Fenton法预处理垃圾渗滤液的实验研究

采用Fenton法预处理垃圾渗滤液，考察了初始pH值、FeSO4•7H2O投加量、H2O2/Fe2+物质的量比及反应时间对Fenton氧化处理效果的影响。研究的主要结论如下：（1）pH、n（H2O2）/n（Fe2+）、FeSO4•7H2O投加量是影响Fenton氧化处理效果的主要因素，反应时间对其也有一定影响。

这些因素的主次关系为：（1）pH>n（H2O2）/n（Fe2+）>FeSO4•7H2O投加量>反应时间；（2）在pH为3.0、FeSO4•7H2O投加量为1.2mmol/L、H2O2与Fe2+摩尔比为8：1、反应时间为30分钟条件下，COD去除率可达到62.3%。

生活垃圾经环卫系统收集压缩以后运输至垃圾焚烧发电厂垃圾库，垃圾经堆放、压缩、发酵以后产生渗滤液，垃圾渗滤液属原生垃圾渗滤液，我国大部分城市生活垃圾的厨余物多，含水率高、热值低，炉排炉直接焚烧处理垃圾时必须将新鲜垃圾在垃圾库中储存5～7天进行发酵，以达到滤出水份、提高热值，保证后续垃圾焚烧的正常运行和炉膛温度。

垃圾渗滤液会对周围的环境造成严重的影响，如何有效处理垃圾渗滤液成为近年来的研究热点[1-11]。本研究采用Fenton法预处理垃圾渗滤液，对其预处理效果进行研究，为Fenton法应用于垃圾渗滤液预处理提供一些参考。

1 材料及方法

1.1 实验材料与仪器

实验试剂：浓硫酸、氢氧化钠、硫酸亚铁铵、七水合硫酸亚铁、重铬酸钾、硫酸-硫酸银、一水合邻菲咯啉、双氧水、硫酸汞。

实验废水：实验所用的垃圾渗滤液取自泰州市某垃圾焚烧发电厂，通过初步测定，废水的pH值在6.53左右，COD为10200mg/L。颜色呈现黑褐色，并伴有恶臭味。

实验仪器：电子天平、pH计、COD消解器。

1.2 实验方法

取一定量的垃圾渗滤液于500ml的烧杯中，调节pH值，再加入一定量的FeSO4•7H2O和双氧水，搅拌反应一段的时间后，静置30分钟，然后取其上清液测定COD。分别改变反应条件中的初始pH值、FeSO4•7H2O投加量、H2O2/Fe2+物质的量比及反应时间，考察这些条件对处理效果的影响。

2 结果与讨论

2.1 初始pH值的影响

取6份100ml的垃圾渗滤液，加入到6个500ml的烧杯中，分别调节pH值到2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0，再加入5.0ml/L的双氧水和5mmol/L的FeSO4•7H2O，搅拌反应时间设定为1个小时。反应完成后静置30分钟后取其上清液测定COD，实验结果如图1所示。

由图可知，当pH在2～4范围之内，随着pH的增加COD的去除率呈现了上升的趋势，并在pH=4.0时COD去除率为最大。当pH大于4时，随着pH值的增加，COD去除率则逐渐呈下降的趋势。

这是由于在酸性条件下对H2O2的分解和•OH产生比较有利，并且Fe2+的催化效率比较高，但随着pH的升高，会有一部分Fe2+被氧化为Fe3+，而Fe3+的催化效果则不如Fe2+，也降低了•OH的氧化活性，所以对COD的去除效果会下降。由于在pH为3和4时的去除率比较相近，出于对经济性的考虑，最佳pH值为4.0。

2.2 Fe2+投加量的影响

分别取100ml的垃圾渗滤液，加入6个到500ml的烧杯中，调节pH值到4.0，固定双氧水投加量为5.0ml/L，FeSO4•7H2O的投加量分别为5、2.5、1.2、0.8、0.6、0.5mmol/L，搅拌反应时间设定为1个小时。反应完成后，静置30分钟后取其上清液测定COD，实验结果如图2所示。

由图可以看出，当Fe2+浓度在0.5～0.8mmol/L的范围内时，随着FeSO4•7H2O投加量的逐渐增加，COD去出率明显地呈现上升趋势，在0.8mmol/L时COD去除率达到最大，但继续增加投加量时，去除率反而开始缓慢地降低。

这是因为随着Fe2+的增加，催化H2O2产生的•OH也会随之增加，但是当Fe2+投加过量时，多余的Fe2+则会与•OH反应产生Fe3+，并且会消耗掉一部分的双氧水，使其活性降低，影响了COD的去除。因此最佳的FeSO4•7H2O投加量为0.8mmol/L。

2.3 H2O2与Fe2+物质的量比的影响

分别取100ml的垃圾渗滤液到6個500ml的烧杯中，调节pH值到4.0，固定FeSO4•7H2O的投加量为0.8mmol/L，调节H2O2与Fe2+摩尔比1：1、2：1、4：1、6：1、8：1、10：1，搅拌反应时间设定为1个小时。反应完成后静置30分钟，取其上清液测定COD，实验结果如图3所示。

由图可知，H2O2与Fe2+摩尔比对COD去除率的影响比较明显，当H2O2与Fe2+摩尔比在1～4之间时，随着H2O2与Fe2+摩尔比的增大，COD去除率上升得比较快，并在4：1的时候COD去除率达到了最大值，之后则呈现了下降趋势，并且有较小的波动。

这是由于随着n（H2O2）/n（Fe2+）的增加，产生的H2O2量较多，则生成•OH的量也会增多，氧化能力就得到了提升。但当H2O2过量时，溶液中的一部分Fe2+会被氧化成Fe3+，而且Fe3+会抑制•OH的产生，并且其中一部分自由基也会与•OH产生反应，这些都造成了•OH的减少则减弱了氧化能力。因此，最佳的H2O2与Fe2+摩尔比为4：1。

2.4 反应时间的影响

分别取100ml的垃圾渗滤液加入到6个500ml的烧杯中，调节pH 到4.0，固定FeSO4•7H2O的投加量为0.8mmol/L，H2O2与Fe2+摩尔比为4：1，控制反应时间为10、20、30、60、90、120min，反应完成后静置30分钟，取其上清液测定COD，实验结果如图4所示。

由图可知，反应时间在60min之前，随着时间的增加，COD去除率在逐渐地上升，并在60min时COD去除率到达最大，之后呈缓慢的下降趋势。这是由于在短时间内，随着反应时间增加，反应越充分，产生的•OH也会变多，但是到达一定时间后，反应中的过氧化氢和亚铁离子浓度降低，则产生的•OH的量就会减少，导致氧化能力下降，去除率就会有所下降。因此确定Fenton法去除COD的最佳反应时间为1个小时。

2.5 正交实验及结果

根据单因素的实验结果，选取初始pH、FeSO4•7H2O投加量、H2O2与Fe2+摩尔比、反应时间进行4因素3水平的正交实验。正交实验因素及其水平见表1，实验结果如表2所示。

从正交实验的结果可以看出，最佳的反应条件为：初始pH为3.0，FeSO4•7H2O投加量为1.2mmol/L，H2O2与Fe2+摩尔比为8：1，反应时间为30分钟。在此条件下COD的去除率达到了62.30%。通过对极差的结果分析可知这些因素中初始pH的影响尤为重要，其次是 H2O2与Fe2+摩尔比，然后再是FeSO4•7H2O投加量，反应时间的影响比较小。

3 结论

采用Fenton法预处理垃圾渗滤液，研究初始pH、FeSO4•7H2O投加量、H2O2与Fe2+摩尔比、反应时间对垃圾渗滤液处理效果的影响，得出结论如下：（1）初始pH、FeSO4•7H2O投加量、H2O2与Fe2+摩尔比、反应时间都对COD去除率有一定的影响，其中影响最大的是初始pH值，其次是H2O2与Fe2+摩尔比，然后再是FeSO4•7H2O投加量，最后是反应时间。（2）由正交实验得出最佳的实验条件为初始pH为3.0、FeSO4•7H2O投加量为1.2mmol/L、H2O2与Fe2+摩尔比为8：1、反应时间为30分钟，在此条件下的COD去除率为62.3%。