Fenton法處理垃圾滲濾液的研究*

潘 軍，李晶晶，董澤琴

(1.貴州省環(huán)境科學研究設計院， 貴陽 550081;2.貴州師范大學地理與環(huán)境科學學院， 貴陽 550001)

垃圾滲濾液中含有大量腐殖酸、氨氮、“三致”有機物和重金屬，這種廢水具有成分復雜、毒性強，有機物、氨氮含量高，可生化性差，微生物營養(yǎng)元素比例嚴重失調，對生態(tài)環(huán)境危害很大，水質狀況隨“場齡”發(fā)生很大的變化等特點，國內外專家學者對垃圾滲濾液的理化特性和處理技術進行了廣泛研究，垃圾滲濾液的無害化處理一直是個世界性的難題[1－3]。

高級氧化技術(advanced oxidation processes，AOPs)因其能夠產(chǎn)生極強氧化性的·OH自由基而被認為是處理有機污染物的一種重要替代方法，F(xiàn)enton法的氧化機理[4]是因為Fenton試劑具有很強的氧化能力，其中含有Fe2+和H2O2，H2O2被亞鐵離子催化分解生成羥基自由基(·OH)，并引發(fā)更多的其他自由基，·OH與有機物RH反應生成游離基R·，R·進一步氧化生成CO2和H2O，從而使廢水的COD大大降低。Fenton法作為高級氧化技術的一種，由于它操作簡便、費用低廉而受到人們的重視。本文以實際的垃圾滲濾液為研究對象，考察Fenton試劑氧化法處理垃圾滲濾液的效果及影響因素。

1 實驗材料和測定方法

1.1 實驗用水

實驗用水取自貴州省某市的垃圾填埋場，該市人口在100萬人左右，滲濾液取自填埋場進入調節(jié)池的出水口，滲濾液顏色呈黑褐色，有惡臭味，水質如表1所示:

表1 垃圾填埋場垃圾滲濾液水質

1.2 實驗儀器和藥品

YHNH－100A型COD快速測定儀(江蘇姜堰銀河儀器有限公司)，紫外可見分UV1601型光光度計(日本島津)，78－1型磁力攪拌器。

30% 的 H2O2，F(xiàn)eSO4·7H2O，NaOH，H2SO4，HgI2等均為分析純，來自中國醫(yī)藥(集團)上海化學試劑公司和貴陽瑞晟化玻有限公司。

1.3 測試方法

量取100 ml垃圾滲濾液于200 ml的燒杯中，在BDS－307A型酸度計上用H2SO4或NaOH調節(jié)pH到一定值，再向溶液中加入一定量的FeSO4·7H2O和H2O2，迅速混合，控制反應溫度為25±2℃，置于磁力攪拌器上反應一定時間后取出，調節(jié)其pH至8以上，靜置一段時間后，取上清液測其COD和氨氮值。

2 結果與討論

2.1 pH對處理效果的影響

控制實驗參數(shù) n(H2O2)∶n(Fe2+)=4∶1，反應時間設定為 1h，調節(jié) pH=3、4、5、6、7，反應 1h 后調節(jié)其pH至8以上，靜置一段時間后，取上清液測其COD值，結果如表2、圖1所示。

表2 不同pH條件下垃圾滲濾液COD和氨氮處理效果

圖1 不同pH條件下對COD去除率的影響

從圖1可以看出，當pH=4時，反應的COD去除效果明顯，去除率達到69.7%，但是隨著pH的增大，去除效率在不斷的下降。Fenton試劑主要是通過·OH自由基的氧化能力來處理污染物。Fenton試劑產(chǎn)生的Fe2+與H2O2反應產(chǎn)生·OH自由基，從而提高H2O2的分解速率。廢水的pH過高和過低都會對COD的去除效果產(chǎn)生影響。當pH過高時，過量的OH－使溶液中的Fe2+以氫氧化物的形式沉淀而失去催化能力，并且抑制了·OH的產(chǎn)生，同時使得H2O2的氧化電勢會降低，影響污染物的處理效果;當pH過低時，H+濃度會增高，F(xiàn)e3+不能快速的被還原為 Fe2+，催化反應受阻。Fe2+、Fe3+的絡合平衡體系會受到pH值變化的影響，從而影響Fenton試劑的氧化能力[5]。

2.2 時間對處理效果的影響

控制實驗參數(shù)n(H2O2)∶n(Fe2+)=4∶1。反應 pH 設定為 4，反應時間為:0.5、1、1.5、2、2.5 h，反應1 h后調節(jié)其pH至8以上，靜置一段時間后，取上清液測其COD值，結果如表3、圖2所示。

表3 不同時間條件下垃圾滲濾液COD和氨氮處理效果

圖2 反應時間對COD去除率的影響

從圖2可以得到，COD去除效率隨著反應時間的增加而增大，時間在0.5～1 h之間的去除率變化最大，反應時間1 h之后，COD去除率的上升趨勢平緩，所以選定1 h為最佳反應時間。

2.3 雙氧水用量對處理效果的影響

控制實驗參數(shù)時間設定為1 h、pH設定為4，n(H2O2)∶n(Fe2+)=2、4、6、8、10，其中固定 Fe2+的量為 174 mg，改變 H2O2的用量:0.125、0.25、0.375、0.5、0.625 ml，反應 1h 后調節(jié)其 pH 至 8 以上，靜置一段時間后，取上清液測其COD值，結果如表4、圖3所示。

表4 雙氧水用量變化的處理效果

圖3 H2O2添加量對COD去除率的影響

從圖3中得知，當n(H2O2)∶n(Fe2+)=4∶1時COD去除效果較好，達到63.7%。固定Fe2+的量，增加H2O2的投加量，COD去除率不僅沒有無限增大，反而還會下降。這主要是因為，當H2O2投加量較低時，產(chǎn)生的·OH自由基較少，導致COD去除率較低;當H2O2投加量逐漸增大，COD去除率會提高;當投加的H2O2過量后，在反應開始階段H2O2就將Fe2+迅速地氧化為Fe3+，抑制了·OH的生成。過量的H2O2破壞已經(jīng)生成的·OH自由基，造成H2O2分解后并沒有產(chǎn)生預想的效果[6]。

2.4 Fe2+用量對處理效果的影響

控制實驗參數(shù)時間設定為1 h、pH設定為4，n(H2O2)∶n(Fe2+)=2、4、6、8、10，其中固定H2O2的量為 0.25 ml，改變 Fe2+的用量:348、174、116、87、69.6 mg，反應 1h 后調節(jié)其 pH 至 8 以上，靜置一段時間后，取上清液測其COD值，結果如表5、圖4所示。

表5 Fe2+量變化的處理效果

圖4 Fe2+添加量對COD去除率的影響

由圖4可知，當n(H2O2)∶n(Fe2+)=2時，H2O2的用量為2.5 ml/L，F(xiàn)e2+的用量為3.48 g/L。此時的處理效果比其它比例的都好，達到了70.8%。隨著Fe2+投加量的減少，COD去除率在不斷地下降。開始的時候，投加的Fe2+過量，過量的Fe2+導致H2O2快速分解產(chǎn)生·OH自由基，造成·OH自由基之間快速反應，抑制了·OH自由基對有機物物質的降解作用;當Fe2+的投加量過低時，H2O2的分解速度極慢，分解產(chǎn)生·OH自由基的產(chǎn)生量和產(chǎn)生速度都會降低，降解過程受到抑制[7]。

2.5 氨氮去除率

氨氮的去除率較低可能是由多種情況共同影響產(chǎn)生的:Fenton法的pH值較低，影響了銨離子平衡體系。產(chǎn)生的羥基自由基在氧化過程中，首先與C－H鍵接觸發(fā)生反應，對于氨氮的氧化也會產(chǎn)生影響。具體的氧化機理還要通過進一步的研究來取得。

3 結論

Fenton試劑處理垃圾滲濾液取得了良好的效果，可將原水的COD從2 853 mg/L降到832 mg/L，去除率達到70.8%。通過實驗確定反應的最佳條件為:初始pH為4，反應時間為1 h，H2O2加入量為2.5 ml/L，F(xiàn)eSO4·7H2O 加入量為3.48 g/L。Fenton試劑法對氨氮的去除效果不明顯，尚值得進一步深入研究。

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