摘要:采用(yong)超(chao)(chao)聲(sheng)輻(fu)照技術去(qu)除(chu)(chu)垃圾滲(shen)濾液(ye)中的氨氮。研究結果表明(ming),超(chao)(chao)聲(sheng)輻(fu)照對垃圾滲(shen)濾液(ye)中的氨氮有(you)很(hen)好的去(qu)除(chu)(chu)效果。滲(shen)濾液(ye)中氨氮超(chao)(chao)聲(sheng)去(qu)除(chu)(chu)的機理主要是氨氮以游離氨的形式在(zai)空(kong)化泡內(nei)發(fa)生(sheng)高(gao)溫熱解(jie)反應(ying),生(sheng)成氮氣(qi)和氫氣(qi)而排出。
垃圾是填埋場穩定化過程中垃圾分解而產生的有機廢水,其成分復雜,水質狀況隨垃圾成分和填埋年限發生很大變化[1]。
通常使用超過5年的填埋場滲濾液氨氮濃度高[2],過高的氨氮濃度不僅增加了滲濾液生化處理系統的負荷,并且隨著填埋時間的延長滲濾液中COD濃度呈下降趨勢,C/N也隨之降低,甚至會出現C/N 3的情況,造成營養比例的嚴重失調,而且產生的高濃度游離氨還會對微生物產生抑制作用[3],影響生化處理系統穩定有效的運行。目前滲濾液中氨氮的處理技術主要有吹脫法、電化學氧化法、化學沉淀法以及生物脫氮技術等[4]。近年來,超聲輻照作為一種高級氧化技術應用于治理水污染方面的研究,尤其是在治理廢水中有毒難降解污染物的研究方面取得了很大進展[5~7]。水在超聲輻照作用下,水中的微小氣泡核經歷振蕩、生長、收縮、崩潰等一系列動力學過程,產生瞬時的高溫高壓,同時生成氧化性極強的羥基自由基,使得水中的污染物在高溫高壓或羥基自由基的作用下降解[8]。
本研究應用超聲輻照去除滲濾液中的氨氮,通過測定自由基清除劑對氨氮去除率的影響和分析氨氮降解的產物,確定了超聲去除氨氮的作用機理。
1試驗裝置和方法
1.1滲濾液
試驗(yan)(yan)用滲濾(lv)(lv)液取(qu)自武漢(han)市某已封場(chang)的垃圾(ji)填(tian)埋場(chang)調(diao)節池進(jin)口,該垃圾(ji)場(chang)主(zhu)要處(chu)理城市生活垃圾(ji)和一般工業(ye)垃圾(ji)。滲濾(lv)(lv)液的水質情況(kuang)為(wei)pH = 8. 1;COD = 4770 mg/L; BOD5 = 350 mg/L; NH32N =680 mg/L。1. 2 試驗(yan)(yan)裝置(zhi)試驗(yan)(yan)裝置(zhi)如圖(tu)1所(suo)示(shi),超(chao)聲設備為(wei)UGH2300型探頭式超(chao)聲波發生器(中國科學院聲學所(suo)研(yan)制) ,頻(pin)率20 kHz,電功率0～200W連(lian)續可調(diao),鈦探頭直徑(jing)20 mm。封閉玻璃反(fan)應器直徑(jing)120 mm,反(fan)應液體(ti)積1000 mL,鈦探頭插入反(fan)應液面下30 mm。循環水槽(cao)控制反(fan)應器內液體(ti)溫度(30 ±2) ℃。空(kong)氣(qi)曝氣(qi)采用ACO2003型空(kong)氣(qi)壓縮機。
1. 3 試(shi)驗(yan)方法試(shi)驗(yan)時(shi)(shi)(shi),將(jiang)滲濾(lv)液用濾(lv)紙過濾(lv),去除懸浮固體(ti)雜(za)質,以減(jian)少對超(chao)聲(sheng)(sheng)能量的(de)分(fen)散。加水(shui)稀釋到(dao)試(shi)驗(yan)所(suo)需氨(an)氮(dan)初始(shi)濃度后,用H2 SO4 或NaOH溶液調(diao)至(zhi)試(shi)驗(yan)所(suo)需初始(shi)pH值,取(qu)1000 mL裝(zhuang)入反應(ying)器,開啟超(chao)聲(sheng)(sheng)輻照(zhao),調(diao)節超(chao)聲(sheng)(sheng)電功(gong)率。輻照(zhao)時(shi)(shi)(shi)每(mei)隔一定時(shi)(shi)(shi)間取(qu)樣,測定氨(an)氮(dan)濃度。2 結果與(yu)討論2. 1 初始(shi)pH值對氨(an)氮(dan)去除率的(de)影響配制水(shui)樣氨(an)氮(dan)初始(shi)濃度為(wei)680 m /L, pH分(fen)別(bie)為(wei)3. 1、4. 2、8. 1、10. 0和11. 0,調(diao)節電功(gong)率200W超(chao)聲(sheng)(sheng)輻照(zhao),歷時(shi)(shi)(shi)180 min,不(bu)曝(pu)氣(qi),氨(an)氮(dan)去除率如圖2 所(suo)示。
可以(yi)(yi)看(kan)出在(zai)(zai)(zai)堿性(xing)(xing)條件(jian)下(xia)(xia)氨(an)氮(dan)的(de)超(chao)(chao)(chao)聲去除(chu)(chu)效果優(you)于(yu)酸性(xing)(xing)條件(jian)下(xia)(xia)的(de)去除(chu)(chu)效果。隨著初(chu)(chu)始pH 值(zhi)的(de)升(sheng)高,氨(an)氮(dan)去除(chu)(chu)率(lv)迅速上升(sheng),當初(chu)(chu)始pH 值(zhi)達(da)到11. 0時,氨(an)氮(dan)去除(chu)(chu)率(lv)達(da)到85. 28%。這(zhe)可能與(yu)滲濾液的(de)pH值(zhi)對氨(an)氮(dan)的(de)存(cun)(cun)在(zai)(zai)(zai)形(xing)態的(de)影響有關(guan)。滲濾液中(zhong)(zhong)的(de)氨(an)氮(dan)以(yi)(yi)游(you)離(li)氨(an)和(he)銨(an)離(li)子2種(zhong)形(xing)式(shi)存(cun)(cun)在(zai)(zai)(zai)。在(zai)(zai)(zai)堿性(xing)(xing)條件(jian)下(xia)(xia),氨(an)氮(dan)主要以(yi)(yi)游(you)離(li)氨(an)形(xing)態存(cun)(cun)在(zai)(zai)(zai),在(zai)(zai)(zai)超(chao)(chao)(chao)聲輻射過程中(zhong)(zhong)易于(yu)揮發進入空化泡內進行直接(jie)高溫熱解(jie),比較容易被超(chao)(chao)(chao)聲降解(jie),有利于(yu)氨(an)氮(dan)的(de)去除(chu)(chu);而在(zai)(zai)(zai)酸性(xing)(xing)條件(jian)下(xia)(xia)主要以(yi)(yi)銨(an)離(li)子形(xing)態存(cun)(cun)在(zai)(zai)(zai),氨(an)氮(dan)不容易被超(chao)(chao)(chao)聲去除(chu)(chu),導致去除(chu)(chu)率(lv)下(xia)(xia)降。2. 2 超(chao)(chao)(chao)聲輻照(zhao)(zhao)和(he)空氣(qi)曝(pu)氣(qi)聯(lian)用對氨(an)氮(dan)去除(chu)(chu)效果的(de)試(shi)驗研究對氨(an)氮(dan)初(chu)(chu)始濃(nong)度為680 mg/L, 初(chu)(chu)始pH 值(zhi)為11. 0的(de)滲濾液樣品(pin)分(fen)別(bie)進行單(dan)獨(du)空氣(qi)曝(pu)氣(qi)、單(dan)獨(du)超(chao)(chao)(chao)聲輻照(zhao)(zhao)、超(chao)(chao)(chao)聲輻照(zhao)(zhao)和(he)空氣(qi)曝(pu)氣(qi)聯(lian)用的(de)試(shi)驗,電功率(lv)為200W,試(shi)驗結果見(jian)圖3所示。具體參見(jian)更多相關(guan)技術(shu)文(wen)檔。
可(ke)見,超(chao)聲(sheng)輻(fu)照(zhao)和空(kong)氣(qi)(qi)曝(pu)(pu)(pu)氣(qi)(qi)聯用對氨(an)氮(dan)去(qu)除(chu)效果(guo)明顯(xian)高(gao)于單(dan)獨(du)超(chao)聲(sheng)輻(fu)照(zhao)和單(dan)獨(du)空(kong)氣(qi)(qi)曝(pu)(pu)(pu)氣(qi)(qi), 80 min后氨(an)氮(dan)去(qu)除(chu)率可(ke)達(da)96%。單(dan)獨(du)曝(pu)(pu)(pu)氣(qi)(qi)時(shi)完全是因(yin)為空(kong)氣(qi)(qi)吹(chui)脫造成的(de)(de)氨(an)氮(dan)的(de)(de)去(qu)除(chu)。在曝(pu)(pu)(pu)氣(qi)(qi)和超(chao)聲(sheng)聯用時(shi),由于空(kong)氣(qi)(qi)曝(pu)(pu)(pu)氣(qi)(qi)使水(shui)中氣(qi)(qi)泡核濃(nong)度增大,使得超(chao)聲(sheng)能量有效利(li)用率得到提高(gao),促(cu)進空(kong)化效應的(de)(de)發生(sheng),加強了氨(an)氮(dan)的(de)(de)高(gao)溫(wen)熱解(jie)。
