垃圾渗滤液CWO法处理中悬浮物浓度的变化研究*

林婉柔，蔡妙玲，蔡武健，蔡湘楠

（韩山师范学院，广东潮州521041）

垃圾渗滤液CWO法处理中悬浮物浓度的变化研究*

林婉柔，蔡妙玲，蔡武健，蔡湘楠

（韩山师范学院，广东潮州521041）

用不同催化剂对催化湿式氧化法在降解垃圾渗滤液作用方面的探索，通过实验测定悬浮物去除率的变化，筛选出高效催化剂，比较不同反应条件对悬浮物去除率的影响，优化操作条件，使其在催化湿式氧化处理垃圾渗滤液有较高的突破。最终确定最佳工艺条件为：催化剂用量0.372 g，金属离子质量浓度300 mg/L，反应温度为180℃，氧分压为3.5 MPa，进水pH值为8.10，搅拌速度为500 r/min。

垃圾渗滤液；催化湿式氧化法；悬浮物；浓度

垃圾渗滤液是一种典型的高浓度、难降解、具有生物毒性的废水，未经处理直接排入水体将对环境造成严重危害。渗滤液中污染物的成分很复杂，含50多种有机物，主要为芳烃类、烷烃类、烯烃类、酸类、脂类、醇类、酮醛类等有机化合物[1]。催化湿式空气氧化（Catalytic Wet Air Oxidation，简称CWAO）工艺处理垃圾渗滤液克服了传统湿式氧化的缺点，具有良好的应用价值。近年来国内外学者研究CWAO处理多种高浓度有机废水并取得了丰硕的研究成果，其处理效果主要受催化剂特性、反应温度、反应时间、原液浓度、氧分压等因素的影响。

1 实验部分

1.1 实验试剂与水样

实验试剂：垃圾渗滤液、催化剂（硝酸盐系列）、试剂均为分析纯。

实验水样：待处理的垃圾渗透液原水样取至饶平县垃圾填埋厂，其容易污染周边环境及填埋场场底土层，其主要来源于降水和垃圾本身内含有的水分[3]。垃圾渗滤液原水样最大吸收波长325 nm，吸光度A=100×0.561=56.1，COD=16 611 mg/L，浊度的单位均为NTU。如表1所示。

表1 垃圾渗滤液原水样的各项参数指标Table 1 Various parameters of the original samples from landfill leachate

1.2 实验装置

本实验的主体设备为威海化工器械有限公司生产的0.5 LGS型高压反应釜，催化湿式氧化试验是在高压反应釜中进行的。

1.3 分析方法

水中悬浮物含量是衡量水污染程度的指标之一。悬浮物是造成水浑浊的主要原因。水体中的有机悬浮物沉积后易厌氧发酵，使水质恶化。计算公式：

悬浮物的浓度S：

式中：S—悬浮物的浓度，mg/L；

B—烧杯质量+悬浮物的质量，g；

A—烧杯质量，g；

V—取样体积，一般取样5 mL；

S0—24 000 mg/L。

2 实验结果与讨论

2.1 单组分催化剂的筛选

实验中催化剂按金属离子总量50 mg/L设计，转速均为500 r/min。取垃圾渗滤液250 mL在无CAT，180℃，2.5 MPa条件下进行，分别采用七水硫酸亚铁、硝酸镍、硝酸锆、硝酸锌、硝酸钴、硝酸铋、50%硝酸锰、硫酸铜、硝酸铜、硝酸铁为催化剂。保持其他反应条件不变，比较不同催化剂的处理效果，最终加大金属离子的总量为300 mg/L，且提高压力至3.5 MPa。实验结果见表2。

表2 不同催化剂处理中悬浮物浓度变化Table 2 Suspendedmatter concentration changes during treatment process with different catalysts

由表2可知：不论何种催化剂，随着反应时间的增加，悬浮物浓度逐渐减少，去除率效果越好。投加不同催化剂反应后垃圾渗滤液中的悬浮物去除率如图1所示。

图1 不同催化剂的悬浮物去除率- 时间的关系Fig.1 Relation of suspendedmatter removal rate with time of during treatment process with different catalysts

结果由图1可见：悬浮物去除率随反应时间增加而普遍提高，其中在反应时间40 min后，催化效果好的是硝酸钴、硝酸铁。

2.2 催化剂复合配方的研制

图2 不同催化剂复合配方的悬浮物去除率- 时间的关系Fig.2 Relation of suspendedmatter removal rate with time during treatment process with different complex catalysts

根据筛选出的单组份催化剂-硝酸钴和硝酸铁，研制催化剂复合配方，m（Fe）/m（Co）=3︰1，m（Fe）/m（Co）=1︰3，m（Fe）/m（Co）=2︰2，参比：纯硝酸铁。催化剂复合配方在垃圾渗滤液中的悬浮物去除率如图2所示，结果表明催化剂复合配方的效果没有单组份的好。

2.3 操作条件的优化

2.3.1 催化剂用量的影响

催化剂的制作方法和用量直接关系到能否运用到实际中的关键。更是处理效果的主要影响因素。实验在温度为180℃，氧分压3.5 MPa，进水pH为原水值8.10条件下，催化剂硝酸钴用量分别为0.124，0.248，0.372，0.620 g，既金属离子质量浓度分别为100，200，300，500 mg/L条件下进行。结果如图3所示，水样悬浮物去除率随催化剂用量的增加而提高，因此选定催化剂用量0.62 g为最佳。

图3 同催化剂不同用量下的悬浮物去除率—时间关系Fig.3 Relation of suspendedmatter removal with time under different dosage of the catalysts

比较不同催化剂用量对催化效果的影响，结果选择硝酸钴在300 mg/L的金属离子，180℃，3.5 M Pa的条件下，催化剂效果最佳。

2.3.2 反应温度的影响

图4 不同反应温度下的悬浮物去除率- 时间关系Fig.4 Relation of suspendedmatter removal rate with time underdifferent reaction temperatures

温度是CWAO反应中非常重要的因素。实验在氧分压2.5 MPa，进水pH为原水值8.10条件下，反应温度分别以160，180，200℃进行，结果如图4所示，随着温度的提高，水样脱色率有着明显提高，这是因为反应速率常数随着温度的提高而增大，然而在催化湿式氧化反应中，氧化速率随反应温度单调递增，当温度越高时，反应的压力也就越高，进水和进气的动力耗能也就越大，并且由此产生的高压对反应器的耐温、耐压性能要求越高。因此选定实验的最佳反应温度为180℃，在此温度下，水样悬浮物去除率在90 min时达到24.6%，比相同条件下未使用催化剂增加了12%。

2.3.3 氧分压的影响

氧分压提供了反应所需的氧气，并推动氧气向液相的传质。实验在反应温度180℃，进水pH为原水值8.10，催化剂用量0.372 g的条件下，氧分压分别以2.5和3.5 MPa进行，结果如图5所示，随着氧分压的提高，水样悬浮物去除率也在提高，当氧分压从2.5 MPa升到3.5 MPa时，悬浮物去除率明显升高。因此只要保证系统中有足够的氧气即可，最后确定最佳氧分压为3.5 MPa。

图5 不同氧分压下的悬浮物去除率—时间关系Fig.5 Relation of the suspendedmatter removal rate with time underdifferent oxygen pressure

2.3.4 入水pH的影响

pH值直接影响着废水中物质的存在形态从而影响反应的效果。实验在反应温度180℃，氧分压3.5 MPa，催化剂用量0.372 g条件下，用一系列浓度的HNO3和NaOH溶液调节进水的pH值分别以11.02，8.10，6.85，4.55，2.5进行，结果如图6所示，水样悬浮物去除率随进水pH值的降低而提高，当进水的pH值为2.5和4.55时，水样的悬浮物去除率一直都较高，但考虑到酸的腐蚀性，最后确定最佳进水pH值为原入水8.10。

图6 不同入水pH 的悬浮物去除率- 时间关系Fig.6 Relation of suspendedmatter removal rate with time underdifferent pHof inlet water

3 结论

（1）随着反应时间的增加，悬浮物去除率均呈现上升趋势，其中催化剂用量和氧分压的影响更加明显。最好的单组份催化剂是硝酸钴。

（2）确定最佳工艺条件为：催化剂硝酸钴0.372 g，金属离子浓度300 mg/L，反应温度为180℃，氧分压为3.5 MPa，进水pH值为原水值8.10，此条件下水样悬浮物去除率可达到24%。

致谢：本文在完成过程中，得到了韩山师范学院张永利副教授的帮助，特别表示感谢。

[1]孙英杰，徐迪民，张隽超.生活垃圾填埋场渗滤液中氨氮的脱除[J].给水排水，2002，28（7）：35-37.

[2]孙珮石，原田吉明，山畸健一.催化湿式氧化法处理高浓度有机废水的动力学模型[J].环境污染与防治，1999，20（3）：42-45.

[3]刘亮，李鱼，刘光辉，等.氧化剂对CWAO降解垃圾渗滤液中有机物的影响[J].吉林大学学报（理学版），2005，43（4）：541-545.

Study on Change of Suspended Matter Concentration During Treatment of Landfill Leachate With CWO Method

LIN Wan-rou，CAIMiao-ling，CAIWu-jian，CAIXiang-nan
（Departmentof Chemistry，HanshanNormal University，Guangdong Chaozhou521041，China）

Treatment effect of different catalysts forlandfill leachate by catalytic wet oxidation degradation was studied.High-effective catalyst was screened out by measuring changes of suspended matter removal rate.Through comparing influence of reaction conditions on suspended mater removal rate，the best reaction conditions were gained as follows：catalyst dosage 0.372 g，metal ion concentration 300 mg/L，reaction temperature 180℃，oxygen partial pressure 3.5 MPa，pHvalue of water 8.10，stirspeed 500 r/min.

Landfill leachate；Catalytic wetoxidation；Suspendedmatter；Concentration

X 703

A

1671-0460（2010）04-0378-03

广东省潮州市科技局项目（No.2008S20）。

2010-04-28

林婉柔（1989-），女，研究方向为工农业废水和流域。