处理垃圾渗滤液

2003 Vo1．19 中国给水排水 CHINA W pL1、ER & W ASTEW pL1、ER NO．6 光催化氧化处理生活垃圾渗滤液 王里奥 ， 黄本生， 吕 红， 袁 辉 ， 林建伟 (重庆大学 资源与环境科学学院，重庆 400044) 摘 要 ： 采用悬浮态半 导体催化剂处理城 市生活垃圾 渗滤液，考察 了复合半导体催 化剂 ZnO／TiO2的催化活性及各种试验条件下的影响 因素。试验结果表 明，用 ZnO／TiO2处理城市生活 垃圾渗滤液效果较好 ，可用作垃圾渗滤液的深度处理 ，同时也得到 了光催化氧化法处理渗滤液的最 佳试验参数。 关键词： 光催化氧化； 垃圾渗滤液 ； 废水处理 中图分类号 ：X505 文献标识码 ：C 文章编号：1000—4602(2003)06—0056—03 1 试验 内容 1．1 渗滤液的采集及水质 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 城市垃圾渗滤液取 自重庆市龙头寺生活垃圾填 埋场的渗滤液调节池 ，为黑褐色 、不透明，有少量悬 浮物、散发出垃圾腐臭。水样用浓 HNO3调节 pH= 2，在 一4℃下冷藏保存。水质分析结果见表 1。 表 1 渗滤液水质 Fe Zn Cu Cr Cd Pb O。D 色度 H 一N 项 目 pH (mg／L) (mg／L) (mglL) (mg／L) (m L) (mg／L) (mg／L) (倍 ) (mg／L) 数值 2．0 0．2 未检出 未检出 未检 出 未检 出 2 785 l 000 7．5 106 1．2 试验设备 使用容量为 250 mL、不锈钢制作的反应器，光 源为 2根 4O w 的紫外灯管 (长 为 1．2 1TI，波长 为 253．7 nlTl，单独开关)，灯上方加装了内衬铝箔的铝 质 反光罩。光源与反应液 面的垂直距 离约为 l5 cm。试验装置见图 1。 镇 流器 图 1 试验装置示意图 1．3 试剂与溶液 使用的各种催化剂 (分析纯)均呈 固体粉末状 ， 粒度分布较均匀 ，颗粒平均直径为 1．5×10～ cm。 主要试剂为 K2Cr207、浓 H，SO4、HNO3、Ag2SO4和 NaOH等(均为分析纯)。 1．4 试验方法 用分析天平称取一定量的光催化剂放人盛有渗 滤液的反应器中，用恒温磁力搅拌器搅动 ，同时鼓人 空气使光催化剂均匀地悬浮在反应器 中，进行吸附 和反应试验。经太 阳光照或暗室处理一定时间后 ， 取出一定量的反应液离心分离出光催化剂，吸取上 清液测定 ∞ D浓度 。 光催化反应液体积均为 150 mL，光照时 间为 120 rain。 用适 当浓度的 HNO3和 NaOH溶 液调节反应 体系的 pH值。 2 结果及分析 2．1 暗室反应与空白反应 无催化剂条件下渗滤液的空白反应及无紫外光 照射下的暗室反应结果见表 2。 从表 2可以看出，渗滤液经光照处理后 ，其反应 液中的 COD 浓度与未经处理的渗滤液相同，说明 · 56 · 维普资讯 http://www.cqvip.com 2003 Vo1．19 中国给水排水 NO．6 渗滤液基本不发生光解 ；暗室样 品 COD 去除率为 零 ，说明了TiO2本身对渗滤液中的有机物既无吸附 作用 ，也无催化作用。 表 2 暗室反应与空白反应的结果 项 目 原样 暗室样品 空白样品 试样 加入 Tio2．(mg) 0．4 0 0．4 光照 无 有 有 降解后 COD(m~L) 277 276 277 177 COD 去除率(％) 0 0 36．1 2．2 催化剂的选用 不 同催化剂的光催化活性不一样，光催化反应 的速率也不一样。催化剂的结构 、晶型 、表面积 、颗 粒大小 、孔隙度 、投量 、表面羟基浓度也会影响催化 活性 。近年来有研究认为 ，具有高催化活性 的 Ti 与 ZnO复合催化剂处理水中的有机物效果较好⋯。 将上述两种催化剂配合使用 ，考察混合物对渗 滤液的光催化氧化效果。其方法是固定 ZnO的用 量为 0．5 g，通过加人不同剂量的 TiO2组成不 同配 比的znO／TiO2复合半导体催化剂处理渗滤液。结 果 见表 3。 表 3 ZnO／Ti02的光催化活性 项 目 原样 1 2 3。 4 5。 加入的 Q 质量(rag) 0 5 15 25 40 降解后 COD(m~L) 277 124 95 57 43 65 COD 的去除率(％) 55．23 65．7 79．42 84．48 76．53 由表 3可以看出，zno／TiO'复合催化剂的光催 化性能优于单纯的 ZnO。随着加人 的 Ti 增加， COD 去除率也增加 ，但当 Ti 超过 25 nag时 COD 去除率开始下降，说明 TiO2在 ZnO表面上沉积可 以延长电子一空穴的复合时间，使细小的 Ti 颗粒 形成电子积累中心 ，但沉积量过大将影响 ZnO充分 发挥作 用而引起 电子一空穴 的快速 复合 ，因此在 ZnO中的 TiO1为 25 nag左右效果最佳。 2．3 光源与光强 2．3．1 自然光照反应 太阳光到达地面的最小波长为 300 nm，要实现 Ti (Eg=3．2 eV)上 的光催化反应，最大波长应为 387．5 nIn 。] ，而太 阳光 中 300～387．5 nIn波段 的 光可激发 Ti02上的光催化反应。 试验时间在 l0月 中旬的中午 l2：00一 l4：00， 气温为 33℃。汞灯和太 阳光照射下对渗滤液光催 化结果见表 4。 表 4 不同光源下 znO／Ti()2催化效果 项 目 原样 太阳光 紫外光 降解后 COD(rng／L) 277 210 43 COD去除率(％) 24．2 84．48 从表 4看出，与紫外灯光源相比，自然光照催化 氧化反应的 COD 去除率较低 (24％)，若改进试验 装置 ，增大太阳光照射面积和强度 、延长光照时间， 则 COD去除率有望提高。利用太阳光代替紫外灯 光源不仅能达到降解有机物的目的，而且能大大降 低能耗和成本。 2．3．2 光照时间 不同的有机物被降解的难易程度不 同，光催化 剂降解有机物的最佳光照时间也不 同。一般来讲 ， 光解效率随时间的增加而增加 ，可通过改变光照时 间来寻找光催化降解渗滤液的最佳反应时间，试验 结果见表 5。 表 5 不同光照时间的光催化 降解率 项 目 1 2= 3。 4 5 6= 7 光照时间(min) 0 30 60 90 120 150 180 降解后 CtgO(ng／L) 277 178 128 84 43 39 96 COD 去除率(％) 0 35．74 53．7S 69．68 84．48 85．92 65．3 结果表明，在前 90 min内 C0D 的去除率随反 应时间的延长而较快上升 ，而 150 rain后的 COD去 除率反而下降。这是一些难降解的有机物被氧化成 易被 K，Cr207分解的中间产物所致。总体来讲，对 ∞ D 的去除率随反应时间的延长而增大。 2．3．3 光强的影响 试验 以开关单独控制的两根 40 w 低压紫外灯 管作光源。通过控制开关 ，以 0、40和 80 w 的紫外 灯间接反映光强的变化 ，考察 了光强对渗滤液 的光 催化反应的影响(结果见表 6)。 表 6 不同光强的光催化降解效率 项 目 1 2 3 紫外灯功率 (w) 0 40 80 降解后 COD(mg／U) 194 126 43 COD去除率(％) 30．1 54．51 84．48 从表 6可 以看出，随着光强 的增大 COD 去除 率明显增加。增大光强后 TiO2的投量可以相应减 少 。 2．4 ∞ D初始浓度的影响 改变 ∞ D 的初始浓度进行光催化降解试验 ， 渗滤液中有机物的变化结果见表 7。 由表 7可以看出，渗滤液 中有机物初始浓度越 · 57 · 维普资讯 http://www.cqvip.com 2003 VO1．19 中国给水排水 N0．6 小 ，光催化降解效果越好 ，相应地对 COD 降解率越 高。原因是溶液 中有机物浓度越大 ，溶液颜色明显 加深 ，对光线的吸收也会增大。所以，TiO2适 于光 催化降解低浓度的有机物。 表 7 不同 COD初始浓度下的光催化降解率 项 目 原水 1 2 3 4 初始 CE)D(mg／L) 277 386 5l5 728 l 523 降解后 COD(mg[L) 43 98 216 407 l 059 COD去除率(％) 84．48 74．6l 58．06 44．09 30．47 2．5 pH值的影响 不同 pH值对反应物降解 的影响有所不 同，不 同结构有机物 的光催化 降解有其特 定的最佳 pH 值。试验 中用 HNO3和 NaOH 调节反 应液 的 pH 值，测定了不同pH值下 TiQ 对渗滤液的催化效果 (见表 8)。 表 8 不 同 pH值对光催化降解率的影响 项 目 1 2 3 4 5 pH 2 4 7 10 l3 降解后 COD(mg[L) 43 73 86 70 41 COD去除率(％) 84．48 73．65 68．95 74．73 85．2 结果表明，pH值对光催化效果的影响不十分明 显。溶液偏酸性或偏碱性较有利于光催化氧化反应 的进行，强碱性条件 (pH=13)最好 ，强酸性条件次 之，中性较差。在工程应用上 ，从经济效益角度出发 可以不调节渗滤液的 pH值。另外，从试验中还可 测得，光催化降解前 、后的反应液 pH值变化较大。 当 pH<7时降解后溶液的 pH值增大 ，接近中性；当 pH=7时降解后溶液的 pH值基本相 同；当 pH>7 时，降解后 pH值 比降解前减小。以上情况说明降 解后溶液的pH值有 向中性靠近的趋势 ，这与有机 物光催化降解后 的生成物为 CO2和 H O有关。试 验还发现 ，pH值 的改变对色度去除率影响较大 ，随 着 pH值 的上 升脱 色率下降。在酸性和碱性 条件 下，反应后水样为透明淡黄色。所以，体系的酸度是 影响光催化还原的重要因素 ，pH值的变动直接影响 着半导体带边电位的移动(一般来说 ，pH值增加则 导带电子的还原能力增强)。 3 结论 用光催化氧化法处理垃圾渗滤液的影响因素较 多 ；光强越大 ，催化效果越好 ；光照时间长，催化效果 好，但并不是越长越好；反应液的 pH值对光催化效 果的影响不十分显著 ，但偏酸 、偏碱有利于光催化反 应的进行。此外，用 ZnO／TiOz复合催化剂 比单纯 的 ZnO或 TiO)的处理效果好。 参考文献： l 1] Vinodgopal K，Kamat P V．Enhanced rate of photocata— lyric degradation of an AZO dye using sI ／Ti coupled semiconductor thin filmes[J]．Environment Science and Technology，1995，29：841—845． [2] 李宏祥，吕功，杨瑞琴，等．T 催化 Cr(Ⅵ)一氯代苯 酚共存体系中 Cr(Ⅵ)的光致还原 [J]．分子催化 ，2000， 6(14)：214—218． [3] 李芳柏 ，古 国榜．太阳能多相光催化法在废水处理中的 应用研究评述[J]．太阳能学报，1999，20(2)：220— 225． 电话 ：(023)65111477(O) 传真 ：(023)65111477 收稿 日期 ：2002一l0—28 · 工程信息 · 重庆市 同兴生活垃圾处理场工程 该工程处置规模 ：1 000 t／d，处理工艺：焚烧，所需主要设备 ：垃圾焚烧炉、发电机等 ，占地面积 ：10 hm2， 投资额 ：2．5亿元 ，建设周期 ：2003年 5月一2004年 10月。 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 单位：重庆钢铁集团设计院，建设单位：重庆 同兴垃圾处理有限公司。 目前该工程正处于筹建阶段。 · 58 · (江西省宜春市供水公司 钟 波 供稿) 维普资讯 http://www.cqvip.com