新型高级氧化技术处理垃圾渗滤液的研究进展
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2025-01-06
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新型高级氧化技术处理垃圾渗滤液的研究进展
综述了各种用于垃圾渗滤液处理的新型高级氧化技术，包括臭氧氧化法、Fenton 和
类Fenton 氧化法、电化学氧化法、光催化氧化法、过硫酸盐氧化法和超声波氧化法。分
析了各种高级氧化技术处理垃圾渗滤液的原理及主要影响因素，并指出了各种处理方法的
优势与不足。最后，对高级氧化技术在垃圾渗滤液领域的应用前景做出了展望。
关键词：高级氧化；垃圾渗滤液；处理技术
垃圾填埋法是城市生活垃圾处理中应用最为广泛的方法之一，产生的垃圾渗滤液是一
种成分复杂，难处理的高浓度有机废水[1]。随着垃圾填埋年限的延长，渗滤液中的可生物
降解有机化合物浓度在不断的降低，虽然不可生物降解化合物的浓度也在减少，但与可生
物降解有机化合物相比是一个很小的比例，其 BOD5/COD 的比值甚至从 0.5～0.7 下降
至0.1[2]。因此，采用常规的生物法、物理法、化学法处理难以满足其水质要求。随着对
水处理研究的不断深入，高级氧化技术应运而生，并且取得了显著的进展。
高级氧化技术是利用光、声、电、磁、催化剂等技术，通过物理化学等过程催化产生
大量活性极强的自由基（如·OH），该自由基具有强氧化性。利用其强氧化性来分解渗滤
液中的难降解有机物，最终氧化分解为 CO2 和H2O[3]。高级氧化技术与传统的氧化技术
相比，具有有机物降解彻底、反应速率快、不易产生二次污染、水质适用范围广等优点，
还能够有效的提高垃圾渗滤液的可生化性（ 即提高 BOD5/COD 的比值）。本文介绍了高
级氧化的各种新型处理技术，并为垃圾填埋厂产生的渗滤液的处理提供技术指导和参考。
1高级氧化技术
目前新型的高级氧化技术主要有臭氧氧化法、Fenton 和类 Fenton 氧化法、电化学
氧化法、光催化氧化法、过硫酸盐氧化法和超声波氧化法。
1.1 臭氧氧化法
臭氧氧化性极强，其氧化还原电位高达 2.08 V。近年来，臭氧氧化技术常被用于去除
废水当中的难降解的有机物和色度[4]。与常规的处理技术相比，臭氧氧化具有氧化能力强、
杀菌效果好、无二次污染、产泥率较低等优点[5]。臭氧氧化法降解有机物的机理主要可分
为两种：1）臭氧与有机物直接反应；2）臭氧分解产生氧化性很强的·OH，·OH 再与有机
物反应[6]。
但单独采用臭氧氧化法处理垃圾渗滤液存在着臭氧利用率较低、反应时间较长、氧化
能力不足等问题。而且臭氧处理费用高，对一些有机物的处理效果并不是很好。为此，国
内外一些学者提出了多种催化技术与臭氧氧化组合的新工艺，以促进臭氧的氧化分解，提
高臭氧的利用效率和氧化能力。如：O3/ 催化剂、UV/O3、O3/H2O2 法、UV/O3/H2O2
等。蒋宝军等[7]采用活性氧化铝为载体的铜镍催化剂与臭氧联用催化处理垃圾渗滤液，研
究发现，铜镍催化剂能够有效地提高臭氧催化降解有机污染物的能力。与单独的臭氧氧化
相比，该组合工艺对渗滤液中 COD 的去除率提高了 20%左右，且铜镍催化剂可重复使用
3次。AMARALSILVA 等[8]采用 O3/H2O2 组合工艺处理垃圾渗滤液，研究结果表明：
在H2O2 投加量为 4g/L 的最佳条件下，对 COD 和色度的去除率分别为45%和89%，其
BOD5/COD 比值也从 0.05 增加到 0.29。AMR 等[9]采用臭氧化和四氯化锆（ZrCl4）
联合处理垃圾渗滤液，实验结果表明，在 pH 为6、反应时间为 90 min、m (COD)/m
(ZrCl4)= 1:2 的最佳条件下，COD、氨氮和色度的去除率分别为88%、79%和
100%，BOD5/COD 也从 0.07 提高到0.34。目前臭氧高级氧化技术还处于起步研究阶
段，存在着臭氧能耗高、产率较低以及臭氧在水中溶解氧等问题，通过适当的途径将工艺
进行优化、降低处理成本，将为该技术工业化应用提供广阔的应用前景。
1.2 Fenton 氧化与类 Fenton 氧化法
1.2.1 Fenton 氧化法
Fenton 氧化是英国科学家Fenton 在1894 年发现的，其反应机理主要是依靠
Fe2+ 催化 H2O2 产生的氧化性极强的羟基自由基（·OH），通过与污染物结合将大分子
有机物分解为小分子有机物或者矿化为无机物。Fenton 法虽然被发现了100 多年，但是
直到1964 年Fenton 法才被首次应用到废水处理当中。自 20 世纪 90 年代以来，
Fenton 法的研究越来越多的集中在对垃圾渗滤液处理的研究[10]。采用 Fenton 法处理
垃圾渗滤液不仅可以有效地氧化降解渗滤液中难降解的有机物，还可降低废水中的毒性，
显著地提高渗滤液的可生化性[11]。GAO 等[12]采用 Fenton 法处理垃圾渗滤液，实验
结果表明，在硫酸亚铁投加量为 1 500 mg/L、过氧化氢投加量为 20 mL/L、pH 为3、
反应时间为 60 min 的最佳条件下，对 COD 和色度的去除率分别为79.7%和95.2%。
虽然 Fenton 法具有反应过程简单、反应启动快、易于操作、可以在常温常压下运行
等优点，但 Fenton 法在实际应用于污水处理中也存在着一定的限制和缺点。如：pH 适
用范围较小（pH=3～6）、H2O2 试剂用量大、氧化效率有限、处理时间较长、产生一定
量的污泥、Fe2+ 未起到真正的催化作用、易造成二次污染等问题。
1.2.2 类Fenton 氧化法
类Fenton 氧化法是在 Fenton 氧化法的基础上，将絮凝、微波、光和电效应等引入
到Fenton 体系中，以减少 H2O2 的投加量并进一步提高体系的氧化能力。与 Fenton 氧
化法相比，类 Fenton 氧化法具有成本低、不会造成水体二次污染等优点，因此类
Fenton 法具有更好的研究前景。
光-Fenton 氧化的作用机理是紫外光协同铁离子促进 H2O2 分解并加快羟基自由基的
产生速率，从而促进垃圾渗滤液中的有机物污染物氧化降解。HENG 等[13]采用响应面法
优化光-Fenton 处理老龄垃圾渗滤液，研究发现：在 H2O2/COD 的摩尔比为
3.75、H2O2/Fe2+ 的摩尔比为 10.5、光照时间为 1.5 h 的最佳条件下，对 COD、氨氮
和色度的去除率分别为70%、80%和80%，其 BOD5/COD 的比值也增加到
0.33。ZHA 等[14]采用 Fe2+ 改进光-Fenton 法处理垃圾渗滤液，在初始 pH 为
3、H2O2/TOC 摩尔比为 2、H2O2/Fe2+ 摩尔比为 5 的最佳条件下，对 TOC、COD 和
BOD5 的去除率分别为68.3%、79.6% 和58.2%，其 BOD5/COD 的比值也从 0.20 增
加到 0.43。虽然光-Fenton 氧化有机物矿化程度好，但由于紫外光仅占太阳光能量的 4%
左右，存在着可见光利用率较低等问题，因此研究和开发高效的光反应体系是光-Fenton
法未来研究的重点。
电-Fenton 氧化是通过电极的电化学作用产生 Fe2+ 和H2O2，并发生芬顿反应产生
强氧化性的羟基自由基。电-Fenton 法具有反应设备简单、降解效率高、电能消耗低等特
点，在众多的废水处理领域得到了广泛的应用与发展，并取得了良好的效果。DAUD[15]
采用电-Fenton 法处理垃圾渗滤液，结果表明，在 pH 为4、电流密度值为 200
A/m2、H2O2 投加量800mg/L、Fe2+ 浓度为 1 000 mg/L、反应时间为 25 min 的最
佳条件下，对 COD 和色度的去除率分别为78%和96%。NIVYA 等[16]采用光电芬顿组
合工艺处理垃圾渗滤液，研究发现，该处理工艺能有效地应用于有毒污染物和难降解有机
物的处理，对 TSS、COD、BOD、磷酸盐和硫酸盐的去除率分别为
89.3%、83.6%、71.9%、58%和92.3%。该方法和电芬顿相比，其优点在于引入了紫
外光，诱导产生大量的·OH，并提高了电流的利用效率，处理效果好于电芬顿法。
1.3 电化学氧化法
电化学氧化是目前去除废水中有机污染物最常用的电化学方法[17]，其处理垃圾渗滤
液主要是通过电极作用产生超氧自由基（·O2）、·OH、H2O2 等活性基团来氧化降解渗
滤液中的污染物质，污染物的去除效率受阳极材料、pH、电流密度、氯离子浓度和添加的
电解质等操作因素影响。阳极电极材料的选择在处理垃圾渗滤液的过程中起到十分重要的
作用，因此选择高效、耐腐蚀、尺寸稳定的电极是电化学氧化法处理垃圾渗滤液的关键。
在这些电极表面，电化学氧化法氧化有机污染物可以通过直接氧化和间接氧化进行[18]，
但其中的间接氧化过程则起到主要的作用。LI 等[19]采用 Ti/RuO2-IrO2 阳极和 Al 阴极
来处理可生化性很低的老龄垃圾渗滤液，结果表明，在电流密度为 0.1 A/cm2、pH 为
6.37、氯离子浓度为 6.5 g/L、电解时间为 150 min 的最佳条件下，对 COD 和NH3-N
的去除率分别为83.7%和100%。LI 等[20]采用 BDD 电极阳极氧化技术处理垃圾渗滤液，
研究结果表明，掺硼金刚石（BDD）薄膜电极作阳极与 Ti-RuO2-IrO2 或Ti-Pt 作阳极相
比较，有机物矿化更为迅速。随着电流密度的不断增加（10～100mA/cm2），TOC 的
去除率也随之增加，但电极板间距的改变对TOC 降解效果的影响较小，在 BDD 氧化 6 h
后，对渗滤液中的 TOC 去除率达到94%。而该法因 BDD 电极电化学稳定性高，耐腐蚀
性强等特点[21]，因此将其用于处理渗滤液中难降解的有机污染物，具有一定的可行性。
电化学氧化法是一种有效的废水处理技术，具有操作简单、易于控制、不用投加氧化
剂、化学药品消耗小、可以在常温常压下进行、不会造成二次污染等[22]优点，其对垃圾
渗滤液中的 COD、BOD、色度和 TSS 都具有较好的去除效果。但是该技术在实际的应用
中也存在着一些问题，如：电极材料要求高、析氢和析氧的副产物、能耗大、设备成本高
以及处理水量有限等不足，限制了电化学氧化法的工业化应用。
1.4 光催化氧化法
摘要：
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新型高级氧化技术处理垃圾渗滤液的研究进展综述了各种用于垃圾渗滤液处理的新型高级氧化技术，包括臭氧氧化法、Fenton和类Fenton氧化法、电化学氧化法、光催化氧化法、过硫酸盐氧化法和超声波氧化法。分析了各种高级氧化技术处理垃圾渗滤液的原理及主要影响因素，并指出了各种处理方法的优势与不足。最后，对高级氧化技术在垃圾渗滤液领域的应用前景做出了展望。关键词：高级氧化；垃圾渗滤液；处理技术垃圾填埋法是城市生活垃圾处理中应用最为广泛的方法之一，产生的垃圾渗滤液是一种成分复杂，难处理的高浓度有机废水[1]。随着垃圾填埋年限的延长，渗滤液中的可生物降解有机化合物浓度在不断的降低，虽然不可生物降解化合物的浓...
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