温和条件下亚硝酸根催化氧化降解垃圾渗滤液中难降解有机物的研究

腐殖质类难降解有机物的降解是垃圾渗滤液处理的关键和难点。本项目拟采用清洁丰富的氧气或空气为氧化剂，利用短程硝化技术将垃圾渗滤液中高浓度的NH4+转化为NO2-作为催化剂，以环境友好的Fe3+或其它过渡金属离子为助催化剂，系统开展垃圾渗滤液中难降解有机污染物的催化湿式氧化降解研究。对助催化剂进行固载，比较各种载体和制备方法对催化剂活性的影响，研制高效稳定的多相催化剂，发展温和高效的催化氧化降解垃圾渗滤液新方法，建立完善的分离分析方法如离子交换树脂、膜分离、FT-IR光谱以及各种色谱 (GC、LC和IC)和质谱(GC/MS、LC/MS)分析方法对降解过程进行监测，推测典型有机污染物的断裂规律和降解途径。通过对反应体系中活性氧物种的捕捉，探讨自由基的生成及氧分子活化规律，建立相应的反应动力学方程，推测垃圾渗滤液中有机物的降解机理，为设计更加温和高效的垃圾渗滤液催化氧化降解体系提供理论基础和依据。

腐殖质(富里酸和腐殖酸) 类难降解有机污染物的降解去除是垃圾渗滤液处理的关键和难点。本项目以丰富易得的氧气或空气为氧化剂，便宜的NaNO2为催化剂、垃圾渗滤液中经常检测到的有机污染物2, 4, 6–三氯苯酚 (TCP)为共氧化物质，对垃圾渗滤液中的腐殖质类难降解有机物进行了系统的催化湿式共氧化降解研究，发展出了一种温和高效、成本低廉的催化湿式共氧化深度处理圾渗滤液的新体系。该体系首先以富里酸 (FA)为模型污染物进行降解，研究发现在NaNO2存在的条件下，TCP的加入极大地促进了FA的降解：在150 oC、0.5 MPa氧气压力条件下反应4小时，催化湿式共氧化体系中TCP和FA混合溶液由初始的淡黄色完全变成了无色，同时TOC去除率达到了62.1%；而FA溶液单独催化氧化降解时，溶液仍为黄棕色，而且TOC去除率仅为12.2%。另外在相同条件下单独进行TCP溶液的催化湿式氧化降解发现TOC去除率为69.2%，假设在催化湿式共氧化体系中TCP的TOC去除率仍为69.2%，则通过计算可得出FA的TOC去除率大约为60.4%。从以上结果可以看出TCP的加入促进了FA的降解。系统考察了反应温度、催化剂和共氧化物质用量、氧气压力以及溶液的初始pH值等因素对FA氧化降解的影响。在优化条件 (150 °C的反应温度和0.5 MPa的氧气压力)下，TCP和FA混合溶液的TOC去除率达到了62.1%，同时反应后溶液的BOD5/COD值从反应前的0.1增加到了0.39。研究了TCP和FA催化湿式共氧化反应动力学，发现该共氧化体系中有机物的氧化速率与它们的浓度成准一级反应关系。采用自由基抑制试验证明了体系中存在羟基自由基，在此基础上推测了富里酸可能的降解机理。该催化湿式共氧化体系也进一步被应用于腐殖酸和长沙市黑糜峰垃圾填埋场渗滤液的处理，并且获得了较好的结果。在优化条件下，处理后溶液的COD去除率都达到了56%左右，同时BOD5/COD值从反应前的不到0.1增加到了0.3以上。最后该催化湿式共氧化体系也被成功地应用于垃圾渗滤液中常见的微量难降解有机物—内分泌干扰物双酚A (BPA)的处理，在优化条件下，BPA和TCP去除率分别达到了100%和96.4%，同时反应后溶液的BOD5/COD值从反应前的0.08增加到了0.95。