Fenton試劑法在垃圾滲濾液深度處理中的應(yīng)用

垃圾滲濾液屬于高濃度難降解有機(jī)廢水，它成分復(fù)雜、CODCr值高，傳統(tǒng)的生物方法雖然能夠取得一定的處理效果，但經(jīng)過生化處理的垃圾滲濾液依然含有大量環(huán)烷烴、酯類、羥酸類及苯酚類等有毒有害物質(zhì)，難以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，需要對其進(jìn)行深度處理。
1894年，法國科學(xué)家H. J. Fenton在研究蘋果酸氧化實驗時發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e2+離子的加入能夠大幅度提高過氧化氫對蘋果酸的氧化速率，并在隨后的實驗中證實了亞鐵鹽和過氧化氫的組合是一種高效的有機(jī)物氧化劑。Fenton試劑能夠有效地降解廢水中的硝基苯、芳胺類、苯酚類等有毒有害物質(zhì)，還可以將羧酸類、酯類和醇類等氧化為小分子有機(jī)物或無機(jī)物質(zhì)，對色度也有很好的去除效果。本文采用Fenton試劑對經(jīng)厭氧生化處理的垃圾滲濾液進(jìn)行深度處理研究，為垃圾滲濾液的深度處理排放提供一定的借鑒。
1原理
Fenton試劑法是一種均相催化氧化法，通過氧化和吸附混凝共同作用對污染物進(jìn)行降解。氧化作用反應(yīng)機(jī)理如下：

反應(yīng)中產(chǎn)生的HO?是一種氧化能力很強(qiáng)的自由基，反應(yīng)速度快、氧化效率高，可使有機(jī)物的C-C鍵斷裂并最終氧化成為CO2和H2O。
另外Fenton試劑還可以通過吸附混凝對有機(jī)物進(jìn)行去除，普遍認(rèn)為Fenton試劑中混凝過程中起主要作用的是三價鐵離子的絡(luò)合物。其機(jī)理如下：

2實驗方法
實驗原水為經(jīng)過厭氧生化處理后的垃圾滲濾液，其水質(zhì)狀況如表1所示：
表1垃圾滲濾液水質(zhì)狀況

取一定體積垃圾滲濾液厭氧出水于500ml燒杯中，調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)膒H值，加入定量的FeSO4溶液和30％H2O2溶液，攪拌15min；靜沉一段時間后，測定水樣的CODCr和pH值。
3結(jié)果和討論
3.1 H2O2投加量的影響
在FeSO4?7H2O投加量為1.0g/L，攪拌時間為15min和反應(yīng)時間為60min的條件下，改變H2O2投加量，進(jìn)行催化氧化反應(yīng)，其實驗結(jié)果如圖1和圖2所示：

圖1 H2O2投加量對CODcr去除的影響

圖2 H2O2投加量與反應(yīng)后的pH值
由圖1可以看出，H2O2的投加量是影響Fenton試劑處理效果的一個重要因素。CODCr去除率隨H2O2投加量的增加而增加，達(dá)到20mL/L時CODCr去除幅度減慢，此時CODCr去除率為73.8％。這是因為H2O2濃度較低時，產(chǎn)生的羥基自由基比較少，CODCr去除率較低；隨著H2O2濃度的增加，CODcr去除率逐漸提高；但當(dāng)H2O2濃度增加到一定程度時，過量的H2O2會在反應(yīng)開始階段將Fe2+迅速地氧化為Fe3+，消耗了部分H2O2同時也抑制了羥基自由基的生成。因此H2O2最佳投加量為20mL/L。由圖2可以看出經(jīng)過60min反應(yīng)后的垃圾滲濾液的pH值在2.2-2.5之間，變化幅度很小。
3.2 Fe2+投加量的影響
在H2O2投加量為20mL/L，pH為8.06，攪拌時間為15min和反應(yīng)時間為60min的條件下，改變FeSO4?7H2O投加量，進(jìn)行催化氧化反應(yīng)，

由圖3所示：當(dāng)FeSO4?7H2O投加量為0.1g/L和0.25g/L時CODCr基本沒有得到降解；當(dāng)FeSO4?7H2O投加量為0.5g/L時CODcr去除率達(dá)到最高值為78.6％；再增加FeSO4?7H2O投加量時CODcr去除率反而有所下降。這是由于Fe2+反應(yīng)中的催化作用所致。當(dāng)Fe2+投量很小時，H2O2難以迅速產(chǎn)生羥基自由基，反應(yīng)速率低；隨著Fe2+投量的增加，反應(yīng)逐漸變快；當(dāng)再增加Fe2+投量時，多余的Fe2+被H2O2氧化為Fe3+，消耗了部分H2O2，使得CODcr去除率略有降低。因此FeSO4?7H2O最佳投加量為500mg/L。由圖4可以看出FeSO4?7H2O投加量較低時，出水pH值較高，而當(dāng)FeSO4?7H2O投加量大于0.5g/L時出水pH值下降較快達(dá)到2.4左右。這是由于FeSO4?7H2O投加量小時，F(xiàn)e2+部用于催化反應(yīng)，生成的Fe3+較少，F(xiàn)e3+的水解吸附混凝作用不明顯，pH值降低幅度小；當(dāng)FeSO4?7H2O投加量較高時，F(xiàn)e3+的水解量增大，導(dǎo)致出水pH值較低。

圖4 FeSO4?7H2O投加量與反應(yīng)后的pH值關(guān)系
3.3原水pH值的影響
在FeSO4?7H2O投加量為0.5g/L，pH為8.06，攪拌時間為15min和反應(yīng)時間為60rnin的條件下，使用濃硫酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)原水pH值，其實驗結(jié)果如圖5和圖6所示：

圖5初始pH值對CODcr去除的影響

圖6 60min后pH值與CODcr關(guān)系
由圖5可以看出隨著初始pH值的提高出水CODCr逐漸降低。當(dāng)初始pH值為原水時，出水CODcr達(dá)到最低值為336.1mg/L，CODcr去除率為79.5％。當(dāng)初始pH值大于8.06時，F(xiàn)enton試劑對CODcr的去除效果變差。因此最佳pH值為原水值。圖6是反應(yīng)60min后pH與出水CODcr之間的關(guān)系圖。從圖6可以看出當(dāng)Fenton試劑投加量一定時，反應(yīng)后pH值與出水CODcr呈一定的相關(guān)性。根據(jù)二次多項式可以得出反應(yīng)中pH值為2.84時，F(xiàn)enton試劑對垃圾滲濾液CODcr去除效果最佳。其原因是Fenton試劑是在酸性條件下發(fā)生作用的。
3.4反應(yīng)時間的影響
在FeSO4?7H2O投加量為0.5g/L，H2O2投加量為20mL/L，pH為8.06和攪拌時間為15min，每隔1h取樣一次測定出水CODcr，其實驗結(jié)果如圖7所示：

圖7反應(yīng)時間對CODcr去除的影響
由圖可以看出隨著反應(yīng)時間的增加CODcr去除率逐漸提高，當(dāng)反應(yīng)時間為1h時去除率達(dá)到81.7％，此后去除率無明顯變化。因此最佳反應(yīng)時間可以選定為1h。
4結(jié)論
（1）Fenton試劑處理生化后的垃圾滲濾液效果良好，CODcr去除率可達(dá)81.7％。
（2）當(dāng)Fenton試劑投加量一定時，反應(yīng)后PH值與出水CODCr呈一定的相關(guān)性。
（3）通過實驗確定反應(yīng)最佳條件為：pH值為8.06，H2O2 20mL/L，F(xiàn)eSO4?7H2O 500mg/L，攪拌時間15min，反應(yīng)時間60min。
參考文獻(xiàn)略