1前言

　　從20世紀80年代起，光化學反應開始應用于垃圾滲濾水的處理和研究[1～3]。到90年代中期開始引起廣泛關注，在某些領域已取得可喜成績。垃圾滲濾水成分十分復雜，不僅含有機污染物，還含重金屬和植物性營養物，滲濾水水質、水量隨填埋場土質、氣候、水文條件及場合的不同而變化，其可處理性很難把握。目前常用的生物處理方法較難滿足排放標準。本文主要介紹了光化學處理垃圾滲濾水的幾種工藝的處理效果和影響因素。提出了光化學方法處理滲濾水中存在的問題和今后的發展趨勢。

　　2光化學機理

    國內外光化學水處理方法概括起來分為以下幾類：直接光解，紫外光/氧化劑(UV/H2O2、UV/O3、UV/H2O2/O3等);均相光催化氧化(光Fenton、UV/Fe(Ⅲ)?OH配合體系)和多相光催化氧化(半導體光催化)。其共同的特征是通過光的作用誘發產生氧化能力極強的(僅次于氟)活性自由基(OH?)，從而氧化、降解甚至礦化有機物。各種工藝產生OH?的反應見表1。表1產生OH?的反應方程式工藝反應式UV照射H2O→OH?+HH2O2/UVH2O2/O3H2O2+hν[/i]→2OH?O3+H2O+hν[/i]→H2O2+O2H2O2+hν[/i]→2OH?Fe(Ⅱ)+H2O2/UV__________________Fe(Ⅲ)+H2O2/UVFe(Ⅱ)+H2O2→Fe(Ⅲ)+OH?+OH-Fe(Ⅲ)+H2O+hν[/i]→Fe(Ⅱ)+H++OH?H2O2+hν[/i]→2OH?__________________________________Fe(Ⅲ)+hν[/i]→Fe(Ⅱ)+OH?Fe(Ⅱ)+H2O2→Fe(Ⅲ)+OH?+OH-Fe(Ⅲ)+H2O+hν[/i]→Fe(Ⅱ)+H++OH?H2+hν[/i]→2OH?TiO2/UVTiO2+hν[/i]→H++e-H2O+H+→OH?+H-O2+e-→O2-→HO2?2HO2?→O2→H2O2H2O2+O2?-→OH?+OH-+O2

　　3處理結果及影響因素

　　3.1直接光解

　　3.1.1γ射線日本的TakeshiSawat等[1]在20世紀80年代初，用γ射線進行了垃圾滲濾水處理的實驗研究。在室溫曝氣狀態下用60Co射線對滲濾水進行處理，結果發現通過光照其COD和TOC大大降低，BOD5大幅增加，pH值變化不大。COD去除率達45%，BOD5/COD由0.016變為0.60。

　　3.1.2UV光UV光處理滲濾水對COD的去除率很低，但對滲瀝中的氰化物去除效果較好，去除率可達90%。KMBR等[4]在溫度為46。C，水力停留時間HRT=0.28h的條件下對滲濾水(CN-約4mg/L、COD約1700mg/L)用UV光和UV/O3、O3作了對比實驗，結果表明UVUV/O3對CN-的去除率均為90%，而O3氧化去除率僅12%，COD的去除率約10%～20%。溫度嚴重影響CN-的去除，同樣條件下，18。C時CN-的去除率(UV光和UV/O3)約20%。其原因在于氰化物在滲濾水中主要以化合態存在，主要是氰化鐵，UV光能將氰化鐵從化合態變成自由態，且UV光能產生足量的OH?來降解自由態的氰。

　　3.2UV/氧化劑UV/氧化劑水處理工藝主要有UV/O3、UV/H2O2、UV/H2O2+O3幾種工藝。在酸性條件下(pH=2)，NlisunHInce[5]用以上3種工藝分別在高壓汞燈和低壓汞燈照射下對滲瀝處理進行了研究，處理結果見表2。表23種工藝在pH=2條件下光照8h后的滲濾水處理效果(%)燈源CODTOCTOXUV/H2O2+O3UV/O3UV/H2O2UV/H2O2+O3UV/O3UV/H2O2UV/H2O2+O3UV/O3UV/H2O2高壓汞燈834757695360854077低壓汞燈89545970424315032WenzelA等[6]用一種光薄膜反應器在pH=8.1時對滲濾水進行處理，UV/H2O2的TOC去除率(初始TOC濃度430mg/L)在反應時間為1h和8h后分別為16%和89%。對滲濾水中的有毒污染物，UV/O3被認為是最有效的處理方式，UV/O3對羥基類化合物和多環碳氫化合物的去除率幾乎為100%，對多氯聯苯(PCB)的去除率為23%～96%。在pH=7.5時，ShinyaEchigo等[7]對用O3/VUV、O3/H2O2、VUV、H2O2/VUV4種工藝對滲濾水中TCEP((ClCH2CH2O)3PO4)分解作了研究。其中O3/H2O2工藝最佳，依次為O3/H2O2、O3/VUV、H2O2/VUV、VUV。對TOC的去除結果相似，也是O3/H2O2工藝效果最好，這主要是因為滲濾水中含量高的NO3-(260mg/L)，干擾了OH?的產生，使VUV工藝處理效果差。生產性研究方面，SteensenM[8]對研究H2O2/UV工藝處理滲濾水的能耗和能量作了研究。在pH值2.0～4.0、溫度30OC、H2O2濃度大于500mg/L時，用低壓汞燈和中壓汞燈連續實驗，當COD去除率為50%時，H2O2消耗量為2g(H2O2)/g(COD)，低于化學計算值2.1g(H2O2)/g(COD)，這表明溶解氧參與了氧化反應。H2O2濃度維持在500mg/L，O2濃度大于5mg/L，額外增加氧不能增加COD的降解率。低壓汞燈的能量消耗在100～200(W.h)/g(COD)，中壓燈為400～700(W.h)/g(COD)。

　　3.3光Fenton工藝到目前為止，光Fenton工藝被認為是處理垃圾滲濾水效果最好的光化學方法。Soo-m?Kim[9～10]實驗認為取得最好效果的最佳條件是：Fe(Ⅱ)濃度大約1.0×10-3mol/L，pH=3，摩爾比率H2O2:COD=1:1。在少于0.6kg(COD)/(m3?h)的體積負荷情況下，COD降解率高于70%。影響光Fenton反應處理垃圾滲濾水的因素很多，如UV強度、H2O2、Fe(Ⅲ)增加量、有機負荷、pH值等。

　　3.3.1pH值光Fenton反應pH在3、8.2時，COD去除率分別為70%、20%;在pH=5.5時，COD的降解顯著減少，其主要原因在于鐵鹽沉淀物的形成阻止了UV光的輻射。

　　3.3.2H2O2H2O2輸入量為0、25%、50%、100%、150%，測定結果顯示：在25%時，COD的降解約是理論期望值的2倍，主要原因在于Fe(Ⅲ)OH的光解和UV光直接作用于污染物分子上。不加H2O2也能取得25%的COD去除率，主要是Fe(Ⅱ)作用的結果。H2O2增加到100%時，COD去除率沒有明顯增加。

　　3.3.3Fe(Ⅱ)增加量為取得最優Fe(Ⅱ)量，實驗比較了摩爾比，H2O2:Fe(Ⅱ)=1:0、100:1、50:1和25:1的COD去除效果。結果表明，在H2O2:Fe(Ⅱ)=∞和50:1之間時，Fe(Ⅱ)增加導致COD去除率顯著增加，增加Fe(Ⅱ)超過此范圍，不影響去除率。不增加Fe(Ⅱ)也能取得35%的去除率主要是H2O2作用的結果。

　　3.3.4有機負荷在停留時間為1、2、3、4h和不同的COD體積負荷情況下實驗，結果表明：體積負荷為0.6kg/(m3?h)時，COD去除率為70%，最大的COD去除率為80%，相應的體積負荷為0.29kg/(m3/h)，最小去除率為43%，相應的體積負荷為1.15kg/(m3/h)。

　　3.3.5溶解氧在[TOC]0=110mg/L、[H2O2]0=0.03mol/L、[Fe(Ⅱ)]0=0.36mol/L、pH=3、T[/i]=20。C時，分別用N2和O2進行實驗，1h后發現，充氧條件下TOC去除率為72%，充氮條件下TOC去除率為54%。

　　3.3.6能耗實驗表明，與H2O2/UVC相比較，光Feton反應能耗小。去除1kgCOD時，Fe(Ⅱ)/H2O2/UVA較之節約32%的能量，Fe(Ⅲ)OX/H2O2/UVA工藝較之節約47%的能量。3.3.7光照強度在摩爾比H2O2：COD=1：1，Fe(Ⅱ)濃度為1.2×10-3mol/L，能量輸出分別為0、80、160kW/m3時進行實驗。結果表明，光照2h后，0能量輸入時，TOC去除率為17%;能量輸入80kW/m3時，增加3倍;能量輸入160kW/m3時，增加倍數更大。3.4UV/TiO2工藝BekboletM等[11]用2種不同的催化劑(HombikatUV100和DegussaP25)進行預處理填埋場滲濾水實驗研究。

　　3.4.1間隙反應器實驗用5g/LDegussaP25作催化劑時，加入TiO2，TOC去除率為3%;調節pH為3，TOC去除率為43%。使用HombikatUV100作催化劑，加入TiO2，TOC去除率為23%;再調節pH為3，則TOC去除率為68%。可見HombikatUV100的吸附性能大約是DegussaP25的5倍。然而5h光照后2種材料的TOC去除率幾乎相同，但BOD5變化很小，可能是可生物降解物質也被吸附。同時實驗表明，pH=5時，吸附性能最，pH=3和8時吸附性能略低之，pH=11時吸附性能最差。

　　3.4.2用薄膜固定床反應器進行實驗(連續流系統)

　　3.4.2.1pH值影響在pH=3、5、7、9、11時進行實驗，實驗表明pH=3、5、7時，TOC去除率依次為43.1%、49.5%和51.2%，而COD去除率分別為36.3%、78.1%、56.2%。pH=9、11時TOC和COD的去除率均低于20%。3.4.2.2滲濾水初始濃度的影響在62.3～273.5mg/L范圍內實驗，TOC最大去除率發生在62.3mg/L;而COD的最大去除率發生在初始濃度為213mg/L時。

　　3.4.2.3光強度的影響在同樣的實驗條件下(pH=3、Q[/i]=1.5L/h、COD=150mg/L)用同樣的滲濾水在光強為0、50、100W/m2時，進行對比實驗，發現50W/m2時，去除的TOC(ΔTOC)為22.9mg/L，僅稍低于100W/m2的ΔTOC(26.8mg/L)。沒有光照時，去除的COD僅為7.1mg/L。

　　3.4.2.4增加氧化劑的影響實驗表明，增加氧化劑H2O2和Na2S2O8對處理沒有明顯的好處，在pH=7增加0.5或1mmol/LH2O2時，甚至導致抑制作用。4存在的問題和發展趨勢光化學具有較強的降解能力、無污染和少污染、操作方便等優點，在垃圾滲濾水處理領域具有廣闊的前景。但光化學處理滲濾水仍處在初級階段，存在的問題很多，如反應裝置簡陋、不能充分利用太陽能、不能滿足大規模處理、處理成本高等。今后的發展應立足于減少能耗、充分利用太陽能、新催化劑的開發和光化學與其他工藝(如生物處理)相結合的處理研究。