催化臭氧去除垃圾渗滤液中DEHP及高浓度腐殖质的机理研究

发布时间：2020-03-22 18:45

【摘要】： 针对垃圾渗滤液中有机物难降解、毒性大、难以达标排放的问题,选取两种在垃圾渗滤液中普遍存在的污染物为研究对象:(1)在垃圾渗滤液中微量存在,但具内分泌干扰性的难降解有机物-邻苯二甲酸异辛酯(di(2-ethylhexyl) phthalate,简称DEHP);(2)垃圾渗滤液中的主体有机物,且难于生化降解-高浓度腐殖质(TOC100mg/L)。采用液-液萃取,色谱-氢火焰离子化检测(GC-FID)方法分析天津市两个主要垃圾填埋场渗滤液中酞酸酯(phthalic acid esters,简称PAEs)的存在情况,均检出不同浓度的邻苯二甲酸二丁酯(di-n-butyl phthalate,简称DBP)和DEHP,未检出其他PAEs有机物;DBP浓度范围为3.8～9.3μg/L,DEHP浓度范围为65.3～1212.0μg/L,渗滤液中DEHP含量远远高于DBP含量。采用XAD大孔树脂吸附分离技术对渗滤液中腐殖质进行分离与提取,试验结果表明渗滤液经过充分生物处理后,残余的有机物绝大部分为难以生物降解的可溶性腐殖质。考察了臭氧对DEHP及腐殖质氧化降解去除的效能和可能的氧化机理,系统探讨了臭氧初始浓度、污染物初始浓度、pH值、温度、抑制剂等因素对臭氧氧化降解DEHP和腐殖质反应的影响,分析了不同臭氧氧化条件下污染物的降解特征。结果表明臭氧氧化对DEHP具有较好的降解效果,确定了较优的反应条件限值为:臭氧浓度16.8mg/L,温度不宜超过35.5℃,pH值不宜超过10。试验中加入·OH抑制剂叔丁醇,阻碍DEHP的臭氧氧化反应,间接证明了反应遵循羟基自由基反应机理。采用紫外可见光谱(UV-Vis)、气相色谱-质谱(GC/MS)等分析方法,对DEHP臭氧氧化中间产物进行分析,得出DEHP可能的降解途径。研究了Fe(II)、Mn(II)、Cu(II)对高浓度腐殖质的臭氧催化降解的可能性,对其催化作用机制进行了考察。结果表明,无论是臭氧氧化还是催化臭氧氧化都具有显著的脱色作用,并可有效去除以UV254表征的有机物。在去除TOC及COD表征的有机物时,催化臭氧氧化法降解腐殖质的效率比单独臭氧氧化法有显著提高,氧化60min时,TOC的去除率从28.6 %增加到57.9%(Fe(II)催化)、68.9%(Mn(II)催化)、74.5%(Cu(II)催化),Cu(II)催化效果最优。Fe(II)、Mn(II)、Cu(II)的最佳投加浓度均为0.6mg/L。溶液初始pH值、温度、羟基自由基抑制剂叔丁醇等因素对腐殖质去除率均有一定影响。对Fe(II)和Cu(II)而言,催化作用机理主要是通过各物质与溶液中溶解的臭氧发生反应而产生·OH,进而显著提高氧化过程对腐殖质的降解能力。Mn(II)对臭氧氧化的催化作用,则主要是它与臭氧反应生成水合态MnO2再进一步形成具有催化活性的MnO2-OH·所致。最后对垃圾填埋场渗滤液生化处理出水进行了小试研究,用Cu(II)催化臭氧氧化生化处理后的渗滤液,仅需投加0.6mg/L Cu(II)即可达到理想效果,并且出水中Cu的浓度远远低于污水排放标准的要求值。
【图文】：

腐殖质,结构模型

天津大学博士学位论文第一章绪论13C-NMR 分析，化学降解和氧化还原降解以及胶体化学和电子显微镜观察，填进去 O、H 和 N 原子，建立了如图 1-1 所示的腐殖质结构模型[37]。可以看出，在此模型中，，腐殖质的氧主要以羧基、酚羟基、醇羟基、酯基和醚的形式存在，氮则存在与杂环结构和氰中。腐殖质类物质因其表面的多种官能团能够与水中金属离子络合；而且，腐殖质类物质可以吸附在胶体颗粒表面形成有机保护膜，使得胶体表面电荷密度增加，大大增加胶体的稳定性，从而严重影响水处理效果。

色谱图,中间产物,色谱图,邻苯二甲酸二甲酯

- 55 -图 3-16 800μg/LDEHP 氧化中间产物色谱图(O316.8mg/L; DEHP:800μg/L; 温度: 27.9℃; pH: 6.13; 氧化时间:15min)3.2.3.2 中间产物的定性分析为了对臭氧氧化降解 DEHP 过程中生成的中间产物有更详细的了解，本文采用 GC/MS 对 DEHP 初始浓度 800μg/L，臭氧氧化 60min 反应中生成的有机中间产物进行了定性测定，主要检出苯酚、邻苯二甲酸、邻苯二甲酸二甲酯、苯乙酰胺。根据检测鉴定出的中间产物，分析 DEHP 降解过程可能为：DEHP 在·OH 作用下生成物质 1,2-苯二碳酸和邻苯二甲酸二甲酯。邻苯二甲酸二甲酯继续脱酯生成邻苯二甲酸，最终被氧化成二氧化碳和水。臭氧氧化降解 DEHP 的可能反应历程为：
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：X703

【引证文献】