催化臭氧氧化准好氧矿化垃圾床渗滤液尾水中难降解有机物

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垃圾填埋过程中,伴随产生的垃圾渗滤液一直是城市污水处理的难点。由于渗滤液中具有大量的难降解有机物、成分复杂以及水质不稳定等特点,因此快速削减其有机质含量和提高可生化性,使渗滤液达标排放仍是当前研究的热点。准好氧矿化垃圾床(SAARB)处理渗滤液技术是基于“以废治废”的理念,以矿化垃圾作为填料,通过渗滤液的无外加动力回灌,使渗滤液中的有机质快速削减。但准好氧矿化垃圾床处理后的渗滤液出水(以下简称“渗滤液尾水”)中仍含有难降解有机物,且可生化性较低,因此需要进一步对其进行深度处理。而催化臭氧氧化技术因其经济、高效和环保等特点,已逐渐应用于渗滤液的处理。本文采用催化臭氧氧化技术对成都市某垃圾填埋场产生的垃圾渗滤液经准好氧矿化垃圾床处理后的尾水进行深度处理,探讨了二氧化锰和铁碳/双氧水两种催化臭氧氧化过程的影响因素、渗滤液尾水中难降解有机物在氧化过程的转化机制以及催化材料的变化情况;通过对两种体系的比较,分析了两种体系优化条件下有机物浓度、去除率、溶解性有机物分子结构变化和催化机理等方面的差异,主要研究结果如下:O3/MnO2体系处理渗滤液尾水中难降解有机物的研究结果表明:当MnO2投加量为0.2g/L,O3进气量为18.92 mg/min和反应时间为20 min时,体系对COD、UV254和色度CN的去除效果较好,去除率分别为63.79%、57.68%和90.79%,紫外-可见光谱和三维荧光显示,O3/MnO2体系能使废水中腐殖质降解,渗滤液尾水中共有机物的芳香性程度、分子量和缩合度均降低,尤其对苯环类化合物的降解效率明显提高;反应前后MnO2未出现新增价态峰值的变化,催化性能稳定。Fe-C/H2O2-O3体系处理渗滤液尾水中难降解有机物的研究结果表明:当铁碳投加量为3 g/L,O3投加量为9.80 mg/min,H2O2投加量为2 m L/L和初始p H值为3时,其COD和UV254分别从711.96 mg/L和0.19降到了295.04 mg/L和0.10,去除率分别为58.56%和45.20%,反应结束后,通过调节p H值至9.0,COD和UV254去除率分别可提升至83.15%和70.20%,COD可降低至120mg/L;紫外-可见和三维荧光光谱显示,废水中难降解有机物转化为小分子有机化合物且腐殖质的分子缩合度降低;类比实验结果表明,Fe-C/H2O2-O3体系中存在多种高级氧化机制协同作用,因此对渗滤液尾水有机物具有较高的去除率,可生化性得到提高,并且由于铁碳中铁的缓释作用使得体系污泥产生量较少。通过对两种体系的处理效果进行比较研究发现:优化条件下,两种体系对渗滤液尾水中COD和UV254的去除率和初始反应速率上Fe-C/H2O2-O3体系明显优于O3/MnO2体系;两种体系中的ΔUV254/ΔCOD均呈线性相关,在去除渗滤液尾水中COD的同时也降低了废水的紫外吸收,差别在于O3/MnO2体系ΔUV254/ΔCOD的变化集中在反应前中期,由于多种氧化机制的协同作用Fe-C/H2O2-O3体系中后期ΔUV254/ΔCOD仍变化明显;三维荧光光谱比较显示Fe-C/H2O2-O3体系中可见光区类富里酸物质几乎全部去除,O3/MnO2体系处理后出水中仍然存在一定浓度的难生物降解有机物,可生化性仅为0.28,而Fe-C/H2O2-O3体系处理后出水可生化性相比于初始渗滤液尾水提升10倍(B/C从0.04增加至0.40)。此外,通过对两种体系催化机理的比较,主要存在两个方面的差异:一是催化臭氧产生羟基自由基的差异,另一方面是协同机制的差异;相比于O3/MnO2体系臭氧直接氧化和羟基自由基氧化机理,Fe-C/H2O2-O3体系的芬顿反应、铁氧化物-H2O2非均相类芬顿反应和O3/H2O2的高级氧化作用均可以产生羟基自由基,并且Fe-C/H2O2-O3体系中存在铁碳微电解和铁基胶体的吸附沉淀协同作用,多种协同机制进一步强化了渗滤液尾水中有机物的去除效果,也为准好氧矿化垃圾床联合催化臭氧氧化处理垃圾渗滤液提供一种可行的思路与依据。
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