超聲波協(xié)同電凝聚氣浮處理垃圾滲濾液的研究
超聲波進(jìn)入水體后,負(fù)壓相在水體中含氣泡或懸浮物的弱點(diǎn)引起空化泡,空化泡在超聲波正壓下收縮,某些空化泡收縮時(shí)表面速率超過聲速而迅速破裂,其過程僅持續(xù)幾微秒,從而在該點(diǎn)產(chǎn)生瞬間產(chǎn)生了5200K和100 MPa的局部高溫高壓,該點(diǎn)即所謂熱點(diǎn)[1]。熱點(diǎn)處的有機(jī)污染物可經(jīng)·OH氧化、氣泡內(nèi)燃燒分解、超臨界水氧化3種途徑進(jìn)行降解。它提供了一個(gè)極特殊的物理化學(xué)環(huán)境,從而大大加速反應(yīng)速度,甚至引發(fā)常溫常壓下不可能的反應(yīng)。
超聲波在處理高濃度難降解有機(jī)物方面有優(yōu)勢(shì),而晚期垃圾滲濾液的水質(zhì)特點(diǎn)是難降解有機(jī)物成分多,水質(zhì)復(fù)雜,COD和BOD濃度高,金屬離子含量高,氨氮含量高,微生物營(yíng)養(yǎng)元素比例失調(diào)。故試驗(yàn)用超聲波降解垃圾滲濾液。
1 試驗(yàn)研究
1.1 試驗(yàn)設(shè)備及方法
超聲波發(fā)生器(LT-300A), COD消解儀(HACH), pH計(jì)(pH-S-3C型), 電解電極圈(自制,鋁材料,圓形網(wǎng)狀電極直徑8cm,正負(fù)極間隔大約8mm), 電源(XY-309,0～15v可調(diào)直流穩(wěn)壓電源,最大電流1000mA)。
廢水取自武漢市某垃圾填埋場(chǎng)的晚期垃圾滲濾液,主要水質(zhì)指標(biāo)如下。
COD測(cè)定方法采用中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB7488-87)。超聲波發(fā)生器頻率為28kHz,電功率分別為125w和250w。每次取400mL垃圾滲濾液燒杯中,用H2SO4或NaOH調(diào)節(jié)其pH至所需值,將燒杯置超聲波探頭下,探頭伸入水面2～3mm,同時(shí)將電極圈置入燒杯底。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要對(duì)反應(yīng)液的曝氣方式、pH值、功率、電解電壓等因素進(jìn)行控制。反應(yīng)器不密封,取樣體積20mL,測(cè)定上清液COD濃度。
1.2 試驗(yàn)結(jié)果
1.2.1 超聲波降解垃圾滲濾液效果
取垃圾滲濾液八份,調(diào)節(jié)其初始pH值為5.0,超聲波發(fā)生器電功率為125w,同時(shí)曝氣。輻照時(shí)間分別為10min、20min、30min、40min、50min、60min、70min、80min,其COD降解效果如下。
在前40min內(nèi),COD的降解率隨著輻照時(shí)間的增加而增大,但在40～70min內(nèi),隨著輻照時(shí)間的增加,COD降解率反而下降,甚至在第70min時(shí)降解率出現(xiàn)負(fù)值,即反應(yīng)后滲濾液的COD濃度超過初始濃度,其后COD去除率有所上升。
在反應(yīng)的前40min內(nèi),滲濾液中易于降解的有機(jī)物小分子有機(jī)物發(fā)生降解,而這部分有機(jī)物可能大部分正是COD測(cè)定中所用重鉻酸鉀易于氧化的成分,因此表現(xiàn)出COD值明顯降低。但超聲波可能也同時(shí)產(chǎn)生另外的作用,即將滲濾液中原來不易被重鉻酸鉀氧化的大分子有機(jī)物降解為小分子有機(jī)物,從而可以被重鉻酸鉀氧化,因而顯示使COD濃度值反而增加,去除率呈現(xiàn)負(fù)值。
1.2.2 超聲波協(xié)同電凝聚氣浮法降解滲濾液效果
由于超聲波處理滲濾液對(duì)COD去除率只有17.19%,考慮超聲波與電凝聚氣浮都產(chǎn)生微氣泡,我們采用超聲波與電凝聚氣浮法聯(lián)合處理,研究其協(xié)同效果,進(jìn)一步提高COD去除率。試驗(yàn)研究了反應(yīng)時(shí)間、電凝聚電壓、pH值、超聲波功率、曝氣方式等因素對(duì)降解垃圾滲濾液中COD去除率的影響。
1.2.2.1 反應(yīng)時(shí)間的影響
初始pH值為8.0,電壓12v,不曝氣,超聲波功率為125w,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。
反應(yīng)時(shí)間對(duì)降解效果的影響較大。從降解效果來看40min達(dá)到最高,但是只比30min時(shí)提高不到2%。從耗電量的角度及去除率綜合考慮最佳處理時(shí)間為30min。
1.2.2.2超聲波功率的影響
超聲波發(fā)生器分別選用125w,250w,初始pH值為8.0,電壓12v,不曝氣,反應(yīng)30min,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。
提高超聲波功率對(duì)COD降解效果意義不大,同條件下250w時(shí)比125w去除率超過不到2%,而250w消耗的能量卻是125w的兩倍,故選擇功率為125w。
1.2.2.3 pH值的影響
用H2SO4 或NaOH調(diào)節(jié)pH值分別為4.0,6.0,8.0,10.0,不曝氣,超聲波功率為125w,電壓12v,反應(yīng)時(shí)間30min,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。
在pH值為4～10的范圍內(nèi),偏酸性的反應(yīng)條件下COD去除率最高達(dá)到62.77%,協(xié)同效果為9.17%。因此將pH值的優(yōu)化條件定為pH=6.0。
1.2.2.4 曝氣方式的影響
調(diào)節(jié)pH值=6.0,超聲波發(fā)生器電功率為125w,電壓為12v,反應(yīng)時(shí)間30min,三種曝氣方式,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。
曝氣方式對(duì)COD去除率的影響較大。滲濾液中COD去除率預(yù)先曝氣>不曝氣>同時(shí)曝氣效果。采用預(yù)先曝氣,二者協(xié)同作用下COD去除率提高13.84%。
1.2.2.5 電壓的影響
超聲波發(fā)生功率為125w,調(diào)節(jié)pH=6.0,采用預(yù)先曝氣20min,反應(yīng)時(shí)間30min,電壓分別為6v,9v,12v,15v,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。
電壓越高,COD去除率越高。電壓為12v時(shí)協(xié)同效果最好,故選擇電壓為12v。
2 結(jié)論分析
2.1 優(yōu)化結(jié)果
超聲波和電凝聚氣浮處理垃圾滲濾液優(yōu)化處理?xiàng)l件為:反應(yīng)時(shí)間30min、初始pH=6.0、電凝聚電壓為12v、預(yù)先曝氣20min、超聲波功率為125w。在此反應(yīng)條件下,垃圾滲濾液中COD濃度由822mg/L降低至232mg/L,COD去除率達(dá)71.75%。
2.2 結(jié)論
單獨(dú)用超聲波技術(shù)處理滲濾液,COD最高去除率只有17.19%。超聲波/電凝聚氣浮法降解垃圾滲濾液具有明顯協(xié)同效應(yīng)。在上述條件下,COD去除協(xié)同效果達(dá)13.84%。
[1]K.S.Suslick. The Chemical Effect ofUltrasound [J].Scientific American,1989,80~86
[2] 蔣海濤,城市垃圾填埋場(chǎng)滲濾液的水質(zhì)特性,環(huán)境保護(hù)科學(xué),2002,28, 11～13
[3] 陳繁忠等,電解氣浮法技術(shù)進(jìn)展,廣東化工,1997,4
作者簡(jiǎn)介:朱艷梅(1982-),女,湖北荊州人,碩士,工程
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