低温等离子体协同絮凝剂降解垃圾渗滤液中COD

第1期盛楠，等：低温等离子体协同絮凝剂降解垃圾渗滤液中COD47垃圾渗滤液是指垃圾在堆放和填埋过程中，由于发酵和雨水淋溶、冲刷，以及地表水和地下水浸泡过滤产生的污水j。垃圾渗滤液一般具有成分复杂、种类繁多等特点J，其中有机污染物含有各类芳烃化合物，并且取代基团繁多，无机污染物主要是氨氮和重金属污染；污染物浓度高、变化范围大，垃圾填埋场根据其场龄不同，COD变化范围一般在2000～62000mg／L，BOD范围6O一45000mg／LJ，填埋初期渗滤液的可生化性较好，随着场龄增加BOD／COD下降，氨氮浓度和重金属浓度上升，可生化性降低_5～l，某一场龄的垃圾填埋场其渗滤液中污染物浓度还会受降雨量变化影响。低温等离子体技术是一种高级氧化技术J，在环境保护领域有广泛应用。等离子体被称为物质的第四态，由电子、正负离子、激发态的原子、分子和自由基等离子组成。低温等离子体技术运用于废水净化，主要是利用体系空间中产生的·OH、臭氧、电子、光子、正负离子、活性基团等，氧化废水中的污染物质。。。絮凝沉降是通过降低或破坏污水中胶体∈电位，通过电中和、吸附架桥、絮体卷扫等过程，将难沉淀降解物质聚并沉淀的过程。根据垃圾渗滤液的水质特点，单纯采用低温等离子体处理垃圾渗滤液，要达到出水水质标准需要较长放电时间。为减少电能消耗，在低温等离子体处理过程中引入絮凝沉淀工艺，利用絮凝剂沉淀和吸附作用，快速将有机污染物捕捉分离，提高能量利用率⋯J。本实验利用低温等离子体协同絮凝剂，通过改变放电电压、放电时间、输入总功率和絮凝剂添加顺序，探寻低温等离子体协同絮凝剂降解垃圾渗滤液的基本规律。1实验方法1．1实验试剂及装置实验水样取自安徽省淮南市东部垃圾填埋场垃圾渗滤液，水样取回后用玻璃瓶放置在4℃恒温箱中保存，原水样呈黑色，散发难闻恶臭，COD初始浓度6880mg／L。本实验使用重铬酸钾法测定垃圾渗滤液COD。涉及的主要试剂有硫酸银、浓硫酸、重铬酸钾、邻菲哕呤、硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、碱式氯化铝(PAC)、去离子水等。本实验涉及的主要仪器有HCA一100标准COD消解器、79—3型磁力恒温搅拌器、TDGC2接触调压器、P096652C功率放大器、滴定管等玻璃仪器若干。等离子体反应器为自制的针板式介质阻挡放电低温等离子体反应器。反应器为筒状，内径450mm、高度100mm。上部盖板开有两孔：中心孔用于插人阳极电极铜针，铜针直径1mm，下端打磨成针状；另一孔用于插入冷凝回流管，避免因放电水温升高而造成水分流失。反应器底部放置10mm厚有机玻璃板作为阻挡介质，有机板下面设置铝网作为放电阴极。1．2实验过程及方法220V交流电经接触调压器、功率放大器后，分别连接至针板式反应器的中心铜针和底部铝网上。水样置于反应器中，反应器上端接冷凝回流管，下部放置磁力搅拌器。整个放电体系的电功率用接触调压器之前的功率表测量，放电电压由高压探头和示波器测量，实验装置如图1所示。1．电源；2．接触调压器；3．功率放大器；4．冷凝管；5．针板式DBD反应器；6．磁力搅拌器；7．高压探头；8．数字示波器图1实验装置图实验前调节铜针针尖与液面距离约8mm，以保证良好的放电效果。调节磁力搅拌器转速确保搅拌时不会在液面形成明显的漩涡凹面。在放电过程中，阴极和阳极之间的放电空间产生高能电子，同时在放电过程中还会向水体中辐射紫外光与其他活性基团协同降解渗滤液中的有机污染物n引。COD降解率计算公式为COD降解率=(COD。一CODi)／CODo，其中COD0和CODi分别为48安徽理工大学学报(自然科学版)第36卷未经处理的原水样和实验测试COD值。2结果及讨论2．1放电时间对COD降解率的影响取垃圾渗滤液水样50mL置于等离子体反应器中，放电电压13．5kV，连续放电10h。垃圾渗滤液COD降解率随放电时间变化如图2所示。＼{5{}堪酋￡Q8放电时间／h图2COD降解率与放电时间关系曲线放电30min后，渗滤液的COD浓度上升了2．47％；继续放电COD浓度开始下降，l～6hCOD降解速率最快，COD降解率从1．31％上升至55．23％；6h之后继续放电，COD降解速率变缓，从55．23％上升至62．06％。反应初期渗滤液中的大分子有机污染物(例如多环芳烃)在等离子体活性基团作用下开环断键，形成新的可化学氧化的小分子有机污染物，表现为COD上升，所以在初始阶段COD降解率为负值。随后小分子有机物在等离子体作用下不断被氧化分解，COD降解率不断上升。继续放电COD降解率上升速度减弱，放电6h之后曲线趋于平稳，说明渗滤液中可被等离子体降解的有机物含量逐渐减少。2．2放电电压对COD降解率的影响取50mL垃圾渗滤液于等离子体反应器中，放电电压变化范围9．9—15．3kV，放电时间4h。COD降解率随放电电压变化规