摘要:采用超聲輻照技術(shù)去除垃圾滲濾液中的氨氮。研究結(jié)果表明,超聲輻照對(duì)垃圾滲濾液中的氨氮有很好的去除效果。滲濾液中氨氮超聲去除的機(jī)理主要是氨氮以游離氨的形式在空化泡內(nèi)發(fā)生高溫?zé)峤夥磻?yīng),生成氮?dú)夂蜌錃舛懦觥?/p>
垃圾是填埋場(chǎng)穩(wěn)定化過程中垃圾分解而產(chǎn)生的有機(jī)廢水,其成分復(fù)雜,水質(zhì)狀況隨垃圾成分和填埋年限發(fā)生很大變化[1]。
通常使用超過5年的填埋場(chǎng)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(tǒng)的負(fù)荷,并且隨著填埋時(shí)間的延長(zhǎng)滲濾液中COD濃度呈下降趨勢(shì),C/N也隨之降低,甚至?xí)霈F(xiàn)C/N 3的情況,造成營養(yǎng)比例的嚴(yán)重失調(diào),而且產(chǎn)生的高濃度游離氨還會(huì)對(duì)微生物產(chǎn)生抑制作用[3],影響生化處理系統(tǒng)穩(wěn)定有效的運(yùn)行。目前滲濾液中氨氮的處理技術(shù)主要有吹脫法、電化學(xué)氧化法、化學(xué)沉淀法以及生物脫氮技術(shù)等[4]。近年來,超聲輻照作為一種高級(jí)氧化技術(shù)應(yīng)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(jìn)展[5~7]。水在超聲輻照作用下,水中的微小氣泡核經(jīng)歷振蕩、生長(zhǎng)、收縮、崩潰等一系列動(dòng)力學(xué)過程,產(chǎn)生瞬時(shí)的高溫高壓,同時(shí)生成氧化性極強(qiáng)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(yīng)用超聲輻照去除滲濾液中的氨氮,通過測(cè)定自由基清除劑對(duì)氨氮去除率的影響和分析氨氮降解的產(chǎn)物,確定了超聲去除氨氮的作用機(jī)理。
1試驗(yàn)裝置和方法
1.1滲濾液
試驗(yàn)用滲濾液取自武漢市某已封場(chǎng)的垃圾填埋場(chǎng)調(diào)節(jié)池進(jìn)口,該垃圾場(chǎng)主要處理城市生活垃圾和一般工業(yè)垃圾。滲濾液的水質(zhì)情況為pH = 8. 1;COD = 4770 mg/L; BOD5 = 350 mg/L; NH32N =680 mg/L。1. 2 試驗(yàn)裝置試驗(yàn)裝置如圖1所示,超聲設(shè)備為UGH2300型探頭式超聲波發(fā)生器(中國科學(xué)院聲學(xué)所研制) ,頻率20 kHz,電功率0～200W連續(xù)可調(diào),鈦探頭直徑20 mm。封閉玻璃反應(yīng)器直徑120 mm,反應(yīng)液體積1000 mL,鈦探頭插入反應(yīng)液面下30 mm。循環(huán)水槽控制反應(yīng)器內(nèi)液體溫度(30 ±2) ℃。空氣曝氣采用ACO2003型空氣壓縮機(jī)。
1. 3 試驗(yàn)方法試驗(yàn)時(shí),將滲濾液用濾紙過濾,去除懸浮固體雜質(zhì),以減少對(duì)超聲能量的分散。加水稀釋到試驗(yàn)所需氨氮初始濃度后,用H2 SO4 或NaOH溶液調(diào)至試驗(yàn)所需初始pH值,取1000 mL裝入反應(yīng)器,開啟超聲輻照,調(diào)節(jié)超聲電功率。輻照時(shí)每隔一定時(shí)間取樣,測(cè)定氨氮濃度。2 結(jié)果與討論2. 1 初始pH值對(duì)氨氮去除率的影響配制水樣氨氮初始濃度為680 m /L, pH分別為3. 1、4. 2、8. 1、10. 0和11. 0,調(diào)節(jié)電功率200W超聲輻照,歷時(shí)180 min,不曝氣,氨氮去除率如圖2 所示。
可以看出在堿性條件下氨氮的超聲去除效果優(yōu)于酸性條件下的去除效果。隨著初始pH 值的升高,氨氮去除率迅速上升,當(dāng)初始pH 值達(dá)到11. 0時(shí),氨氮去除率達(dá)到85. 28%。這可能與滲濾液的pH值對(duì)氨氮的存在形態(tài)的影響有關(guān)。滲濾液中的氨氮以游離氨和銨離子2種形式存在。在堿性條件下,氨氮主要以游離氨形態(tài)存在,在超聲輻射過程中易于揮發(fā)進(jìn)入空化泡內(nèi)進(jìn)行直接高溫?zé)峤?比較容易被超聲降解,有利于氨氮的去除;而在酸性條件下主要以銨離子形態(tài)存在,氨氮不容易被超聲去除,導(dǎo)致去除率下降。2. 2 超聲輻照和空氣曝氣聯(lián)用對(duì)氨氮去除效果的試驗(yàn)研究對(duì)氨氮初始濃度為680 mg/L, 初始pH 值為11. 0的滲濾液樣品分別進(jìn)行單獨(dú)空氣曝氣、單獨(dú)超聲輻照、超聲輻照和空氣曝氣聯(lián)用的試驗(yàn),電功率為200W,試驗(yàn)結(jié)果見圖3所示。具體參見更多相關(guān)技術(shù)文檔。
可見,超聲輻照和空氣曝氣聯(lián)用對(duì)氨氮去除效果明顯高于單獨(dú)超聲輻照和單獨(dú)空氣曝氣, 80 min后氨氮去除率可達(dá)96%。單獨(dú)曝氣時(shí)完全是因?yàn)榭諝獯得撛斐傻陌钡娜コＴ谄貧夂统暵?lián)用時(shí),由于空氣曝氣使水中氣泡核濃度增大,使得超聲能量有效利用率得到提高,促進(jìn)空化效應(yīng)的發(fā)生,加強(qiáng)了氨氮的高溫?zé)峤狻?/p>
