电气石_TiO_2复合材料光催化深度处理垃圾渗滤液研究
电气石/TiO 2复合材料光催化深度
处理垃圾渗滤液研究
宋海燕1，冯艳文2，张
青2，朱华静2
（1.中海油天津化工研究设计院，天津300131；2.天津职业大学生物与环境工程学院，天津300410）
［摘要］采用电气石/TiO 2复合光催化材料深度处理垃圾渗滤液，研究了反应时间、催化剂投加量、pH 等因素对处理效果的影响。结果表明，在pH 为8～9，光催化剂投加质量浓度为0.4g/L ，反应时间为150min 的条件下，垃圾渗滤液中COD 、色度、Cu 2+和Pb 2+的去除率分别可达89%、100%、98%和99%，该技术在垃圾渗滤液的深层处理领域展示了良好的应用前景。
［关键词］垃圾渗滤液；二氧化钛；电气石；光催化剂［中图分类号］O484
［文献标识码］B
［文章编号］1005-829X （2011）07-0058-03
Study on advanced treatment of landfill leachate with
tourmaline/TiO 2composite photocatalysts
Song Haiyan 1Feng Yanwen 2Zhang Qing 2Zhu Huajing 2
（https://www.360docs.net/doc/6e348158.html,OOC Tianjin Chemical Research ﹠Design Institute ，Tianjin 300131，China ；
2.College of Biological &Environmental Engineering ，Tianjin Professional College ，Tianjin 300410，China ）Abstract ：Tourmaline/TiO 2composite photocatalysts have been used for treating landfill leachate.The effects of influential factors ，such as reaction time ，catalyst dosage ，pH ，etc.on the treatment efficiency are studied.The results show that when its pH is 8-9，mass concentration of tourmaline/TiO 2composite photocatalysts 0.4g/L ，and reaction time 150min ，the removal rates of COD ，Cu 2+and Pb 2+could be up to 89%，98%and 99%，respectively ，and decolorization rate reaches 100％．Tourmaline/TiO 2composite photocatalysts show a good application prospect in the field of advanced treatment of landfill leachate.
Key words ：landfill leachate ；titania ；tourmaline ；photocatalysts
目前，我国垃圾处理主要采用卫生填埋的方法。在垃圾填埋过程中，由于压实、降雨和微生物的分解作用，会从垃圾层中渗出一定量的高浓度有机废水，即为垃圾渗滤液。该类废水污染物浓度高，可生化性差，难于处理〔1〕
。随着污染物排放标准的提
高，许多地区要求处理后渗滤液中COD Cr <100mg/L ，而传统的生物处理技术和一般的物化处理技术很难满足这样的标准，需要对其进行深度处理。
笔者采用电气石/TiO 2复合光催化材料对垃圾渗滤液进行了深度处理，研究了反应时间、催化剂投加量、pH 等因素对深度处理效果的影响，以期为光催化氧化深度处理垃圾渗滤液的工程应用提供参考。
1实验部分
1.1
实验材料
电气石/TiO 2复合光催化材料，依据参考文
献〔2〕制备。实验所用垃圾渗滤液为天津市某垃圾填埋场生化处理后的出水，根据实验的需要将该垃圾渗滤液进行稀释，取稀释后水作为实验原水，其水质为COD Cr 400mg/L 、色度1000PCU 、pH 8.1、Pb 2+10
mg/L 、Cu 2+110mg/L 。1.2实验方法
1.2.1光催化反应实验
取原水400mL 加入到直径为115mm 、深60mm 的玻璃培养皿内，反应液有效深度约为38.5mm ，加入一定量的光催化剂，将此培养皿水平放置在磁力
［基金项目］天津市高等学校科技发展基金计划项目（20060519）
第31卷第7期2011年7月
工业水处理
Industrial Water Treatment
Vol．31No．7Jul.，2011
58
搅拌器的托盘上。上置汞灯，其功率为25W ，紫外线波长为253.7nm ，光源距液面90cm ，辐射到液面的紫外线强度采用UVZDZ-1型自动量程紫外照度计测量，波长范围230～290nm ，峰值波长（254±1）nm ，测量值为54.8μW/cm 2。开动磁力搅拌器，搅拌速度为60r/min 。搅拌速度稳定后，打开汞灯，开始连续光催化氧化。
1.2.2分析项目与方法
COD Cr 采用重铬酸钾法测定；色度采用HANNA C200多参数离子测定仪测定；pH 采用HANNA HI9321型酸度计测定；金属离子浓度采用岛津AA-670型原子吸收分光光度计测定。元素火焰原子吸收法测定条件见表1。
表1
Cu 2+和Pb 2+检测条件
2
结果与讨论
2.1
光催化剂投加量的影响
光催化剂的投加质量浓度为0.1～0.8g/L ，在反
应温度为25℃、反应时间为60min 的条件下，考察光催化剂投加量对垃圾渗滤液深度处理效果的影响，结果见图1。
图1
光催化剂投加量对垃圾渗滤液深度处理效果的影响
由图1可知，随着光催化剂投加量的增大，垃圾渗滤液中COD Cr 、色度、Pb 2+和Cu 2+的去除率均呈现上升趋势，尤其是光催化剂投加质量浓度从0.1g/L 增加到0.4g/L 时，其去除率上升趋势最为明显。确定，光催化剂的最佳投加质量浓度为0.4g/L 。
2.2光催化反应时间的影响
在光催化剂投加质量浓度为0.4g/L 、反应温度
为25℃的条件下，考察光催化反应时间对垃圾渗滤液深度处理效果的影响，结果发现，随着反应
时间的增加，色度和Pb 2+的去除率增长较快，反应
30min 后，其去除率已分别达到83%和80%，反应60min 后，其去除率分别达到了100%和98%。而随着反应时间的增加，COD Cr 和Cu 2+的去除率的增长
相对较缓，反应150min 后，其去除率分别达到89%和98%，继续延长反应时间已无法加大COD Cr 和
Cu 2+的去除率。因此，光催化反应的最佳反应时间应
为150min 。
2.3pH 的影响
调整垃圾渗滤液的初始pH 为3、5、7、9和11，在光催化剂投加质量浓度为0.4g/L 、反应温度为
25℃、反应时间为150min 的条件下，考察pH 对垃圾渗滤液深度处理效果的影响，结果见图2。
图2
pH 对垃圾渗滤液深度处理效果的影响
由图2可知，随着pH 的增大，Pb 2+和Cu 2+的去除率明显增大，可见在碱性条件下，更有利于重金属离子的去除。此外，COD Cr 去除率在pH 为8～9时存在明显的峰值。而随pH 的增大垃圾渗滤液的浊度无明显变化，但当pH=11时，静置12h 后会出现少许浑浊。因此pH 应控制在8~9。
3
电气石/TiO 2协同光催化作用原理
电气石是一种环状硅酸盐晶体矿物，主要由
Al 、Na 、Ca 、Mg 、B 和Fe 等元素组成，同时含有少量
水、氟等元素〔3〕。当电气石表面或周围有自由电子存在时，自由电子将会被电气石的阳极迅速吸引并牢固地捕获，使自由电子丧失自由运动的能力。同时当电气石由晶体加工成微粒时，比表面积增大，表面断键数目增多，使它具有自发地吸附外来离子或原子的倾向。在电气石/TiO 2复合光催化体系中，电气石微粒阴极表面形成了连续的TiO 2微粒薄膜。当电气石/TiO 2复合光催化材料受到紫外线的照射时，其表面TiO 2的价带电子将会受到激发而向导带跃迁，从
元素
波长/nm 灯电流/
mA 光谱通带/
nm 乙炔流量/（L ·min -1）空气流量/
（L ·min -1）
Cu 324.830.5 1.8
8Pb
283.3
5 1.0
2.08
工业水处理2011－07，31（7）
宋海燕，等：电气石/TiO 2
复合材料光催化深度处理垃圾渗滤液研究
59
聚合物辅助陶瓷膜处理模拟含油低放废水
杜志辉1，贾铭椿1，王晓伟1，张
标2
（1.海军工程大学船舶与动力学院，湖北武汉430033；2.92730部队11分队，海南三亚572000）
［摘要］利用陶瓷膜，以相对分子质量为300000、1000000、5000000的聚丙烯酸钠为络合剂处理模拟含油低放废水。研究了络合比、pH 、体积浓缩因子等因素对超滤过程的影响。结果表明：在各种条件下，陶瓷膜对油及Fe 3+的截留率均接近100%；在适当条件下，对Mn 2+、Ni 2+、Co 2+的最大截留率分别接近100%、98.11%、100%。聚丙烯酸钠辅助陶瓷膜处理含油低放废水是可行的，其可有效截留废水中的Fe 3+、Mn 2+、Ni 2+、Co 2+及油，且可得到较高的渗透通量。
［关键词］陶瓷膜；聚丙烯酸钠；含油低放废水［中图分类号］TL941+.19
［文献标识码］A
［文章编号］1005-829X （2011）07-0060-04
Treatment of the simulated oily and low -content radioactive wastewater by polymer -assisted ceramic membranes
Du Zhihui 1，Jia Mingchun 1，Wang Xiaowei 1，Zhang Biao 2
（1.College of Naval Architecture and Power ，Naval University of Engineering ，W uhan 430033，China ；
2.Unit 11of Army 92730，Sanya 572000，China ）
Abstract ：Poly （acrylic acid ）sodium with relative molecular mass 300000，1000000，or 5000000has been used as complex agent for adequately treating the simulated oily and low -content radioactive wastewater.The effects of complex ratio ，pH and volume enrichment factor ，on ultra -filtration is studied.The results show that under various conditions ，the interception rate of oil and Fe 3+by ceramic membranes could approximately reach as high as 100%，and under appropriate conditions ，the highest interception rates of Mn 2+，Ni 2+，and Co 2+are around 100%，98.11%and 100%respectively.It is feasible for polymer -assisted ceramic membrane to treat simulated oily and low -content radioactive wastewater.It can intercept Fe 3+，Mn 2+，Ni 2+，Co 2+and oil in wastewater ，and gain higher permeate flux.Key words ：ceramic membrane ；poly （acrylic acid ）sodium ；oily and low -content radioactive wastewater
近年来，世界各国对能源的需求日益增大，而减少温室气体的排放，改善环境质量等问题也急需解而在价带形成光生空穴。而这时，在导带上的光生电子处于自由状态，一部分光生电子会迅速和光生空穴进行再复合，而大部分电子将会受到复合催化剂内部电气石天然电场的吸引，迅速转移到电气石的阳极表面，并被其牢固地捕获，有效地避免了光生电子和光生空穴的再复合，提高了光生空穴的利用率，从而提高了光催化效率。
4结论
电气石/TiO 2复合光催化材料对垃圾渗滤液具
有较好的深层处理效果，在pH 为8~9，光催化剂投加质量浓度为0.4g/L ，反应时间为150min 的条件下，垃圾渗滤液中COD Cr 、色度、Cu 2+和Pb 2+的去除率分别可达到89%、100%、98%和99%。由此可以看出，电气石/TiO 2复合光催化材料在垃圾渗滤液的深
层处理领域具有十分良好的应用前景，应该加大其在工程应用的研究。
［参考文献］
［1］张昕，季民，刘卫华.CuO 催化臭氧氧化深度处理垃圾渗滤液的
研究［J ］.工业水处理，2008，28（6）：23-26.
［2］冯艳文，张青，朱华静.电气石/TiO 2复合材料的光催化体系研
究［J ］.工业水处理，2009，29（10）：45-48.
［3］Jin Zongzhe ，Ji Zhijiang ，Liang Jinsheng ，et al.Observation of spon -
taneous polarization of tourmaline ［J ］.Chinese Physics ，2003，12（2）：222-225.
［作者简介］宋海燕（1978—
），2001年毕业于河北工业大学，工程
师。电话：022-********，E -mail ：haiyan970622@126.
com 。联系人：冯艳文，电话：135********，E -mail ：feng_yanwen@https://www.360docs.net/doc/6e348158.html, 。
［收稿日期］2011-03-03（修改稿）
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
第31卷第7期2011年7月
工业水处理
Industrial Water Treatment
Vol．31No．7Jul.，2011
60