摘要:采用超声辐照技术去除垃圾渗滤液中的氨氮。研究结果表明,超声辐照对垃圾渗滤液中的氨氮有很好的去除效果。渗滤液中氨氮超声去除的机理主要是氨氮以游离氨的形式在空化泡内发生高温热解反应,生成氮气和氢气而排出。

关键词:垃圾渗滤液,氨氮,超声辐照,机理

垃圾渗滤液是填埋场稳定化过程中垃圾分解而产生的有机废水,其成分复杂,水质状况随垃圾成分和填埋年限发生很大变化[1]。

通常使用超过5年的填埋场渗滤液氨氮浓度高[2],过高的氨氮浓度不仅增加了渗滤液生化处理系统的负荷,并且随着填埋时间的延长渗滤液中COD浓度呈下降趋势,C/N也随之降低,甚至会出现C/N<3的情况,造成营养比例的严重失调,而且产生的高浓度游离氨还会对微生物产生抑制作用[3],影响生化处理系统稳定有效的运行。目前渗滤液中氨氮的处理技术主要有吹脱法、电化学氧化法、化学沉淀法以及生物脱氮技术等[4]。近年来,超声辐照作为一种高级氧化技术应用于治理水污染方面的研究,尤其是在治理废水中有毒难降解污染物的研究方面取得了很大进展[5～7]。水在超声辐照作用下,水中的微小气泡核经历振荡、生长、收缩、崩溃等一系列动力学过程,产生瞬时的高温高压,同时生成氧化性极强的羟基自由基,使得水中的污染物在高温高压或羟基自由基的作用下降解[8]。

本研究应用超声辐照去除渗滤液中的氨氮,通过测定自由基清除剂对氨氮去除率的影响和分析氨氮降解的产物,确定了超声去除氨氮的作用机理。

1试验装置和方法

1.1渗滤液

试验用渗滤液取自武汉市某已封场的垃圾填埋场调节池进口,该垃圾场主要处理城市生活垃圾和一般工业垃圾。渗滤液的水质情况为pH = 8. 1;COD = 4770 mg/L; BOD5 = 350 mg/L; NH32N =680 mg/L。

1. 2　试验装置

试验装置如图1所示,超声设备为UGH2300型探头式超声波发生器(中国科学院声学所研制) ,频率20 kHz,电功率0～200W连续可调,钛探头直径20 mm。封闭玻璃反应器直径120 mm,反应液体积1000 mL,钛探头插入反应液面下30 mm。循环水槽控制反应器内液体温度(30 ±2) ℃。空气曝气采用ACO2003型空气压缩机。

1. 3　试验方法

试验时,将渗滤液用滤纸过滤,去除悬浮固体杂质,以减少对超声能量的分散。加水稀释到试验所需氨氮初始浓度后,用H2 SO4 或NaOH溶液调至试验所需初始pH值,取1000 mL装入反应器,开启超声辐照,调节超声电功率。辐照时每隔一定时间取样,测定氨氮浓度。

2　结果与讨论

2. 1　初始pH值对氨氮去除率的影响

配制水样氨氮初始浓度为680 m /L, pH分别为3. 1、4. 2、8. 1、10. 0和11. 0,调节电功率200W超声辐照,历时180 min,不曝气,氨氮去除率如图2 所示。

可以看出在碱性条件下氨氮的超声去除效果优于酸性条件下的去除效果。随着初始pH 值的升高,氨氮去除率迅速上升,当初始pH 值达到11. 0时,氨氮去除率达到85. 28%。这可能与渗滤液的pH值对氨氮的存在形态的影响有关。渗滤液中的氨氮以游离氨和铵离子2种形式存在。在碱性条件下,氨氮主要以游离氨形态存在,在超声辐射过程中易于挥发进入空化泡内进行直接高温热解,比较容易被超声降解,有利于氨氮的去除;而在酸性条件下主要以铵离子形态存在,氨氮不容易被超声去除,导致去除率下降。

2. 2　超声辐照和空气曝气联用对氨氮去除效果的试验研究

对氨氮初始浓度为680 mg/L, 初始pH 值为11. 0的渗滤液样品分别进行单独空气曝气、单独超声辐照、超声辐照和空气曝气联用的试验,电功率为200W,试验结果见图3所示。。

可见,超声辐照和空气曝气联用对氨氮去除效果明显高于单独超声辐照和单独空气曝气, 80 min后氨氮去除率可达96%。单独曝气时完全是因为空气吹脱造成的氨氮的去除。在曝气和超声联用时,由于空气曝气使水中气泡核浓度增大,使得超声能量有效利用率得到提高,促进空化效应的发生,加强了氨氮的高温热解。（华中科技大学环境科学与工程学院）

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