非热等离子体技术高效去除垃圾渗滤液中酚类化合物与重金属的综合性研究及其环境应用价值

本研究针对垃圾渗滤液(LFL)中难降解的酚类化合物和重金属污染问题，创新性地采用非热等离子体(NTP)技术结合预处理工艺，实现了COD(98%)、BOD5(97%)及重金属(Cd 90%、Pb 97%等)的高效去除。该技术通过产生羟基自由基(•OH)和臭氧(O3)等活性物质，为复杂废水处理提供了高效低耗的解决方案，对环境保护具有重要意义。

　　

垃圾填埋场渗滤液(Landfill Leachate, LFL)含有高浓度的酚类化合物和重金属，传统生物处理法对这类难降解污染物束手无策，而物理化学方法又面临成本高、产生污泥二次污染等问题。随着全球固体废弃物产量持续攀升，开发高效低耗的渗滤液处理技术成为环境工程领域的重大挑战。

核科学与技术研究院(Nuclear Science and Technology Research Institute, NSTRI)等离子体物理与核聚变研究组的Mahdiyeh Bakhtiyari-Ramezani团队在《Waste Management Bulletin》发表的研究中，创新性地将非热等离子体(Non-thermal Plasma, NTP)技术与化学预处理相结合，开发出降膜式等离子体反应器(Falling-film Plasma Reactor, FFPR)。研究人员首先对伊朗Aradkoh垃圾填埋场的渗滤液进行铝盐混凝-臭氧氧化-吸附过滤三级预处理，随后采用介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge, DBD)系统生成活性氧物种，系统考察了污染物去除效能。

关键技术包括：1) 优化混凝剂(Al₂(SO₄)₃)投加量的罐试验；2) DBD等离子体反应器(16 kV/10 kHz)构建与光学发射光谱(OES)表征；3) 标准方法检测COD、BOD₅及重金属浓度；4) 一级动力学模型分析降解过程。

【材料与方法】
研究团队从德黑兰Aradkoh垃圾填埋场采集原始渗滤液，其初始COD达2820 mg/L，含5.18 mg/L酚类及Pb(3.9 mg/L)、Cd(0.275 mg/L)等重金属。通过11个处理阶段（包括15-120分钟等离子体处理）系统评估处理效果。

【等离子体特性】
OES检测证实反应器产生•OH(310 nm)、O(777 nm)等活性物质，这些物质通过氧化还原反应降解污染物。

【COD与BOD₅去除】
60分钟NTP处理使COD从2820±70 mg/L降至45±11 mg/L（降幅98%），BOD₅从1320±60 mg/L降至29±10 mg/L（降幅97%），一级动力学速率常数k=0.061 min^-1。

【TDS与EC去除】
TDS和EC分别降低96.35%和96.21%，臭氧氧化与•OH协同作用显著降低了溶解性固体含量。

【浊度与色度】
30分钟处理使浊度降低89%，色度降低80%，活性物质促使胶体颗粒凝聚沉降。

【酚类化合物】
酚浓度降至0.08±0.01 mg/L（降幅98.46%），•OH攻击苯环形成可生物降解中间体。

【重金属去除】
Cd、Hg、Pb去除率分别达95.1%、97.95%和90.9%，等离子体诱导的氧化沉淀和吸附作用起关键效果。120分钟处理后，除Cu(0.32 mg/L)、Ni(0.38 mg/L)外，其他重金属浓度均低于WHO/FAO限值。

该研究证实NTP技术处理成本仅1.5 USD/m³，能耗0.00061 Wh/mgCOD/L，较传统高级氧化工艺(AOPs)具有显著经济优势。创新点在于：1) 首次实现酚类与重金属同步高效去除；2) 开发可规模化应用的FFPR反应器；3) 建立处理参数与污染物降解的定量关系。这项技术为垃圾渗滤液处理提供了新范式，其产生的活性物种可针对性降解各类难处理污染物，在危险废物处置领域具有广阔应用前景。未来研究可进一步优化反应器设计，并探索有价值成分的回收利用。