Fe/C微電解-Fenton 氧化法預(yù)處理餐廚垃圾液的研究

米 鵬，溫建利，王建文，王維濤

(1.青島科技大學(xué) 山東化工研究院，山東 濟(jì)南 250014；2.中車齊車集團(tuán)有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161002；3.山東春旭化工設(shè)計有限公司，山東 濟(jì)南 250014)

1 引言

城市生活垃圾中餐廚垃圾所占比重很大，中國每年產(chǎn)生的餐廚垃圾高達(dá) 6000萬t[1]。餐廚垃圾因含水率高，在進(jìn)行處理處置過程中會產(chǎn)生大量的垃圾液廢水，該廢水具有有機(jī)物、油脂、NaCl和各種微量元素含量高的特點(diǎn)[2]，如果不經(jīng)嚴(yán)格的處理，可能會對區(qū)域的環(huán)境造成極為惡劣二次污染。

餐廚垃圾液廢水首先經(jīng)過油水分離后，滲濾液中懸浮物濃度很高，需要對其進(jìn)行絮凝沉淀加二級氣浮處理，去除滲濾液中的懸浮物和殘存的少量動植物油脂。在此過程中，需要投加聚丙烯酰胺和聚合氯化鋁和破乳劑的等藥劑。滲濾液經(jīng)過反應(yīng)池內(nèi)反應(yīng)完成后，進(jìn)入絮凝沉淀池沉淀，再進(jìn)入二級氣浮，最終上清液計入調(diào)節(jié)池內(nèi)，這時的餐廚垃圾液為高濃度的污染物廢水，進(jìn)入本文高級氧化預(yù)處理環(huán)節(jié)。

2 高級氧化法預(yù)處理技術(shù)

2.1 鐵碳微電解

陽極：Fe-2e→Fe2+

陰極：2H++2e→2[H] →H2

在有氧時，陰極反應(yīng)還有：

O2+4H++4e→2H2O

O2+2H2O+4e→4OH-

電極反應(yīng)可使某些有機(jī)物斷鏈，提高廢水的可生化性病去除部分COD。隨著電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，pH值升高，反應(yīng)池內(nèi)發(fā)生以下反應(yīng)：

4Fe2++8OH-+ O2+2H2O=4Fe(OH)3

Fe(OH)3絮狀物可吸附凝聚去除廢水中的懸浮物和膠體污染物。

2.1 3組麻醉蘇醒時間比較 A組、B組、C組麻醉蘇醒的平均時間分別為(7.60±2.51)min、(7.75±2.50)min及(8.98±2.53)min。A、B兩組的麻醉蘇醒時間明顯短于C組(F=3.6300，P=0.029 5；tAB=-0.3775,PAB>0.05；tAC=3.4726,PAC<0.05；tBC=3.0951，PBC<0.05)。

2.2 Fenton 高級氧化法

Fenton試劑是由H2O2和Fe2+復(fù)合而成的一種強(qiáng)化劑，其原理是在Fe2+的催化作用下，H2O2產(chǎn)生羥基自由基(·OH)，其氧化還原電位高達(dá)2.80 V，可以直接氧化分解污水中存在的難以生物降解的有機(jī)污染物。

2.3 Fe/C微電解+Fenton 氧化法

Fe/C微電解+Fenton氧化法的工藝方式分為：聯(lián)用氧化法和耦合氧化法[3]。

Fe/C微電解-Fenton 聯(lián)用氧化法：廢水首先經(jīng)過Fe/C微電解工藝處理單元進(jìn)行處理，微電解處理后的出水進(jìn)入后續(xù)的工藝處理單元，在該處理單元中投加 H2O2，使得后續(xù)處理單位產(chǎn)生芬頓效應(yīng)，進(jìn)有一步去除廢水中有機(jī)污染物。通過兩級工藝聯(lián)用強(qiáng)化對廢水中有機(jī)污染物的去除。

Fe/C微電解-Fenton耦合氧化法：在鐵碳微電解反應(yīng)器中直接投加H2O2，使得廢水在同一段處理單元內(nèi)同時進(jìn)行微電解和Fenton 氧化處理，兩種反應(yīng)相互疊加耦合，達(dá)到強(qiáng)化處理廢水中有機(jī)污染物的去除。

Fe/C微電解+Fenton 高級氧化法不論是聯(lián)用還是耦合，在芬頓氧化階段均達(dá)到了充分利用Fe/C微電解電極反應(yīng)產(chǎn)生的Fe2+，作為Fenton試劑所需主要成份之一，與額外投加另一種主要成份的H2O2發(fā)生Fenton高級氧化，降解難生物降級的有機(jī)污染物。Fe/C微電解+Fenton氧化法的工藝是根據(jù)各自工藝要求，巧妙利用了Fe/C微電解中的產(chǎn)物作為Fenton氧化所需的原藥劑，這就大大節(jié)約了投加亞鐵鹽的用量，增強(qiáng)了對生物除難降解有機(jī)污染物的去除能力。

3 材料與方法

3.1 實(shí)驗(yàn)材料

餐廚垃圾擠壓滲濾液：水樣呈黑色，惡臭，COD為80000 mg/L，pH值為4。

鐵屑：30目；

碳：采用直徑在1～2 mm，長度2～3 mm的柱狀碳；

雙氧水：濃度30%，分析純；

硫酸亞鐵：分析純。

3.2 鐵碳微電解-Fenton聯(lián)用實(shí)驗(yàn)操作

在室溫條件下，取五組 50 mL 廢水，調(diào)節(jié) pH值=4～5，添加80 g/L的鐵碳微電解劑，反應(yīng)60 min后，出水添加20 mg/L的的H2O2和720 mg/L的FeSO4溶液，反應(yīng)60 min，反應(yīng)后將水樣pH值調(diào)節(jié)至9～10，過濾，測定CODCr。

3.3 鐵碳微電解-Fenton耦合實(shí)驗(yàn)操作

在室溫條件下，取五組 50 mL 廢水，調(diào)節(jié)pH值=4～5，添加一定量的鐵碳微電解劑，同時添加20 mg/L的的H2O2和720 mg/L的FeSO4溶液，反應(yīng)120 min，反應(yīng)后將水樣pH值調(diào)節(jié)至9～10，過濾，測定CODCr。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.1 鐵碳微電解-Fenton聯(lián)用處理效果

在室溫條件下，采用Fenton高級氧化和鐵碳微電解處理餐廚垃圾液廢水，取五組水樣進(jìn)行平行試驗(yàn)，調(diào)節(jié)pH值至4～5，添加80g/L的鐵碳微電解劑，鐵碳質(zhì)量(g)比為1.5∶1，反應(yīng)60 min后，出水添加20 mg/L的的H2O2和720 mg/L的FeSO4溶液，反應(yīng)60 min，反應(yīng)后將水樣pH值調(diào)節(jié)至9～10，過濾，測定CODCr。

表1 鐵碳微電解-Fenton聯(lián)用處理對CODCr去除效果

4.2 鐵碳微電解-Fenton耦合處理效果

在室溫條件下，采用Fenton高級氧化和鐵碳微電解處理餐廚垃圾液廢水，取五組水樣進(jìn)行平行試驗(yàn)，調(diào)節(jié)pH值至4～5，加入720 mg/L的 FeSO4和20 mL/L H2O2，鐵屑大小為30目，鐵碳加入量80 g/L，鐵碳質(zhì)量(g)比為1.5∶1，反應(yīng)時間為120 min。

表2 鐵碳微電解-Fenton耦合處理對CODCr去除效果

5 結(jié)論

采用Fenton高級氧化和鐵碳微電解技術(shù)作為預(yù)處理餐廚垃圾液廢水，在室溫條件下，通過對CODCr為80000 mg/L的餐廚垃圾液廢水，鐵碳微電解處理廢水的最佳條件鐵屑為鐵屑大小是30目， 鐵碳加入量為80 g/L，鐵碳質(zhì)量(g)比為1.5∶1，處理60 min，在Fenton試劑處理廢水的條件為 FeSO4和H2O2加入量分別為 720 mg/L和20 mL/L，反應(yīng)時間60 min條件下，聯(lián)合氧化方式對CODCr去除率為32.6%，耦合氧化方式對CODCr去除率可達(dá)49.7 %。 鐵碳微電解-Fenton 耦合氧化處理時，處理效果較好，具有一定的實(shí)際應(yīng)用意義。