Fenton試劑對(duì)垃圾滲濾液的后處理

高艷嬌 ，高 欣 ，孔慶鵬 ，王 宣

（1.遼寧工業(yè)大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001；2.中國(guó)市政工程?hào)|北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，長(zhǎng)春 130021）

Fenton試劑對(duì)垃圾滲濾液的后處理

高艷嬌1，高 欣2，孔慶鵬1，王 宣1

（1.遼寧工業(yè)大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001；2.中國(guó)市政工程?hào)|北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，長(zhǎng)春 130021）

采用由H2O2和FeSO4配制成的Fenton試劑，對(duì)垃圾滲濾液進(jìn)行了后處理；考察了滲濾液的pH值，H2O2和FeSO4的投加量及反應(yīng)時(shí)間對(duì)COD和色度的去除效果。試驗(yàn)確定最佳條件為：pH值3.0，F(xiàn)eSO41500mg/L，H2O220mL/L，反應(yīng)時(shí)間60min，此時(shí)COD與色度去除率分別為79.7%和95.2%。

過(guò)氧化氫；硫酸亞鐵；垃圾滲濾液

垃圾滲濾液成分復(fù)雜，有機(jī)物濃度及色度高，難于治理。目前常采用組合工藝對(duì)其進(jìn)行處理。其中生化法可以是厭氧—好氧的聯(lián)合方法，厭氧法使垃圾滲濾液中的大分子物質(zhì)變成中小分子物質(zhì)，然后好氧法進(jìn)一步去除滲濾液的中小分子，但是即使是厭氧—好氧聯(lián)合工藝處理后，仍有一部分難于生化的物質(zhì)殘留在水中，表現(xiàn)為出水COD不能達(dá)標(biāo)排放［1］。目前有研究表明，采用膜法進(jìn)行深度處理能達(dá)到良好效果，但成本較高。因此，可考慮采用化學(xué)試劑氧化方法，如Fenton法對(duì)垃圾滲濾液生化法出水進(jìn)行后處理［2-3］。

Fenton試劑是指H2O2和催化劑Fe2+構(gòu)成的氧化體系。Fe2+具有催化作用，能促使H2O2產(chǎn)生·OH，利用·OH氧化污染物［4］。Fenton試劑氧化能力強(qiáng)，能夠氧化分解帶有苯環(huán)、羥基、羧基、磺酸基和硝基等有機(jī)化合物。Fenton試劑的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)迅速，適用于多數(shù)反應(yīng)條件。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在Fenton試劑處理垃圾滲濾液方面有一定研究［5-9］。但由于不同的垃圾來(lái)源，不同的垃圾填埋場(chǎng)地，產(chǎn)生的滲濾液差別較大，因此Fenton試劑法處理垃圾滲濾還沒(méi)有形成規(guī)模性應(yīng)用，有待于進(jìn)一步研究。本文進(jìn)一步探討Fenton試劑對(duì)垃圾滲濾液進(jìn)行后處理的影響條件與處理效果。

1 試驗(yàn)部分

垃圾滲濾液原水取自填埋8年的垃圾填埋場(chǎng)，COD平均為2718mg/L，BOD平均為632mg/L，pH為8.08，色度為1250，經(jīng)UASB生化法處理后，平均COD為925mg/L，平均BOD為343mg/L，pH為8.00，色度為650，仍不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，需要后續(xù)處理。試驗(yàn)采用1L的燒杯作為反應(yīng)裝置，將燒杯放置在帶有加熱底盤的六聯(lián)攪拌器上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，攪拌器可調(diào)節(jié)一定的轉(zhuǎn)速。反應(yīng)藥劑為FeSO4·H2O（化學(xué)純）和H2O2（工業(yè)用，含量30%）。用濃H2SO4或NaOH調(diào)節(jié)水樣的pH值。反應(yīng)一定時(shí)間后靜置45min，測(cè)試上清液的COD與色度。測(cè)試均采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法。

2 結(jié)果與討論

2.1 初始pH值的影響

初始pH值對(duì)Fenton試劑的氧化效果影響較大。因pH值差別，F(xiàn)e2+在溶液中會(huì)有不同情形。在低pH值下，F(xiàn)e2+能催化H2O2產(chǎn)生·OH，而在中性和高pH值環(huán)境中，F(xiàn)e2+無(wú)法催化。

本試驗(yàn)向裝有滲濾液的6個(gè)燒杯中投加FeSO4500mg/L，H2O220mL/L，設(shè)置不同的初始pH值（分別為2.0，2.5，3.0，3.5，4.0，4.5），同時(shí)對(duì)燒杯進(jìn)行攪拌反應(yīng)。30min后停止反應(yīng)，靜沉45min測(cè)定上清液的COD及色度。所得結(jié)果如圖1和圖2。圖1中pH值在2.0～3.0時(shí)，燒杯中上清液的COD值急劇下降，COD去除率由19.6%升高到56.2%，而后隨著pH值從3.0上升到4.5，反應(yīng)后COD值有緩慢增加，COD去除率56.2%下降到51.1%。pH值為3.0時(shí)，去除率達(dá)到最高；pH值為2.5～3.5這個(gè)范圍都是可以接受的。當(dāng)pH值小于2.0的強(qiáng)酸條件下，F(xiàn)e2＋的催化作用受到抑制，使·OH生成減慢，氧化能力變差；pH大于3.0，H2O2自身會(huì)發(fā)生分解，不利于反應(yīng)的進(jìn)行。如圖2，隨著溶液pH值從2.0升高到3.5時(shí)，反應(yīng)后色度下降很快，色度去除率由20.0%升高到94.7%，而后隨著pH值從3.5上升到4.5，反應(yīng)后色度去除率變化不大。說(shuō)明對(duì)于色度的去除，在pH值為3.5時(shí)取得最好效果。但從圖1可知，對(duì)于COD的去除，pH值為3.0較為適宜。因此，綜合考慮研究試驗(yàn)最佳pH值為3.0。

圖1 pH值對(duì)COD去除的影響

圖2 pH值對(duì)色度去除的影響

2.2 FeSO4投加量的影響

Fe2＋的作用是催化，F(xiàn)e2＋的量會(huì)影響Fe2＋的催化效果。Fe2＋量少時(shí)，·OH產(chǎn)生量少，速度慢，使催化過(guò)程受到抑制。Fe2＋量增多時(shí)，會(huì)被H2O2氧化成Fe3＋，去除效果下降。

如圖3，在FeSO4投加量為500～1500mg/L時(shí)，COD值不斷下降，COD去除率由開(kāi)始的37.2%增加到78.2%，而當(dāng)繼續(xù)增加FeSO4的量至2500mg/L，COD值反而上升，COD去除率由78.2%下降到65.5%。由此可知，對(duì)于COD的去除，F(xiàn)eSO4的投加量并不是越多越好。因Fe2＋量過(guò)多，會(huì)將H2O2還原，影響COD的去除效果。對(duì)于COD的去除，本試驗(yàn)FeSO4最佳投加量為1500mg/L。

如圖4，F(xiàn)eSO4量的增加致使色度不斷下降。色度去除率由72.1%增加到90.3%。繼續(xù)增加FeSO4的量至2500mg/L，COD值反而上升，COD去除率由90.3%下降到60.4%。由此可知，對(duì)于色度的去除，F(xiàn)eSO4的投加量并不是越多越好。因?yàn)镕e2＋量過(guò)多，F(xiàn)e2＋本身被氧化成Fe3＋，而增加溶液的色度。對(duì)于色度的去除，F(xiàn)eSO4投加量1500mg/L較適宜。

圖3 FeSO4投加量對(duì)COD去除的影響

圖4 FeSO4投加量對(duì)色度去除的影響

2.3 H2O2投加量的影響

Fenton試劑中，H2O2起主要的氧化作用，其決定著處理效率，也決定著處理水的藥劑費(fèi)。在pH值為3.0，攪拌時(shí)間30min，F(xiàn)eSO4投加量1500mg/L的條件下，改變H2O2投加量（10，20，30，40，50mL/L），進(jìn)行Fenton反應(yīng)。靜置45min后測(cè)定COD值及色度值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5和圖6。

圖5 H2O2投加量對(duì)COD去除的影響

圖6 H2O2投加量對(duì)COD去除的影響

從圖5可知，H2O2量增加到20mL/L時(shí)，COD值下降很快。COD去除率由40.5%增加到57.8%。而50mL/L H2O2才使COD去除率由57.8%增加到59.1%。這時(shí)H2O2投加量大了，但COD去除率卻無(wú)明顯增加。說(shuō)明H2O2作為氧化劑，其投加量并不是越多越好。因H2O2量特別大時(shí)，自身會(huì)發(fā)生分解，很難達(dá)到好的處理效果。認(rèn)為去除COD，H2O2的投加量20mL/L比較適宜。

從圖6可知，10～20mL/L的H2O2能去除57.5%～85.2%的色度。而50mL/L的H2O2可使色度去除率達(dá)92.1%。繼續(xù)增加H2O2的量，色度去除率增加不明顯。H2O2作為氧化劑除色度，也不宜投加量太高?？紤]經(jīng)濟(jì)性，除色度為目的H2O2量為20mL/L即可。

2.4 反應(yīng)時(shí)間的影響

反應(yīng)所需時(shí)間取決于H2O2產(chǎn)生的羥基自由基的速率。不同的廢水，污染物情況不同，反應(yīng)時(shí)間不同。具體的反應(yīng)時(shí)間應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。本試驗(yàn)在pH值為3.0，F(xiàn)eSO4投加量1500mg/L的條件下，改變反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行Fenton實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)后即刻測(cè)定COD值及色度值。如圖7，在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中，得到了57.8%到85.3%的COD去除率。但是反應(yīng)60min時(shí)，COD去除率已較高，達(dá)到79.7%。隨后增加了90min的反應(yīng)COD去除率只提高了5.6%。因此從經(jīng)濟(jì)上考慮60min為去除COD的最佳反應(yīng)時(shí)間。

圖7 反應(yīng)時(shí)間對(duì)COD去除的影響

如圖8，在反應(yīng)60min時(shí)達(dá)95.2%的色度去除率，再增加反應(yīng)時(shí)間于經(jīng)濟(jì)性無(wú)宜。因此，反應(yīng)的最佳時(shí)間定為60min較好。

圖8 反應(yīng)時(shí)間對(duì)色度去除的影響

3 結(jié)語(yǔ)

pH值，H2O2與FeSO4的量及反應(yīng)時(shí)間決定著COD和色度的去除效率。pH值是Fenton反應(yīng)的決定性因素。pH值不宜過(guò)高或過(guò)低。本試驗(yàn)最佳pH值為3.0。Fe2＋作為催化劑其投加量為1500mg/L較為適宜。H2O2作為氧化劑，其投加量太多會(huì)發(fā)生無(wú)效分解且不經(jīng)濟(jì)，綜合考慮H2O2最佳量為20mL/L。反應(yīng)時(shí)間為60mim時(shí)Fenton試劑對(duì)COD及色度的去除率分別為79.7%和95.2%。經(jīng)Fenton試劑處理后，出水可達(dá)到GB 16889—2008《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

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Post-treatment of landfill leachate by Fenton reagent

GAO Yan-jiao1，GAO Xin2，KONG Qing-peng1，WANG Xuan1
（1.College of Civil Engineering and Architecture，Liaoning University of Technology，Jinzhou 121001，China；2.China Northeast Municipal Engineering Design and Research Institute Co.Ltd.，Changchun 130021，China）

The Fenton reagent made from H2O2and FeSO4was adopted to process the landfill leachate.The effects of pH，H2O2dosage，F(xiàn)eSO4dosage and the reaction time on the removal of COD and chromaticity were investigated.The optimum conditions determined by the test were pH of 3.0，F(xiàn)eSO4of 1500mg/L，H2O2of 20mL/L and the reaction time of 60min，with the removal rate of COD 79.7%and chromaticity 95.2%.

hydrogen peroxide；ferrous sulfate；landfill leachate

X21

B

1672-9900（2017）05-0007-04

2017-08-04

高艷嬌（1974-），女（漢族），吉林公主嶺人，博士研究生，主要從事水處理工藝與技術(shù)研究，（Tel）13134161506。

（責(zé)任編輯：王艷肖）