超声辅助球磨降解模拟垃圾渗滤液中氨氮的工艺研究

第２９卷第２期２０１９年６月湖南工程学院学报JournalofHunanInstituteofEngineeringVol．２９．No．２Jun．２０１９超声辅助球磨降解模拟垃圾渗滤液中氨氮的工艺研究∗刘小娟,邓文才,江文彩,李程,吴锋景(湖南工程学院化学化工学院,湘潭４１１１０４)摘要:为解决目前垃圾渗滤液氨氮降解效率低、成本高等问题,本项目采用超声辅助球磨降解氨氮,分别研究了单独球磨、单独超声、超声辅助球磨各工艺技术对模拟垃圾渗滤液氨氮降解的影响,并通过正交实验探索出了超声辅助球磨降解氨氮的最佳工艺条件．研究结果显示:超声辅助球磨明显优于单独球磨及单独超声,其氨氮去除率可达９５．９０％,通过正交极值分析,溶液初始pH值对氨氮去除的影响最大,且最佳工艺参数是:初始pH值为１２、超声功率为４０W、铁球质量为２００g、球磨速度为５００r/min、反应时间为８０min．关键词:超声;球磨;氨氮;模拟垃圾渗滤液中图分类号:X７０３文献标识码:A文章编号:１６７１－１１９X(２０１９)０２－００４８－０７０引言在城市垃圾填埋过程中,由于压实和微生物的分解作用,垃圾所含的污染物将随水分溶出,并与降水、径流等一起形成垃圾渗滤液．垃圾渗滤液如果不经处理就会渗入地下水或环境水体中,消耗水体中大量氧气并带入重金属离子,从而造成缺氧、厌氧且有毒的环境,引起水体中的生物大量死亡．有研究表明渗滤液是地下水中最重要的污染源,被污染后的地下水将在很长一段时间内不能作为饮用水水源．同时,垃圾渗滤液也是典型的高氨氮废水．有资料显示,我国“老年”填埋场产生的渗滤液氨氮含量为３０００~５０００mg/L[１],由于高氨氮对微生物的抑制及垃圾渗滤液中碳源不足,使得大部分垃圾填埋场渗滤液处理过程中总氮的去除率不高[２]．而我国«生活垃圾填埋场污染控制标准»(GB１６８８９－２００８)中氨氮的排放标准为２５mg/L,国内很多垃圾渗滤液的处理都难以达到这个排放标准[３]．因此,氨氮废水的脱氮问题成为了研究的重点和难点．目前针对高浓度氨氮废水处理的主要方法有吹脱法、化学沉淀法、折点氯法等．吹脱法空气用量大,动力消耗大,运行成本高,长时间运行易使设备结垢堵塞;化学沉淀法所需沉淀剂的用量较大,并需要对废水的pH进行调整,有时生成的沉淀颗粒细小或是絮状体,会使得固液分离有一定的困难;折点氯法对液氯安全使用和贮存要求高,对pH要求也很高,产生的水需加碱进行中和,致使其处理成本较高,另外其副产物氯胺和氯代有机物会造成二次污染[４]．本文分别采用超声、球磨以及超声辅助球磨各工艺技术来处理模拟垃圾渗滤液,探索最佳氨氮去除工艺条件,并对超声、球磨降解氨氮的机理进行了初步探讨．１实验部分本实验采用一定浓度的氯化铵模拟垃圾渗滤液中氨氮成分进行标准曲线的绘制和降解实验．１．１氨氮测试方法使用UV－６０００PC紫外可见分光光度计(上海∗收稿日期:２０１８－１０－１９基金项目:湖南省自然科学基金资助项目(２０１８JJ４０４６);２０１７年度湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目(５７４)．作者简介:刘小娟(１９８１－),女,硕士,工程师,研究方向:功能材料及环保处理工艺．第２期刘小娟等:超声辅助球磨降解模拟垃圾渗滤液中氨氮的工艺研究元析有限公司),按中华人民共和国环境保护标准HJ５３５－２００９(水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度法)测试氨氮．１．２标准曲线的绘制分别配制好氨氮值为０．０、４．０、８．０、１２．０、１６．０、２０．０mg/L的模拟垃圾渗滤液５０mL,各加入１mL酒石酸钾钠溶液,摇匀、静置．随后再补加１．５mL纳氏试剂,摇匀后,在２５℃下水浴放置１０min,使其充分显色．然后用１０mm比色皿,以去离子水作空白参比,测试其在波长４２０nm处的吸光度．然后以空白校正后的吸光度及其对应的氨氮含量(mg/L),绘制标准曲线及计算出回归方程．１．３超声、球磨处理模拟垃圾渗漏液中氨氮取一定质量铁球(Φ＝１mm),分别经过２０g/L的Na２CO３溶液除油、自来水洗、去离子水洗、１０％稀硫酸酸洗、活化、自来水洗、两道去离子水洗、称重后,迅速加入到干燥、洁净的２５０ml三颈圆底烧瓶中．随后加入氨氮浓度为５０mg/L的用FiveEasyPlus型pH计(梅特勒－托利多国际贸易有限公司)调好pH值的模拟垃圾渗滤液５０mL,插入清洗干净的PTFE搅拌杆,用铁架台用夹固定在盛有一定体积自来水的KQ－１００DE型数控５０kHz清洗槽式超声发生器(昆山市超声仪器有限公司)中,搭好DW－１－８０型无极恒速搅拌器(巩义市英峪予华仪器厂)．然后保持超声发生装置、三颈烧瓶、聚四氟乙烯搅拌杆、无极恒速搅拌器四者在同一水平,固定旋紧搅拌杆,上下微调无极恒速搅拌器高度,使得搅拌杆的杆底距瓶底的铁球在１mm左右,且两叶片垂直于杆底