Fenton法預處理垃圾滲濾液的實驗研究

摘 要：采用Fenton法預處理垃圾滲濾液，考察了初始pH值、FeSO4·7H2O投加量、H2O2/Fe2+物質的量比及反應時間對Fenton氧化處理效果的影響。研究的主要結論如下：（1）pH、n（H2O2）/n（Fe2+）、FeSO4·7H2O投加量是影響Fenton氧化處理效果的主要因素，反應時間對其也有一定影響。這些因素的主次關系為：（1）pH>n（H2O2）/n（Fe2+）>FeSO4·7H2O投加量>反應時間；（2）在pH為3.0、FeSO4·7H2O投加量為1.2mmol/L、H2O2與Fe2+摩爾比為8：1、反應時間為30分鐘條件下，COD去除率可達到62.3%。

關鍵詞：垃圾滲濾液；Fenton法；去除率

生活垃圾經環衛系統收集壓縮以后運輸至垃圾焚燒發電廠垃圾庫，垃圾經堆放、壓縮、發酵以后產生滲濾液，垃圾滲濾液屬原生垃圾滲濾液，我國大部分城市生活垃圾的廚余物多，含水率高、熱值低，爐排爐直接焚燒處理垃圾時必須將新鮮垃圾在垃圾庫中儲存5～7天進行發酵，以達到濾出水份、提高熱值，保證后續垃圾焚燒的正常運行和爐膛溫度。垃圾滲濾液會對周圍的環境造成嚴重的影響，如何有效處理垃圾滲濾液成為近年來的研究熱點[1-11]。本研究采用Fenton法預處理垃圾滲濾液，對其預處理效果進行研究，為Fenton法應用于垃圾滲濾液預處理提供一些參考。

1 材料及方法

1.1 實驗材料與儀器

實驗試劑：濃硫酸、氫氧化鈉、硫酸亞鐵銨、七水合硫酸亞鐵、重鉻酸鉀、硫酸-硫酸銀、一水合鄰菲咯啉、雙氧水、硫酸汞。

實驗廢水：實驗所用的垃圾滲濾液取自泰州市某垃圾焚燒發電廠，通過初步測定，廢水的pH值在6.53左右，COD為10200mg/L。顏色呈現黑褐色，并伴有惡臭味。

實驗儀器：電子天平、pH計、COD消解器。

1.2 實驗方法

取一定量的垃圾滲濾液于500ml的燒杯中，調節pH值，再加入一定量的FeSO4·7H2O和雙氧水，攪拌反應一段的時間后，靜置30分鐘，然后取其上清液測定COD。分別改變反應條件中的初始pH值、FeSO4·7H2O投加量、H2O2/Fe2+物質的量比及反應時間，考察這些條件對處理效果的影響。

2 結果與討論

2.1 初始pH值的影響

取6份100ml的垃圾滲濾液，加入到6個500ml的燒杯中，分別調節pH值到2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0，再加入5.0ml/L的雙氧水和5mmol/L的FeSO4·7H2O，攪拌反應時間設定為1個小時。反應完成后靜置30分鐘后取其上清液測定COD，實驗結果如圖1所示。

由圖可知，當pH在2～4范圍之內，隨著pH的增加COD的去除率呈現了上升的趨勢，并在pH=4.0時COD去除率為最大。當pH大于4時，隨著pH值的增加，COD去除率則逐漸呈下降的趨勢。這是由于在酸性條件下對H2O2的分解和·OH產生比較有利，并且Fe2+的催化效率比較高，但隨著pH的升高，會有一部分Fe2+被氧化為Fe3+，而Fe3+的催化效果則不如Fe2+，也降低了·OH的氧化活性，所以對COD的去除效果會下降。由于在pH為3和4時的去除率比較相近，出于對經濟性的考慮，最佳pH值為4.0。

2.2 Fe2+投加量的影響

分別取100ml的垃圾滲濾液，加入6個到500ml的燒杯中，調節pH值到4.0，固定雙氧水投加量為5.0ml/L，FeSO4·7H2O的投加量分別為5、2.5、1.2、0.8、0.6、0.5mmol/L，攪拌反應時間設定為1個小時。反應完成后，靜置30分鐘后取其上清液測定COD，實驗結果如圖2所示。

由圖可以看出，當Fe2+濃度在0.5～0.8mmol/L的范圍內時，隨著FeSO4·7H2O投加量的逐漸增加，COD去出率明顯地呈現上升趨勢，在0.8mmol/L時COD去除率達到最大，但繼續增加投加量時，去除率反而開始緩慢地降低。這是因為隨著Fe2+的增加，催化H2O2產生的·OH也會隨之增加，但是當Fe2+投加過量時，多余的Fe2+則會與·OH反應產生Fe3+，并且會消耗掉一部分的雙氧水，使其活性降低，影響了COD的去除。因此最佳的FeSO4·7H2O投加量為0.8mmol/L。

2.3 H2O2與Fe2+物質的量比的影響

分別取100ml的垃圾滲濾液到6個500ml的燒杯中，調節pH值到4.0，固定FeSO4·7H2O的投加量為0.8mmol/L，調節H2O2與Fe2+摩爾比1：1、2：1、4：1、6：1、8：1、10：1，攪拌反應時間設定為1個小時。反應完成后靜置30分鐘，取其上清液測定COD，實驗結果如圖3所示。

由圖可知，H2O2與Fe2+摩爾比對COD去除率的影響比較明顯，當H2O2與Fe2+摩爾比在1～4之間時，隨著H2O2與Fe2+摩爾比的增大，COD去除率上升得比較快，并在4：1的時候COD去除率達到了最大值，之后則呈現了下降趨勢，并且有較小的波動。這是由于隨著n（H2O2）/n（Fe2+）的增加，產生的H2O2量較多，則生成·OH的量也會增多，氧化能力就得到了提升。但當H2O2過量時，溶液中的一部分Fe2+會被氧化成Fe3+，而且Fe3+會抑制·OH的產生，并且其中一部分自由基也會與·OH產生反應，這些都造成了·OH的減少則減弱了氧化能力。因此，最佳的H2O2與Fe2+摩爾比為4：1。

2.4 反應時間的影響

分別取100ml的垃圾滲濾液加入到6個500ml的燒杯中，調節pH 到4.0，固定FeSO4·7H2O的投加量為0.8mmol/L，H2O2與Fe2+摩爾比為4：1，控制反應時間為10、20、30、60、90、120min，反應完成后靜置30分鐘，取其上清液測定COD，實驗結果如圖4所示。

由圖可知，反應時間在60min之前，隨著時間的增加，COD去除率在逐漸地上升，并在60min時COD去除率到達最大，之后呈緩慢的下降趨勢。這是由于在短時間內，隨著反應時間增加，反應越充分，產生的·OH也會變多，但是到達一定時間后，反應中的過氧化氫和亞鐵離子濃度降低，則產生的·OH的量就會減少，導致氧化能力下降，去除率就會有所下降。因此確定Fenton法去除COD的最佳反應時間為1個小時。

2.5 正交實驗及結果

根據單因素的實驗結果，選取初始pH、FeSO4·7H2O投加量、H2O2與Fe2+摩爾比、反應時間進行4因素3水平的正交實驗。正交實驗因素及其水平見表1，實驗結果如表2所示。

從正交實驗的結果可以看出，最佳的反應條件為：初始pH為3.0，FeSO4·7H2O投加量為1.2mmol/L，H2O2與Fe2+摩爾比為8：1，反應時間為30分鐘。在此條件下COD的去除率達到了62.30%。通過對極差的結果分析可知這些因素中初始pH的影響尤為重要，其次是 H2O2與Fe2+摩爾比，然后再是FeSO4·7H2O投加量，反應時間的影響比較小。

3 結論

采用Fenton法預處理垃圾滲濾液，研究初始pH、FeSO4·7H2O投加量、H2O2與Fe2+摩爾比、反應時間對垃圾滲濾液處理效果的影響，得出結論如下：（1）初始pH、FeSO4·7H2O投加量、H2O2與Fe2+摩爾比、反應時間都對COD去除率有一定的影響，其中影響最大的是初始pH值，其次是H2O2與Fe2+摩爾比，然后再是FeSO4·7H2O投加量，最后是反應時間。（2）由正交實驗得出最佳的實驗條件為初始pH為3.0、FeSO4·7H2O投加量為1.2mmol/L、H2O2與Fe2+摩爾比為8：1、反應時間為30分鐘，在此條件下的COD去除率為62.3%。

參考文獻

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作者簡介：楊建友（1973，04-），男，從事企業環境管理工作，主要研究方向為污染防治技術的研究與應用。