O3/H2O2协同催化氧化深度处理垃圾渗滤液研究

滕丽华+王趁义+王建平

【摘 要】由于水质特性对O3/H2O2体系的氧化降解效果影响显著，本文制备了活性炭负载铁催化剂，考察了O3/催化剂体系对垃圾渗滤液的处理效果，重点分析了O3/H2O2体系在处理垃圾渗滤液中H2O2的作用。试验结果表明，在催化剂1.0g、水样为50mL，室温、pH为3、氧化剂O3通入时间50min（5g/h）条件下，加入0.3mL H2O可使垃圾渗滤液中COD去除率由79.8%提高到88.7%，这说明O3/H2O2体系对成分复杂、较难降解的垃圾渗滤液MBR出水有良好的降解效果。

【关键词】垃圾渗滤液，氧化降解，O3/H2O2体系

0 前言

垃圾渗滤液是一种成分极其复杂的高浓度有机废水，其处理一直是世界性的难题[1]。臭氧具备极强的脱色能力，已经在实际工程中得到广泛应用。但是直接单独使用臭氧氧化处理废水存在臭氧利用率低和耗电量大等缺点，O3/H2O2高级氧化技术是将O3与H2O2组合，产生·OH，降解有机物，与单纯的臭氧氧化相比，具有臭氧投加量少，处理效率高等优点，目前国内外对于O3/H2O2处理技术的研究范围较广，是一种较有前途的高级氧化技术，Stachelin和Glaze等先后通过实验证明了H2O2的共轭基可以诱发O3分解成·OH，而·OH可以极大地提高氧化有机物质的反应速度。

本文采用浸渍法制备了活性炭负载铁催化剂，考察了O3/H2O2/催化剂体系对垃圾渗滤液MBR出水的处理效果，着重分析了氧化剂O3与H2O2之间的协同氧化效应。为垃圾渗滤液的深度处理提供方法参考，同时为高级氧化技术在污水处理方面的工艺选择提供依据。

1 实验材料与方法

1.1 水样来源

本文实验废水来自当地生活垃圾卫生填埋场产生的经MBR工艺处理后的垃圾渗滤液，经测定该废水COD平均值为1696mg＼L，pH值为8。

1.2 主要仪器与试剂

GY-5臭氧发生器；过氧化氢溶液（30%）、三水合硝酸铜、硫酸（98%）、重铬酸钾、氢氧化钠等均为分析纯，市售颗粒状活性炭。

1.3 实验方法

1.3.1 催化剂制备方法

催化剂载体活性炭预处理：首先将活性炭置于10%的HNO3溶液中，浸渍24h后抽滤并用蒸馏水洗涤至中性，然后110℃干燥过夜，最后600℃焙烧3h得到活化后的载体活性炭。

活性炭负载铁催化剂制备：称取一定量预处理后的活性炭颗粒并浸渍于一定浓度的Fe（NO3）2·3H2O溶液中过夜，抽滤后110℃干燥过夜，最后马弗炉中600℃焙烧3h，得到一定负载量的活性炭负载铁催化剂，记为Fe/AC。

1.3.2 O3/H2O2协同氧化研究

在50mL水样中分别进行氧化剂为H2O2、O3和H2O2/O3的氧化实验。反应一定时间后取上层清液测定COD值，结合原水样COD计算出不同条件下的COD去除率。每个试验点平行操作三次，取平均值。

2 结果与讨论

2.1 氧化剂O3投加量对催化氧化效果的影响

在室温、水样50mL、催化剂0.5g条件下，改变O3（5g/h）通入时间，得到COD去除率随氧化剂O3加入量不同的变化曲线，如图1所示：

由图1可以看出随着O3的通入时间延长，COD去除率逐渐增大，到50min时达到了最佳，其COD去除率达到69.5%，继续通入O3，COD去除率呈现缓慢下降趋势，该现象的原因是：O3向液相的传质为液膜控制过程，随着进气量的增大，液相传质系数增加单位时间内单位体积的溶液中O3传入量也增加，而传质与反应对O3氧化均有影响，使得COD的去除率随着O3气体流量的增加在一定程度上有所增加，但由于水中有机物含量是一定的，当通入一定量的O3后，易氧化的有机物已充分反应，O3在水中的溶解度已达到饱和，继续加大O3流量，反而会降低O3的利用率，因此，继续加大O3量对COD去除率影响不大。

2.2 Fe /AC催化剂投加量对臭氧氧化效果影响

在室温、水样50mL、氧化剂O3通入量50min（5g/h）条件下，改变催化剂投加量，得到COD去除率随催化剂投加量变化曲线，如图2所示：

由图2可知，随着催化剂投加量的增多，COD去除率明显升高，当催化剂加入量为1.0g时，COD去除率达到最大75.5%，继续增加催化剂用量，COD去除率反而下降。根据催化机理催化剂浓度增加会加速过氧化氢分解，自由基产生量增大，从而加速污染物的降解，但同时也导致降解产物易于吸附到催化剂活性中心上，从而降低了催化剂的催化活性。单独臭氧氧化处理50min后，COD去除率为54.7%，在最佳催化剂加入量条件下，催化剂的加入使COD去除率提高了21个百分点，这说明催化剂的加入大大促进了臭氧对污水的降解。

2.3 体系pH对催化氧化效果影响

在室温、水样50mL、催化剂1.0、通入氧化剂O3量50min（5g/h）条件下，改变体系pH值，得出COD去除率随pH变化曲线，如图3所示：

由图3可知，pH对系统的处理效果影响较大，当pH值由2升至3时，COD去除率迅速上升，在pH为3时，COD去除率达到最高值79.8%；此时臭氧主要以直接氧化为主，选择性比较高，主要进攻废水中的某些有机物，使之彻底氧化成CO2和H22O；而当pH值由3增加到8时，由于水中氧的活性大大降低，而羟基自由基又少，废水的COD去除率急剧下降[2]；因此pH为3最为适宜。

3 结论

1）采用浸渍法制备了Fe/AC催化剂，在催化剂1.0g、水样为50mL，室温、pH为3、氧化剂O3通入时间50min（5g/h）条件下，垃圾渗滤液中COD去除率达到79.8%；

2）H2O2的存在可以促进O3对污染物的降解效果，H2O2的加入量对降解效果影响显著，对于本文研究的氧化降解体系，当H2O2加入量为0.3mL即H2O2与O3的摩尔比为0.03时，COD的去除率达到88.7%，比单独O3氧化最佳条件下提高了近十个百分点。

3）由于水质特性影响O3/H2O2体系的氧化降解效果，本文研究表明，对于成分复杂、含大量难降解有机污染物的垃圾渗滤液，在适宜条件下O3/H2O2体系可以实现对其有效降解，且H2O2的协同作用显著。本文研究为今后H2O2/O3催化氧化体系在处理垃圾渗滤液MBR出水方面的应用提供理论依据。

【参考文献】

[1]蒋宝军，赵玉鑫，陈玉婷.垃圾渗滤液臭氧氧化的铜镍负载型催化剂筛选[J].环境污染与防治，2015，37（8）：1-6，11

[2]陈志伟，汪晓军，许金花.臭氧催化氧化——曝气生物滤池工艺深度处理食品添加剂废水[J].净水技术，2008，27（5）：40-43.

[3]黄报远，金腊华，卢显妍，等.H2O2协同O3预处理垃圾填埋场后期渗滤液的研究[J].环境工程学报，2008，2（6）：771-775.

[责任编辑：王伟平]