摘要:采用超聲輻照技術去除垃圾滲濾液中的氨氮。研究結果表明,超聲輻照對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理主要是氨氮以游離氨的形式在空化泡內發生高溫熱解反應,生成氮氣和氫氣而排出。
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
試驗用滲濾液取自武漢市某已封場的垃圾填埋場調節池進口,該垃圾場主要處理城市生活垃圾和一般工業垃圾。滲濾液的水質情況為pH = 8. 1;COD = 4770 mg/L; BOD5 = 350 mg/L; NH32N =680 mg/L。1. 2 試驗裝置試驗裝置如圖1所示,超聲設備為UGH2300型探頭式超聲波發生器(中國科學院聲學所研制) ,頻率20 kHz,電功率0～200W連續可調,鈦探頭直徑20 mm。封閉玻璃反應器直徑120 mm,反應液體積1000 mL,鈦探頭插入反應液面下30 mm。循環水槽控制反應器內液體溫度(30 ±2) ℃。空氣曝氣采用ACO2003型空氣壓縮機。
1. 3 試驗方法試驗時,將滲濾液用濾紙過濾,去除懸浮固體雜質,以減少對超聲能量的分散。加水稀釋到試驗所需氨氮初始濃度后,用H2 SO4 或NaOH溶液調至試驗所需初始pH值,取1000 mL裝入反應器,開啟超聲輻照,調節超聲電功率。輻照時每隔一定時間取樣,測定氨氮濃度。2 結果與討論2. 1 初始pH值對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,調節電功率200W超聲輻照,歷時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,當初始pH 值達到11. 0時,氨氮去除率達到85. 28%。這可能與滲濾液的pH值對氨氮的存在形態的影響有關。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存在,在超聲輻射過程中易于揮發進入空化泡內進行直接高溫熱解,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存在,氨氮不容易被超聲去除,導致去除率下降。2. 2 超聲輻照和空氣曝氣聯用對氨氮去除效果的試驗研究對氨氮初始濃度為680 mg/L, 初始pH 值為11. 0的滲濾液樣品分別進行單獨空氣曝氣、單獨超聲輻照、超聲輻照和空氣曝氣聯用的試驗,電功率為200W,試驗結果見圖3所示。具體參見更多相關技術文檔。
可見,超聲輻照和空氣曝氣聯用對氨氮去除效果明顯高于單獨超聲輻照和單獨空氣曝氣, 80 min后氨氮去除率可達96%。單獨曝氣時完全是因為空氣吹脫造成的氨氮的去除。在曝氣和超聲聯用時,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,促進空化效應的發生,加強了氨氮的高溫熱解。
