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(guò)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(duì)其進(jìn)行深度處理。
1894年，法國(guó)科學(xué)家H. J. Fenton在研究蘋果酸氧化實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e2+離子的加入能夠大幅度提高過(guò)氧化氫對(duì)蘋果酸的氧化速率，并在隨后的實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了亞鐵鹽和過(guò)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(wú)機(jī)物質(zhì)，對(duì)色度也有很好的去除效果。本文采用Fenton試劑對(duì)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(guò)氧化和吸附混凝共同作用對(duì)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(guò)吸附混凝對(duì)有機(jī)物進(jìn)行去除，普遍認(rèn)為Fenton試劑中混凝過(guò)程中起主要作用的是三價(jià)鐵離子的絡(luò)合物。其機(jī)理如下：

2實(shí)驗(yàn)方法
實(shí)驗(yàn)原水為經(jīng)過(guò)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(shí)間后，測(cè)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(shí)間為15min和反應(yīng)時(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1和圖2所示：

圖1 H2O2投加量對(duì)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(gè)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(shí)CODCr去除幅度減慢，此時(shí)CODCr去除率為73.8％。這是因?yàn)镠2O2濃度較低時(shí)，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(shí)，過(guò)量的H2O2會(huì)在反應(yīng)開(kāi)始階段將Fe2+迅速地氧化為Fe3+，消耗了部分H2O2同時(shí)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(guò)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(shí)間為15min和反應(yīng)時(shí)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(shí)CODCr基本沒(méi)有得到降解；當(dāng)FeSO4?7H2O投加量為0.5g/L時(shí)CODcr去除率達(dá)到最高值為78.6％；再增加FeSO4?7H2O投加量時(shí)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(shí)，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(shí)，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(shí)，出水pH值較高，而當(dāng)FeSO4?7H2O投加量大于0.5g/L時(shí)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(shí)，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(shí)，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(shí)間為15min和反應(yīng)時(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5和圖6所示：

圖5初始pH值對(duì)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(shí)，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(shí)，F(xiàn)enton試劑對(duì)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(shí)，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(xiàng)式可以得出反應(yīng)中pH值為2.84時(shí)，F(xiàn)enton試劑對(duì)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(shí)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(shí)間為15min，每隔1h取樣一次測(cè)定出水CODcr，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7所示：

圖7反應(yīng)時(shí)間對(duì)CODcr去除的影響
由圖可以看出隨著反應(yīng)時(shí)間的增加CODcr去除率逐漸提高，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為1h時(shí)去除率達(dá)到81.7％，此后去除率無(wú)明顯變化。因此最佳反應(yīng)時(shí)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(shí)，反應(yīng)后PH值與出水CODCr呈一定的相關(guān)性。
（3）通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(shí)間15min，反應(yīng)時(shí)間60min。
參考文獻(xiàn)略