高级氧化技术处理垃圾渗滤液的研究现状与进展-北极星水处理网

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摘要：垃圾渗滤液是一种成分非常复杂的高浓度有机废水。本文介绍高级氧化技术(AOPs)处理垃圾渗滤液的研究现状与进展，包括Fenton法、光化学催化氧化法、臭氧氧化法、超声氧化法、电化学氧化法等在垃圾渗滤液处理中的应用;分析了AOPs处理垃圾渗滤液的原理，重点阐述了国内外高级氧化技术在垃圾渗滤液处理中的研究成果，并探讨了它们的优缺点。最后，对AOPs在垃圾渗滤液处理上应用的未来发展前景进行了展望。

0 引言

垃圾渗滤液是一种成分复杂且水质水量变化大的高浓度有机废水，一直以来都是工业废水处理领域的一个世界性难题。高级氧化技术(Advanced oxidation processed，AOPs)是近年来水处理领域兴起的一项新技术，其反应机理在于运用光、电、催化剂、氧化剂等途径，在反应中产生活性极强的自由基(如•OH，氧化还原电位E0=2.80V)，将水体中大分子难降解有机污染物氧化降解成为低毒或无毒小分子中间产物，甚至直接降解为CO2和H2O，接近完全矿化。将AOPs应用于垃圾渗滤液处理中，可显著地提高垃圾渗滤液中难降解物质的可生化性。按照氧化反应过程中自由基的产生方式和反应条件的不同，AOPs可分为Fenton法、光化学催化氧化法、臭氧氧化法、超声氧化法、电化学氧化法等，其共同特点是氧化能力强、选择性小、反应速度快和反应彻底等优点，对垃圾渗滤液具有较好降解效果。

1 高级氧化法

1.1 Fenton法和类Fenton法

Fenton法是利用Fe2+均相催化反应使氧化剂H2O2催化分解产生•OH氧化降解有机污染物，从而将其降解为更小分子有机物或矿化成为CO2、H2O等无机物，而氧化剂H2O2参加反应后剩余物可自行分解，不留残余，同时铁离子水解而产生的铁氢氧化物是良好的絮凝剂，可优化处理结果。Fenton法处理垃圾渗滤液不但可氧化降解水体中难生化有机物，还可降低废水毒性，显著提高其可生化性。有关研究表明：将Fenton法用于垃圾渗滤液的预处理，能有效提高渗滤液的可生化性;用Fenton法对生化后垃圾渗滤液进行深度处理，COD值可满足达标排放标准。Cortez等人将臭氧氧化技术与Fenton技术联用预处理垃圾渗滤液，COD去除率可达72%，可生化性从原来0.01提高到0.24;Fenton法与其他处理方法(生物法、序列间歇式反应器、混凝)联用深度处理垃圾渗滤液，COD去除率最高达到98.4%。

然而，Fenton法均相催化剂难以被分离和重复利用，反应所需pH值较低(<4)，会生成大量含铁污泥，出水中含有大量Fe2+会造成溶液色度的增加，容易引起二次污染，试剂使用量大。基于Fenton法以上缺点，近年来人们将UV、电等辅助技术引入Fenton反应体系中，并对其他过渡金属离子替代Fe2+进行了研究，这些改进技术统称为类Fenton法。作为在Fenton氧化法基础上的改进，类Fenton法发展潜力更被看好。类Fenton法可增强Fenton法对有机物氧化降解能力，减少试剂用量，降低处理成本。常见类Fenton法主要包括光Fenton法和电Fenton法。有关研究表明：光助Fenton法对垃圾渗滤液COD去除率可达86.2%。Mohajeri等人采用电Fenton法处理垃圾渗滤液，COD和色度去除率最高分别达94.07%、95.83%。王春霞等人采用光电芬顿氧化法对北京市某垃圾填埋场已经生化处理后垃圾渗滤液进行深度处理，色度完全去除，TOC和COD去除率分别达78.9%和62.8%，说明该方法具有较好的实际应用价值。

光Fenton法主要优点是有机物矿化程度好，但由于紫外线仅占太阳光能量4%左右，使得光Fenton法对可见光利用率较低，因而研究吸收波长范围较宽的高效光反应体系及研制新型的聚光式反应器是光Fenton法未来的研究方向。电Fenton法主要优点是自动产生H2O2的机制完善，但由于目前所用阴极材料多是石墨玻璃碳棒、活性炭纤维等，电流效率低，H2O2产量不高，Fe2+不易再生，而限制了它的广泛应用，研究新型的阴极材料提高催化性能是今后的主攻方向。

1.2 光化学催化氧化法

光化学氧化法是向废水反应体系中加入适量氧化剂(如H2O2、O3等)，在UV或可见光作用下产生强氧化性•OH，它能将大部分有机污染物氧化降解成为CO2、H2O和其他小分子有机物。光化学氧化法具有反应速度快、耗时短、反应条件温和、操作条件易控制等优点。Ince采用UV/O3/H2O2联合工艺处理垃圾渗滤液，COD去除率可达89%，而UV/O3和UV/H2O2仅有54%和59%。

光催化氧化法是在光化学氧化法基础上发展而来的。与光化学氧化法相比，光催化氧化法具有更强氧化降解能力，对有机物氧化降解能力更强。光催化氧化法是在光照条件下，使催化剂上价电子发生跃迁，产生自由电子-空穴对，电子-空穴对通过扩散或空间电荷迁移和诱导，转移到表面俘获位置，并分别与O2和-OH作用，在有机物分子或吸附中间产物表面形成•OH，使许多难降解有机物分子氧化降解。一般光催化氧化法使用催化剂有TiO2、ZnO、CdS等，其中TiO2是目前公认催化反应体系中最佳催化剂。TiO2具有催化活性高、化学稳定性好，能使有机物彻底催化降解、不产生二次污染等优点，且价格便宜，因而是最常见光催化产品之一。Meeroff等人以TiO2作为催化剂处理垃圾渗滤液，COD、氨氮去除率分别达86%、71%以上。吴少林等人采用铁炭微电解法-光催化氧化法对生化后垃圾渗滤液进行深度处理，COD、氨氮、BOD5去除率分别达94%、73.9%、80%，色度去除率也达98%以上，处理效果较好。

光催化氧化法具有耐冲击负荷、反应条件温和、无二次污染、能耗低和应用范围广等特点，能使许多难处理有机物完全分解成基本无害简单化合物，同时利用载体吸附性能使低浓度有害物质得以浓缩降解。但光催化氧化技术目前研究大多集中于实验室模拟垃圾渗滤液处理，且普遍存在催化剂不成熟、光催化效率低、催化剂难以分离，无法充分利用太阳能、合适载体选择、处理能力小及装置复杂等一系列问题。如何提高催化剂活性、充分利用太阳光以及催化剂固定和再生是光催化氧化技术的关键。研制高效多功能实用反应器使其具备一定规模工业处理是目前光催化氧化研究的主要方向。

1.3 臭氧氧化法