鐵碳微電解 -微波強化 Fenton聯(lián)合工藝處理垃圾滲濾液膜濾濃縮液*

黃力彥　譚艷來　羅曉棟　李詩瑤　吳艷　岳建雄　姚創(chuàng)

（廣東省工程技術研究所/廣東省水環(huán)境污染控制重點實驗室　廣州510440）

鐵碳微電解 -微波強化 Fenton聯(lián)合工藝處理垃圾滲濾液膜濾濃縮液*

黃力彥譚艷來羅曉棟李詩瑤吳艷岳建雄姚創(chuàng)

（廣東省工程技術研究所/廣東省水環(huán)境污染控制重點實驗室廣州510440）

利用鐵碳微電解-微波強化Fenton聯(lián)合工藝處理垃圾滲濾液膜濾濃縮液，探討了微波功率、微波作用時間、H2O2投加量對微電解出水處理效果的影響。同時將鐵碳微電解出水COD濃度、微波功率、微波作用時間、H2O2投加量對處理效果的影響建立了正交試驗，結果表明 ：各因素對COD去除率影響的主次關系為：微電解出水COD＞微波功率＞H2O2投加量＞微波作用時間。

垃圾滲濾液膜濾濃縮液 鐵碳微電解 微波強化 Fenton氧化

0　引言

針對目前垃圾滲濾液膜濾濃縮液處理問題，還沒有理想的膜濾濃縮液處理方法的現(xiàn)狀，本課題組開展相關研究。通過前期研究發(fā)現(xiàn)，利用鐵碳微電解處理膜濾濃縮液能夠達到較好的預處理效果；微波強化Fenton氧化技術，近年來在印染、制藥等高濃度有機廢水處理中得到廣泛的關注。本文通過集成鐵碳微電解、Fenton氧化與微波誘導催化技術，旨在達到處理垃圾滲濾液膜濾濃縮液的目的。

本文研究了微波強化Fenton氧化法處理鐵碳微電解出水的效能，著重考察了微波功率、微波時間、H2O2投加量因素等對鐵碳微電解出水處理效能的影響，并通過正交試驗考察了各影響因素的綜合影響，以確定微電解-微波強化Fenton氧化法的關鍵工藝參數(shù)，為垃圾滲濾液膜濾濃縮液的處理工程實踐提供科學依據(jù)。

1　試驗材料及方法

1.1廢水水質

試驗用水采自廣州市某垃圾填埋場滲濾液膜濾濃縮液（該垃圾填埋場滲濾液膜濾處理采用RO膜），中性，棕黑色。其水質情況如表1所示。

表1　廢水水質

1.2試驗方法

試驗流程如圖1所示。該處理工藝設施主要由pH調節(jié)池、自制鐵碳微電解反應器、混合池、微波反應器、沉淀池組成。膜濾濃縮液首先經過pH調節(jié)池，調節(jié)pH至實驗所需pH后泵入自制鐵碳微電解反應器進行反應。在鐵碳微電解過程中加入了曝氣，一方面達到混合的目的 ，另一方面強化微電解反應。鐵碳微電解后的出水加入H2O2混合均勻后，進入微波反應器內反應。反應完全后，調節(jié)pH值泥水分離，反應即完成。

圖1　試驗流程

為消除Fe2+對COD測定的影響，各步驟反應完成后調節(jié)pH=9.5，生成沉淀后泥水分離去除Fe2+。

本試驗中采用 cy新型包容式鐵碳填料。在使用過程中發(fā)現(xiàn)該鐵碳顆粒具有反應速度快，不易板結的優(yōu)點。因此在本試驗中選用此鐵碳填料進行試驗研究。

微波反應器采用自制微波反應器，通過調節(jié)功率和微波作用時間考察微波對反應的影響。

1.3分析項目及方法

COD：WMX-Ⅲ-B微波消解儀消解，硫酸亞鐵銨滴定的方式測定；BOD：接種稀釋法；TN：過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法；NH3-N：鈉氏試劑分光光度法；色度：稀釋倍數(shù)法；pH：pHS-25型酸度計。鹽度：重量法。

2 結果與討論

經前期研究發(fā)現(xiàn)，鐵碳微電解最佳處理條件：調節(jié)原水pH=3，反應時間120 min，氣液比10∶1，固液比1∶1。處理前后水質變化情況如表2所示。

表2　處理后水質變化　mg/L

從表2可知，膜濾濃縮液經鐵碳微電解后，對COD、TN的去除率分別為79.6%、56.4%，NH3-N由進水的70.9 mg/L上升為77.0 mg/L。進水鹽度10 870 mg/L，出水9 800 mg/L，水的鹽度沒多大變化，仍屬高鹽度廢水。B/C變化不大，水的可生化性差，后續(xù)處理不適合采用生物方法處理。

經鐵碳微電解后在未投加Fe2+、未調節(jié)pH的情況下 ，進行Fenton反應，最優(yōu)試驗條件為：H2O2=5 mL/L，反應時間120 min；反應后COD 807.8 mg/L，色度也有進一步的降低，從800倍降低到650倍；從中可以看出，經鐵碳微電解反應后的膜濾濃縮液再經Fenton反應能進一步去除污水的色度和COD，但是其反應速度緩慢，所需的反應時間較長（一般達到較好的試驗結果都需要120 min以上），且其處理效果也并未達到預期效果。

2.1微波功率對COD去除效果的影響

在H2O2投加量為10 mL/L，微波作用時間60 s的條件下，考察微波功率對廢水處理效果的影響，結果如圖2所示。由圖2可知，COD和色度的去除率隨微波功率的增加而增大。說明微波功率的增大能夠明顯提高Fenton反應速率。微波功率越大，輻射能越強，通過“熱效應”和“非熱效應”降低反應的活化能和分子化學鍵強度，從而降解效能增強 ，反應速率增加。但微波功率過大會增大處理能耗 ，故應將微波功率控制在適宜的范圍。同時微波功率的增大也會使處理后出水的溫度升高，研究發(fā)現(xiàn)，溶液溫度的升高會引起?OH自由基數(shù)量的減少。在本實驗中，當微波功率控制在600 W的情況下，微波去除效果較好，而隨著微波功率的增加 ，其去除效率變化較為緩慢。因此試驗選擇微波功率600 W作為微波作用時間考察時的功率。

圖2　微波功率對COD去除率的影響

2.2微波作用時間對COD去除率的影響

在H2O2投加量為10 mL/L，微波功率為600 W條件下，通過調整微波作用時間，考察微波作用時間對去除效果的影響，如圖3所示。從圖3中可以看出，隨著微波作用時間的延長，COD及色度去除效果越好，在微波作用時間為60 s時，COD及色度的去除率變化緩慢，趨于穩(wěn)定，即隨著微波作用時間的延長，單位微波作用時間對COD去除率的影響減少。在微波作用時間較短的時候，例如微波作用時間不大于60 s時，溶液的溫度比較低，低于50℃，起主要作用的可能是微波的“非熱效應”，而隨著微波作用時間的延長，溶液的溫度相應升高，微波的“熱效應”也逐漸明顯。從圖3看出，隨著微波作用時間的延長，溶液溫度的升高，COD和色度的去除效果不明顯，可以看出在本試驗中微波的“非熱效應”是影響COD和色度去除效果的主要因素。

圖3　微波作用時間對COD去除率的影響

2.3H2O2投加量對COD去除率的影響

在微波功率600 W，微波作用時間60 s的條件下，考察H2O2投加量對COD和色度去除效果的影響，如圖4所示。從圖4可知，廢水中COD和色度去除率隨H2O2投加量增加而顯著增大。但是當H2O2投加量高于10 mL/L后，COD和色度去除率變化緩慢，同時在測定前調節(jié)pH時，可以看到水樣中有大量氣泡產生。

在微波強化Fenton過程中，在一定范圍內增加H2O2用量可以產生更多的?OH，促進膜濾濃縮液中有機物的降解，提高色度和COD的去除率；但當H2O2用量超過一定范圍時，H2O2對?OH有清除作用，生成H2O和O2或者氧化性相對較差的HO2?，會減少?OH的數(shù)量，降低?OH對膜濾濃縮液中有機物的氧化降解作用，使單位H2O2對色度、COD去除率降低。同時未反應的過量H2O2，也會在調節(jié)pH時發(fā)生無效分解，產生氣泡，而且投加的H2O2越多產生的氣泡量越大。最后H2O2用量過高的話還會增加微波催化氧化處理膜濾濃縮液的成本。

圖4　H2O2投加量對COD去除率的影響

2.4正交試驗結果

在影響鐵碳微電解-微波強化Fenton反應體系中，選擇微電解出水COD（mg/L）、H2O2投加量（mL/ L）、微波輸出功率（W）和微波作用時間（s）作為正交試驗的因子，COD去除率作為考察指標，考察各因素對考察指標的影響以及他們的交互作用。設計如表3所示的L9（34）正交試驗，正交結果如表4所示。

表3　L9（34）正交試驗因素水平表

表4　COD 去除率的正交結果

試驗結果的極差分析見表4。從表中可以看出，各因素對COD去除率影響的主次關系為：微電解出水＞微波功率＞H2O2投加量＞微波作用時間。微電解出水COD濃度的極差最大，說明該因素的水平改變所引起試驗結果的變化最大，故是關鍵因素。

其他因素對COD去除率的影響相差不大，為次要因素。

通過調節(jié)鐵碳微電解反應過程，出水COD濃度不同，從而影響了微波強化Fenton過程的去除效率，從上述試驗中可以看出鐵碳微電解的出水COD較高時的去除率比出水COD較低時的去除率要高很多，分析原因可能是因為在COD濃度較低時，水中的難降解的COD升高，增加了微波強化Fenton過程的處理難度，但是就出水COD濃度而言，由于進水COD濃度很低，即使去除率低，出水COD的濃度很低，例如在進水880 mg/L時，去除率為47%時，出水COD為466.4 mg/L；遠低于進水為2 550 mg/L時，去除率為56%時，出水COD 1 122 mg/L，如此考慮，選擇鐵碳微電解出水880 mg/L時的出水作為后續(xù)研證了評價結果的可靠性。

（3）算例分析表明，將該方法應用于生產現(xiàn)場系統(tǒng)安全評價，可以合理地反映出系統(tǒng)安全的現(xiàn)狀，可作為生產現(xiàn)場采取針對性措施改善生產安全狀況的依據(jù)，促進安全管理的持續(xù)改進。

［1］Kuo Y，Yang T，Huang G W.The use of grey relational analysis in solving multiple attribute decision-making problems［J］. Computers&Industrial Engineering，2008，55（1）：80-93.

［2］董丁穩(wěn).煤礦本質安全管理信息系統(tǒng)研究［D］.西安：西安科技大學，2010：34-35.

3　結論

垃圾滲濾液膜濾濃縮液經鐵碳微電解處理后出水經微波強化Fenton反應，污染物能得到進一步提高，微波功率、微波作用時間、H2O2用量等因素影響去除效果。

將鐵碳微電解出水COD濃度、微波功率、微波作用時間、H2O2投加量對處理效果影響建立正交試驗，結果表明：各因素對COD去除率影響的主次關系為：微電解出水COD＞微波功率＞H2O2投加量＞微波作用時間。

The Treatment of Concentrated Leachate from RO System by Iron Carbon Microelectrolysis Microwave-Enhanced Fenton Oxidation Process

HUANG Liyan TAN Yanlai LUO Xiaodong LI Shiyao WU Yan YUE Jianxiong YAO Chuang
（Guangdong Research Institute of Engineering Technology/Guangdong Key Laboratory of Water Pollution Guangzhou 510440）

The concentrated leachate is treated by iron carbon microelectrolysis-microwave-enhanced Fenton oxidation process and the effects of the microwave power，microwave irradiation time，H2O2dosage on the impactof microelectrolysis treatment are discussed.Meanwhile this paper also discusses the orthogonalexperimenton the treatmenteffectof the effluent COD concentration of iron-carbon microelectrolysis，microwave power，reaction time and H2O2dosage.The results show that：the impact of various factors on COD removal efficiency follows micro-electrolysis effluent COD＞microwave power＞H2O2dosage＞microwave duration of action.

concentrated leachate iron carbon microelectrolysis microwave-enhanced Fenton oxidation

廣東省直科研機構創(chuàng)新能力建設項目（2013B060600009）。

董丁穩(wěn) ，男 ，1983年生，博士，講師，主要從事安全系統(tǒng)工程方面的研究工作。究的進水。如何在較低COD濃度的情況下，提高微波強化Fenton效率成為本課題組后續(xù)研究目標。

（2015-04-09）

黃力彥，女，碩士，工程師，主要從事污水及污泥處理與處置理論與技術研究。

（2015-09-18）