O3H2O2組合工藝深度處理垃圾滲濾液的試驗(yàn)研究*

胡兆吉 胡義亮 陳建新 孫 洋 羅 曌

(1.南昌大學(xué)資源環(huán)境與化工學(xué)院，江西 南昌 330031； 2.鄱陽湖環(huán)境與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330031)

O3H2O2組合工藝深度處理垃圾滲濾液的試驗(yàn)研究*

胡兆吉1,2胡義亮1陳建新1,2孫 洋1羅 曌1

(1.南昌大學(xué)資源環(huán)境與化工學(xué)院，江西 南昌 330031； 2.鄱陽湖環(huán)境與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330031)

采用O3/H2O2組合工藝對垃圾滲濾液二級出水進(jìn)行深度處理，比較了單獨(dú)O3工藝、單獨(dú)H2O2工藝和O3/H2O2組合工藝的處理效果，研究了反應(yīng)時(shí)間、pH和H2O2投加量對O3/H2O2組合工藝處理效果的影響。結(jié)果表明，采用O3/H2O2組合工藝時(shí)，在反應(yīng)時(shí)間為30min、pH為8.0、H2O2投加量為1.0g/L的條件下，處理效果最佳，COD、UV254和色度去除率分別達(dá)到69.9%、74.5%、91.0%。經(jīng)O3/H2O2組合工藝處理后，垃圾滲濾液的可生化性也大幅度提高。

垃圾滲濾液 高級氧化O3/H2O2組合工藝 可生化性

垃圾衛(wèi)生填埋因具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢而仍然是目前城市生活垃圾處理中使用最廣泛的方法，但會(huì)產(chǎn)生大量垃圾滲濾液[1-4]。2008年，我國頒布并實(shí)施了《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16889—2008)，對垃圾滲濾液排放提出了更嚴(yán)格的要求。只經(jīng)過生物處理的垃圾滲濾液，可生化性極低，無法達(dá)到GB 16889—2008的排放標(biāo)準(zhǔn)[5],[6]104，因此需要對垃圾滲濾液進(jìn)行深度處理。

高級氧化工藝由于具有強(qiáng)氧化能力，不僅對垃圾滲濾液中難降解有機(jī)物具有高效降解能力，而且能大幅度提高垃圾滲濾液的可生化性[7-8]。O3/H2O2組合工藝，由于O3與H2O2相互作用能夠促進(jìn)具有強(qiáng)氧化性的·OH產(chǎn)生，從而可提高對垃圾滲濾液中大分子難降解有機(jī)物的氧化能力。該組合工藝具有處理效果好、反應(yīng)迅速、易于控制、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)。目前，關(guān)于O3/H2O2組合工藝深度處理垃圾滲濾液的研究較少，且所得結(jié)論并不完全一致[6]105,[9-10],[11]322。

本研究采用O3/H2O2組合工藝深度處理南昌某垃圾填埋場垃圾滲濾液二級生化出水，比較了單獨(dú)O3工藝、單獨(dú)H2O2工藝和O3/H2O2組合工藝的處理效果，研究了反應(yīng)時(shí)間、pH、H2O2投加量等因素對O3/H2O2組合工藝處理效果的影響，為進(jìn)一步優(yōu)化和完善O3/H2O2組合工藝用于垃圾滲濾液的深度處理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

圖1為O3/H2O2組合工藝深度處理垃圾滲濾液的試驗(yàn)裝置示意圖。其中，反應(yīng)器內(nèi)徑為50 mm，有效容積為750 mL。H2O2與原水在混合水箱混合后泵入反應(yīng)器，O3發(fā)生器產(chǎn)生的O3通過反應(yīng)器底部的微孔曝氣頭進(jìn)入反應(yīng)器與垃圾滲濾液反應(yīng)，試驗(yàn)溫度保持(25±1) ℃。

圖1 試驗(yàn)裝置Fig.1 Experiment set-up

1.2 試驗(yàn)用水

試驗(yàn)用垃圾滲濾液取自南昌某垃圾填埋場，并經(jīng)過二級生化處理，COD質(zhì)量濃度為800～1 000 mg/L，BOD5質(zhì)量濃度為4～15 mg/L，BOD5/COD為0.005～0.015，pH為4.4～4.6，顏色為褐色。

1.3 分析方法

pH用PHS-3C型pH計(jì)測定；COD用YHCA-100A型COD快速測定儀測定；BOD5用SHP-160型智能生化培養(yǎng)箱培養(yǎng)，870型直讀BOD5測定儀測定；UV254用UV2300型紫外—可見分光光度計(jì)測定；色度用紫外—可見分光光度計(jì)在200～700 nm進(jìn)行波長掃描，用峰面積進(jìn)行表征[12]；O3濃度采用碘量法測定[13]。

2 結(jié)果與討論

2.1 單獨(dú)O3工藝、單獨(dú)H2O2工藝與O3/H2O2組合工藝的比較

控制O3質(zhì)量濃度為56.9 mg/L、H2O2投加量為1.0 g/L，調(diào)節(jié)pH為8.0，反應(yīng)60 min后，單獨(dú)O3工藝、單獨(dú)H2O2工藝和O3/H2O2組合工藝對COD、UV254和色度的處理效果如圖2所示。

由圖2可知，O3/H2O2組合工藝對垃圾滲濾液COD、UV254的去除率均明顯高于單獨(dú)O3工藝和單獨(dú)H2O2工藝。O3/H2O2組合工藝對垃圾滲濾液色度的去除率遠(yuǎn)高于單獨(dú)H2O2工藝，但與單獨(dú)O3工藝相差不大。由此可見，O3和H2O2之間產(chǎn)生了協(xié)同作用，H2O2的存在可以促進(jìn)O3產(chǎn)生更高濃度的·OH，從而促進(jìn)有機(jī)物的氧化。在反應(yīng)時(shí)間為60 min 時(shí)，O3/H2O2組合工藝對垃圾滲濾液COD、UV254、色度的去除率分別達(dá)到74.4%、79.4%、99.0%。因此，下面考察反應(yīng)時(shí)間、pH、H2O2投加量等因素對O3/H2O2組合工藝深度處理垃圾滲濾液的影響。

圖2 單獨(dú)O3工藝、單獨(dú)H2O2工藝和O3/H2O2組合工藝的比較Fig.2 Comparison of single O3 process,single H2O2 process and O3/H2O2 combined process

2.2 反應(yīng)時(shí)間對O3/H2O2組合工藝處理效果的影響

控制O3質(zhì)量濃度為56.9 mg/L、H2O2投加量為1.0 g/L，調(diào)節(jié)pH為8.0，COD、UV254和色度的去除率隨反應(yīng)時(shí)間的變化如圖3所示。

由圖3可知，隨反應(yīng)時(shí)間的延長，COD、UV254和色度的去除率先是快速上升，而后趨于穩(wěn)定。其中，色度最先達(dá)到穩(wěn)定，其去除率在10 min時(shí)就已達(dá)到了82.0%，此后隨著時(shí)間的延長基本保持不變，60min時(shí)去除率為99.0%；UV254的去除率在20 min時(shí)達(dá)到72.3%，60 min時(shí)也僅增加到79.4%；COD達(dá)到穩(wěn)定所需的反應(yīng)時(shí)間最長，30 min后才達(dá)到穩(wěn)定，去除率在70.0%以上。因此，綜合考慮對不同污染指標(biāo)的去除效果以及經(jīng)濟(jì)成本，30 min為最佳反應(yīng)時(shí)間，此時(shí)COD、UV254和色度的去除率分別為69.9%、74.5%、91.0%。

圖3 反應(yīng)時(shí)間對O3/H2O2組合工藝處理效果的影響Fig.3 Effect of reaction time on the removal rate by O3/H2O2 combined process

2.3 pH對O3/H2O2組合工藝處理效果的影響

控制O3質(zhì)量濃度為56.9 mg/L、H2O2投加量為1.0 g/L、反應(yīng)時(shí)間為60 min，調(diào)節(jié)pH分別為4.5、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0，考察pH對O3/H2O2組合工藝處理效果的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4 pH對O3/H2O2組合工藝處理效果的影響Fig.4 Effect of pH on the removal rate by O3/H2O2 combined process

2.4 H2O2投加量對O3/H2O2組合工藝處理效果的影響

控制O3質(zhì)量濃度為56.9 mg/L，調(diào)節(jié)pH為8.0，考察H2O2投加量分別為0、0.5、1.0、1.5、2.0 g/L時(shí)對O3/H2O2組合工藝處理效果的影響，得到30 min時(shí)COD、UV254和色度的處理效果，如圖5所示。

圖5 H2O2投加量對O3/H2O2組合工藝處理效果的影響Fig.5 Effect of H2O2 dosage on the removal rate by O3/H2O2 combined process

從圖5可以發(fā)現(xiàn)，H2O2投加量為0 g/L時(shí)，COD去除率為30.7%；投加H2O2能夠大幅度提高COD去除率，當(dāng)H2O2投加量增加到1.0 g/L時(shí)，COD去除率達(dá)到最高，為69.9%，之后繼續(xù)增加H2O2投加量，COD去除率略有降低：與TIZAOUI等[11]323的研究結(jié)果類似。這是因?yàn)檫m量的H2O2是O3產(chǎn)生·OH的引發(fā)劑，而當(dāng)其過量時(shí)則變成了抑制劑。H2O2投加量對UV254和色度的去除率影響不大。因此，H2O2投加量的確定主要考慮對COD去除率的影響，應(yīng)為1.0 g/L。

2.5 O3/H2O2組合工藝處理后可生化性的分析

在O3質(zhì)量濃度為56.9 mg/L、H2O2投加量為1.0 g/L、pH為8.0的條件下，O3/H2O2組合工藝處理垃圾滲濾液后，對BOD5進(jìn)行檢測，分析處理后的可生化性(BOD5/COD)，結(jié)果如圖6所示。

由圖6可以看出，經(jīng)O3/H2O2組合工藝處理后，垃圾滲濾液的可生化性大幅度提高，30 min后BOD5/COD由初始的0.01提高到了0.28，增幅顯著，之后變化不大，能較好的滿足可生化性要求。由此，也進(jìn)一步說明了反應(yīng)時(shí)間選30 min比較合理。

圖6 可生化性分析Fig.6 Analysis of biodegradability

3 結(jié) 論

O3/H2O2組合工藝對垃圾滲濾液的處理效果遠(yuǎn)好于單獨(dú)O3工藝和單獨(dú)H2O2工藝。O3/H2O2組合工藝的反應(yīng)時(shí)間、pH和H2O2投加量優(yōu)化結(jié)果為反應(yīng)時(shí)間30 min、pH 8.0、H2O2投加量1.0 g/L，此時(shí)COD、UV254和色度的去除率分別為69.9%、74.5%、91.0%。經(jīng)O3/H2O2組合工藝處理后，垃圾滲濾液的可生化性也大幅度提高，能較好的滿足可生化性要求。

[1] RENOU S,GIVAUDAN J G,POULAIN S,et al.Landfill leachate treatment:review and opportunity[J].Journal of Hazardous Materials,2008,150(3):468-493.

[3] VAN NOOTEN T,DIELS L,BASTIAENS L.Design of a multifunctional permeable reactive barrier for the treatment of landfill leachate contamination:laboratory column evaluation[J].Environmental Science & Technology,2008,42(23):8890-8895.

[4] 蔣寶軍.生活垃圾滲濾液吸附降解及催化氧化技術(shù)的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué),2011.

[5] 楊霞,楊朝暉,陳軍,等.城市生活垃圾填埋場滲濾液處理工藝的研究[J].環(huán)境工程,2000,18(5):12-14.

[6] 邱家洲,王國華,徐品虎,等.臭氧高級氧化組合技術(shù)處理垃圾滲濾液達(dá)標(biāo)[J].中國給水排水,2011,27(23).

[7] 代莎莎,劉建廣,宋武昌,等.臭氧氧化法在深度處理難降解有機(jī)廢水中的應(yīng)用[J].水科學(xué)與工程技術(shù),2007(2):24-26.

[8] 陳建平,王舒,王道涵,等.臭氧高級氧化協(xié)同下的造紙廢水深度處理小試研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào),2012,12(1):72-75.

[9] WANG F,EL DIN M G,SMITH D W.Oxidation of aged raw landfill leachate with O3only and O3/H2O2:treatment efficiency and molecular size distribution analysis[J].Ozone:Science and Engineering,2004,26(3):287-298.

[10] CORTEZ S,TEIXEIRA P,OLIVEIRA R,et al.Ozonation as polishing treatment of mature landfill leachate[J].Journal of Hazardous Materials,2010,182(1/2/3):730-734.

[11] TIZAOUI C,BOUSELMI L,MANSOURI L,et al.Landfill leachate treatment with ozone and ozone/hydrogen peroxide systems[J].Journal of Hazardous Materials,2007,140(1/2).

[12] HAO O J,KIM H,CHIANG P C.Decolorization of wastewater[J].Critical Reviews in Environmental Science and Technology,2000,30(4):449-505.

[13] CJ/T 3028.2—94,臭氧發(fā)生器臭氧濃度、產(chǎn)量、電耗的測量[S].

[14] FONANIER S,FARINES V,ALBET J,et al.Study of catalyzed ozonation for advanced treatment of pulp and paper mill effluents[J].Water Research,2006,40(2):303-310.

[15] KREETACHAT T,DAMRONGSRI M,PUNSUWON V,et al.Effects of ozonation process on lignin-derived compounds in pulp and paper mill effluents[J].Journal of Hazardous Materials,2007,142(1/2):250-257.

ExperimentalstudyontheadvancedtreatmentforlandfillleachatebyO3/H2O2combinedprocess

HUZhaoji1,2,HUYiliang1,CHENJianxin1,2,SUNYang1,LUOZhao1.

(1.SchoolofResourcesEnvironmental&ChemicalEngineering,NanchangUniversity,NanchangJiangxi330031;2.KeyLaboratoryofPoyangLakeEnvironmentandResourceUtilization,MinistryofEducation,NanchangJiangxi330031)

The second grade effluent water of landfill leachate was deeply treated by O3/H2O2combined process. Single O3process,single H2O2process and O3/H2O2combined process were compared. The effects of reaction time,pH and H2O2dosage were investigated. Results demonstrated that the optimum process tended to be O3/H2O2combined process with reaction time of 30 min,pH of 8.0 and H2O2dosage of 1.0 g/L. Under the optimum process,the removal rates of COD,UV254and chromaticity reached 69.9%,74.5% and 91.0%,respectively. After the treatment,biodegradability also raised.

landfill leachate; advanced oxidation; O3/H2O2combined process; biodegradability

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.02.009

2016-06-24)

胡兆吉，男，1962年生，博士，教授，主要從事新型高效節(jié)能環(huán)保裝備的開發(fā)研究。

*江西省科技廳重大科技攻關(guān)課題(No.20143ACG700015)；江西省教育廳科技落地項(xiàng)目(No.KJLD12017)。