反應一定時間后取上層清液測定COD值，結合原水樣COD計算出不同條件下的COD去除率。每個試驗點平行操作三次，取平均值。

2 結果與討論

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時達到了最佳，其COD去除率達到69.5%，繼續通入O3，COD去除率呈現緩慢下降趨勢，該現象的原因是：O3向液相的傳質為液膜控制過程，隨著進氣量的增大，液相傳質系數增加單位時間內單位體積的溶液中O3傳入量也增加，而傳質與反應對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，但由于水中有機物含量是一定的，當通入一定量的O3后，易氧化的有機物已充分反應，O3在水中的溶解度已達到飽和，繼續加大O3流量，反而會降低O3的利用率，因此，繼續加大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，當催化劑加入量為1.0g時，COD去除率達到最大75.5%，繼續增加催化劑用量，COD去除率反而下降。根據催化機理催化劑濃度增加會加速過氧化氫分解，自由基產生量增大，從而加速污染物的降解，但同時也導致降解產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，這說明催化劑的加入大大促進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對系統的處理效果影響較大，當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，主要進攻廢水中的某些有機物，使之徹底氧化成CO2和H22O；而當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去除率達到79.8%；

2）H2O2的存在可以促進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的去除率達到88.7%，比單獨O3氧化最佳條件下提高了近十個百分點。

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

【參考文獻】

[1]蔣寶軍，趙玉鑫，陳玉婷.垃圾滲濾液臭氧氧化的銅鎳負載型催化劑篩選[J].環境污染與防治，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，2008，27（5）：40-43.

[3]黃報遠，金臘華，盧顯妍，等.H2O2協同O3預處理垃圾填埋場后期滲濾液的研究[J].環境工程學報，2008，2（6）：771-775.

[責任編輯：王偉平]