超聲波進入水體后,負壓相在水體中含氣泡或懸浮物的弱點引起空化泡,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,從而在該點產(chǎn)生瞬間產(chǎn)生了5200K和100 MPa的局部高溫高壓,該點即所謂熱點[1]。熱點處的有機污染物可經(jīng)·OH氧化、氣泡內(nèi)燃燒分解、超臨界水氧化3種途徑進行降解。它提供了一個極特殊的物理化學環(huán)境,從而大大加速反應速度,甚至引發(fā)常溫常壓下不可能的反應。

超聲波在處理高濃度難降解有機物方面有優(yōu)勢,而晚期垃圾滲濾液的水質(zhì)特點是難降解有機物成分多,水質(zhì)復雜,COD和BOD濃度高,金屬離子含量高,氨氮含量高,微生物營養(yǎng)元素比例失調(diào)。故試驗用超聲波降解垃圾滲濾液。

1 試驗研究

1.1 試驗設備及方法

超聲波發(fā)生器(LT-300A), COD消解儀(HACH), pH計(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的晚期垃圾滲濾液,主要水質(zhì)指標如下。

COD測定方法采用中華人民共和國國家標準(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,同時將電極圈置入燒杯底。根據(jù)實驗需要對反應液的曝氣方式、pH值、功率、電解電壓等因素進行控制。反應器不密封,取樣體積20mL,測定上清液COD濃度。

1.2 試驗結(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,同時曝氣。輻照時間分別為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間的增加而增大,但在40～70min內(nèi),隨著輻照時間的增加,COD降解率反而下降,甚至在第70min時降解率出現(xiàn)負值,即反應后滲濾液的COD濃度超過初始濃度,其后COD去除率有所上升。

在反應的前40min內(nèi),滲濾液中易于降解的有機物小分子有機物發(fā)生降解,而這部分有機物可能大部分正是COD測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物降解為小分子有機物,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,進一步提高COD去除率。試驗研究了反應時間、電凝聚電壓、pH值、超聲波功率、曝氣方式等因素對降解垃圾滲濾液中COD去除率的影響。

1.2.2.1 反應時間的影響

初始pH值為8.0,電壓12v,不曝氣,超聲波功率為125w,實驗結(jié)果如下。

反應時間對降解效果的影響較大。從降解效果來看40min達到最高,但是只比30min時提高不到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30min,實驗結(jié)果如下。

提高超聲波功率對COD降解效果意義不大,同條件下250w時比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,反應時間30min,實驗結(jié)果如下。

在pH值為4～10的范圍內(nèi),偏酸性的反應條件下COD去除率最高達到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,反應時間30min,三種曝氣方式,實驗結(jié)果如下。

曝氣方式對COD去除率的影響較大。滲濾液中COD去除率預先曝氣>不曝氣>同時曝氣效果。采用預先曝氣,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,采用預先曝氣20min,反應時間30min,電壓分別為6v,9v,12v,15v,實驗結(jié)果如下。

電壓越高,COD去除率越高。電壓為12v時協(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)化處理條件為:反應時間30min、初始pH=6.0、電凝聚電壓為12v、預先曝氣20min、超聲波功率為125w。在此反應條件下,垃圾滲濾液中COD濃度由822mg/L降低至232mg/L,COD去除率達71.75%。

2.2 結(jié)論

單獨用超聲波技術(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。在上述條件下,COD去除協(xié)同效果達13.84%。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。 來源：谷騰水網(wǎng)

[1]K.S.Suslick. The Chemical Effect ofUltrasound [J].Scientific American,1989,80~86

[2] 蔣海濤,城市垃圾填埋場滲濾液的水質(zhì)特性,環(huán)境保護科學,2002,28, 11～13

[3] 陳繁忠等,電解氣浮法技術(shù)進展,廣東化工,1997,4

作者：朱艷梅