臭氧化预处理减少膜上垃圾渗滤液的结垢：响应面方法学分析

        垃圾填埋场是全世界处理城市固体废物（MSW）的很常用技术。然而，在其操作期间和之后不可避免地产生副产物。垃圾填埋场渗滤液是这些不良副产物之一。它是一种污染性液体，如果不正确地排放和处理，可能会导致严重的环境问题。这样的问题包括地表水和地下水的污染，这可能直接影响到当地居民和生物群。它是由固体废物和水中的有机物的微生物降解所产生的，这些废物来自其自然水分和雨水，它们渗透到废物堆中，渗入垃圾填埋物的内层。

        渗滤液的组成取决于许多因素，其特征随时间变化，从一个地方到另一个地方。因此，对于这样的废水的很适当治疗方案的选择是在其管理。由于它是由大量悬浮物/胶体和溶解物组成的，因此推荐使用分离和破坏机理的组合来有效处理这种混合物。在文献中可以找到许多使用物理，化学和生物过程处理来自很多样化来源的渗滤液的研究。

        垃圾填埋场的老化促进了富含难降解有机物的渗滤液的产生。相关联的严格的环境法规，这种现象创建的方法来治疗此类废水比通常的生物过程。在这方面，采用先进的技术，如膜分离处理（MSP），特别是反渗透（RO），已经显示出潜力，配合渗滤液到放电参数或甚至其再利用。
 

        据Renou等。，反渗透膜保留有机污染物和无机盐的能力使这种方法能够正确处理复杂的废水，如垃圾渗滤液。但是，Renou等。强调指出，使用MSP的很大复杂性是随着运行时间渗透通量的减少，这归因于浓度极化和结垢。虽然第一个是由膜表面上的溶质的累积的可逆作用，结垢是由潜在的膜改变,部分地或完全不可逆的效果。这些现象可能是造成渗透通量减少的原因，以致无法使用这种膜，特别是对于限制性更强的膜，例如RO。作者还描述，为了克服这种问题，有可能利用诸如高级氧化工艺（AOP）之类的高级预处理方法。
 

        AOP代表一组通过自由羟基（•OH）作用非选择性氧化有机物的过程。这些自由基具有较高的氧化电位（E 0 = 2.8 V），并在过程本身的过程中在液体内部产生。AOP与其他废水处理的不同之处在于，它具有难降解有机物降解的高效率]，这使得该方法可用于可能对生物处理不太敏感的渗滤液的处理。
 

        在AOP中，很引人注目的一项是臭氧化，臭氧化是通过将含臭氧的气流送入废水中而产生羟基自由基的。作者还描述了臭氧化的优点是臭氧本身可以直接氧化有机物，因为它还具有很高的氧化电位（E 0 = 2.07 V）。臭氧的直接氧化对不饱和和芳香族有机化合物具有选择性，这在垃圾填埋场渗滤液中非常常见。臭氧氧化的机制（直接或间接）主要受样品的pH值指导，其中酸性环境有利于直接氧化，而碱性环境有利于自由基的产生。
 

        臭氧化已有效地应用于减少地表水和地下水处理过程中的膜污染。布朗等。使用臭氧化作为预处理来改善用于处理合成地表水的反渗透系统的性能，并观察到0.30 mg / L的臭氧剂量与原始水相比，在运行62.5小时后会导致反渗透渗透量的增加。Kim等。使用混合O 3 /超滤（UF）系统处理天然水，并报告说，使用臭氧时渗透通量仅衰减15％，而在没有气体的相同UF条件下渗透通量衰减约60％和55％。分散，并用氧气气泡代替臭氧。Karnik等。评估了约0.05mg / L的臭氧剂量对用于湖水处理的纳米晶陶瓷膜渗透通量的影响，并观察到臭氧降解时臭氧降解11​​％，氧气仅降解24％。Lee等。报道了在用于处理污水的微滤膜的渗透通量中，每毫克悬浮固体使用的臭氧剂量为0.1 mg O 3，并且随时间推移渗透通量略有改善。

        在这种情况下，这项工作的目标是评估臭氧化工艺作为难降解垃圾渗滤液处理中反渗透膜单步预处理的功效。通过臭氧化对减少来自两个位于里约热内卢州（巴西）大都市地区的不同卫生垃圾填埋场渗滤液的结垢潜力的直接影响进行了评估，这两个垃圾填埋场都呈现出顽固的有机物。响应面法被用作统计工具，以帮助指导在反渗透步骤之前进行臭氧化处理的很佳条件的选择。修改后的结垢指数（MFI）用于估算原始和预处理渗滤液的结垢潜力。还进行了毒性测试，以评估该过程对当地生物群的影响。

        结果表明，臭氧化处理具有降低两种渗滤液结垢潜力的强大能力，垃圾填埋场1的MFI实际减少了96.22％，垃圾填埋场2的MFI实际减少了94.08％。而且，在减少许多评估参数的情况下，这两种垃圾填埋场也观察到了类似的行为。 ，这表明该技术能够将此类废水适合用于反渗透膜的适当条件。
 

        但是，值得注意的是，一个堆填区之间的很佳操作pH值相差很大（堆填区1为12.0，堆填区2为9.0），这引起了某些参数（例如碱度和氨氮）的去除效率和点的差异。需要根据具体情况评估很佳操作pH。值得一提的是，尽管通过这种方法在本研究中显示出技术效力，但pH 12.0很高，在实际应用中可能非常昂贵，这同样适用于两个样品的O 3剂量。在对此类型的处理进行臭氧处理之前，需要进行经济评估。

        两种样品的BOD 5 / COD比值降低都与经过AOP工艺的废水可能发生的情况相反，AOP工艺通常用于提高有机物的生物降解能力。还值得注意的是，在两种情况下，臭氧处理都能显着降低渗滤液的毒性，因为填埋场1的毒性因子从625.00下降到9.77，而填埋场2的毒性因子从312.50下降到19.53。
 

        尽管如此，两种废水的很佳操作条件及其很终MFI值都表明，臭氧化作为单步预处理是不够的，并且将微滤等处理步骤与臭氧化步骤一起使用以很大程度地减少O 3需求并进一步减少了这种废水的结垢潜力。期望这种结合将对该预处理提供进一步的改进，从而有可能建立一个臭氧处理和膜工艺可以有效处理顽固沥滤液的处理厂。

        文章来源：里约热内卢联邦大学化学学院无机工艺系，Avenida Athos da Silveira Ramos，149，E206，里约热内卢21941-909，巴西