紫外高级氧化法处理准好氧矿化垃圾床渗滤液尾水的研究

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准好氧矿化垃圾床是一项低成本且易运行的垃圾渗滤液处理技术,能有效去除渗滤液中有机物与氮类物质,但经准好氧矿化垃圾床处理后的尾水(以下简称"渗滤液尾水")难降解有机物浓度较高且可生化性较差,有机物浓度远达不到相关排放标准,需对渗滤液尾水进行深度处理。已开展处理渗滤液尾水的臭氧高级氧化技术的成本较高,鉴于此,本文采用相对低廉的紫外高级氧化技术处理渗滤液尾水,以H2O2与PMS为氧化剂,利用紫外辐射氧化剂产生强氧化性自由基团降解渗滤液中有机物的原理,构建了UV-Fenton、UV-H2O2、UV-PMS与UV-H2O2-PMS的紫外高级氧化技术处理渗滤液尾水,并对体系的降解效能、有机物转化途径与降解机理等进行了探究。主要研究内容与结论如下:(1)通过传统Fenton体系降解渗滤液尾水的研究发现,该方法能有效降解渗滤液尾水中富里酸与腐殖酸类有机物并提高出水可生化性,但在体系中会产生大量污泥。在初始pH值为4.0,Fe2+投加量为6mmol/L、H2O2投加量为0.056mol/L,反应60min时,体系中COD、CN和UV254去除率最大值分别为41.67%、93.38%与64.75%。(2)因传统Fenton处理渗滤液尾水存在大量污泥的二次污染问题,开展了紫外耦合Fenton(UV-Fenton)反应产生活性氧物种降解渗滤液尾水中污染物的研究。结果表明,UV-Fenton体系对渗滤液尾水的处理具有协同作用,体系中的主要自由基团是·OH和O2·-,能有效降解渗滤液尾水中的芳香类有机物质,将大分子物质大幅减少为小分子物质,并去除51.00%可见区富里酸物质,但体系中仍有少量污泥产生。增大H2O2和Fe2+投加量可提高体系降解有机物的能力与反应速率,初始pH值为3.0时有机物降解效果最佳,中性与碱性环境均会显著抑制体系对有机物的降解。H2O2投加量为0.084mol/L,Fe2+投加量为0.056mol/L,初始pH值为3.0的条件下,渗滤液尾水COD去除率与反应速率常数最终分别为77.22%和0.04679。(3)为了有效消除UV-Fenton体系处理渗滤液尾水工艺中因铁离子产生的污泥问题,构建了无Fe2+的紫外耦合单独H2O2(UV-H2O2)的研究。与此同时,考虑到PMS是紫外高级氧化技术中常用的氧化剂,在外界激活条件下能有效产生具有强氧化性的·OH和·SO4-。因此,构建了UV-H2O2与UV-PMS体系对渗滤液尾水进行处理。结果表明,UV-H2O2和UV-PMS体系均能协同有效的去除渗滤液尾水中污染物并提高出水可生化性,且在两体系中均无污泥生成。氧化剂投加量的增加会促进体系产生更多的自由基降解有机物,进而提高两体系对污染物的去除效果及反应速率。当初始pH值从3.09.0升高时,两种体系处理渗滤液尾水的能力及速率均会被抑制,且UV-H2O2体系中有机物去除能力抑制效果更明显。UV-H2O2体系中主要活性氧物种为·OH,UV-PMS体系中主要活性氧物种为·OH和·SO4-,而两体系均能降解腐殖质及芳香类等难降解有机物质并氧化成小分子有机物。氧化剂为0.050mol/L,初始pH为3.0时,UV-H2O2和UV-PMS体系中COD与紫外区富里酸去除率分别为68.08%、26.23%与47.27%、33.98%。与UV-H2O2体系相比,UV-PMS体系对渗滤液尾水中腐殖质有更好的去除作用与经济效益。(4)紫外同时辐射两种氧化剂的UV-H2O2-PMS体系处理渗滤液尾水研究结果发现,在氧化剂投加总量均为0.048mol/L时,UV-H2O2-PMS体系中CN、UV254与COD去除率比UV-PMS体系分别低了7.39%、4.28%、8.80%,比UV-H2O2体系分别提高了15.91%、8.25%与16.07%。体系在酸性的反应环境下降解效果最佳,中性与碱性环境均有抑制效果。增加PMS投加量能促进体系对污染物的降解效能,但PMS投加量过高会降低体系中有效自由基的浓度。氧化剂投加相同时,体系有机物去除率随n(H2O2/PMS)比值的增大而降低,当n(H2O2/PMS)比值为2:8时,CN、UV254、COD去除率与kobs最高且分别为96.52%、59.82%、35.00%与0.03097。UV-H2O2-PMS体系对污染物的降解是·SO4-与·OH的共同作用。三维荧光与紫外-可见光谱表明,渗滤液尾水中腐殖质与芳香类等结构复杂的有机物均被有效降解,有机物浓度与分子量的聚合程度也有大幅降低。
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