生物吸附劑－Fenton試劑法處理垃圾滲濾液中的COD

劉 輝，鄒繼穎，孫大志，戎貴文

(1.吉林化工學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院，吉林吉林 132022;2.安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院，安徽淮南 232001)

生物吸附劑－Fenton試劑法處理垃圾滲濾液中的COD

劉 輝1，鄒繼穎1，孫大志1，戎貴文2

(1.吉林化工學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院，吉林吉林 132022;2.安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院，安徽淮南 232001)

采用生物吸附劑預(yù)處理后Fenton試劑法處理垃圾滲濾液，可以有效去除垃圾滲濾液中的COD。結(jié)果表明:用稻殼吸附劑預(yù)處理垃圾滲濾液，COD去除率為57.14%。Fenton試劑處理垃圾滲濾液的最佳工藝條件是:n(H2O2)/n(FeSO4)值，10∶4;溫度，45℃;pH值，3;反應(yīng)時(shí)間，90min，此時(shí)對COD的去除率為89.36%。

垃圾滲濾液;Fenton試劑;生物吸附劑;COD

垃圾滲濾液是指垃圾在堆置過程中由于自身的分解和雨水的淋溶以及地表水和地下水的浸入而滲濾出來的污水［1］。除了提供給垃圾本身一定的濕度外，當(dāng)進(jìn)入填埋場的水量大于其蒸發(fā)量時(shí)，多余部分的水從垃圾場中滲濾出來，即成為垃圾滲濾液［2］。固體垃圾在堆放和填埋過程中由于雨水的淋瀝、沖刷以及地表水和地下水的浸泡，通過萃取、水解和發(fā)酵而過濾出來的垃圾滲濾液含有大量的有機(jī)雜質(zhì)，污染周圍的水環(huán)境，最終影響整個(gè)地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)平衡，危害巨大［3－5］。

垃圾滲濾液一旦下滲，最直接污染的就是土壤［6］。我國多數(shù)垃圾填埋場的滲濾液出水達(dá)不到國家標(biāo)準(zhǔn)，這就要求研究者不斷研究開發(fā)符合我國國情的新型滲濾液處理技術(shù)，特別是效果好、投資運(yùn)行費(fèi)用低廉、易于操作管理的處理技術(shù)。在治理污染的水處理技術(shù)中，F(xiàn)enton法具有獨(dú)特的優(yōu)勢，但處理成本高［7］。稻殼等農(nóng)業(yè)生物質(zhì)具有較高的吸附性、價(jià)格低廉，可制備生物吸附劑［8］。這既有利于農(nóng)業(yè)廢棄物的綜合利用，同時(shí)又可以降低Fenton法處理廢水的成本。

1 材料與方法

1.1 試劑與水樣

主要試劑為H2O2、FeSO4·7H2O，均為分析純;垃圾滲濾液取自吉林市郊區(qū)農(nóng)村垃圾場，COD質(zhì)量濃度為3 647.66 mg/L。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 生物吸附劑預(yù)處理 取1 000 mL垃圾滲濾液樣于燒杯中，加入20 g生物吸附劑(自制)［8－9］，放入轉(zhuǎn)子，將燒杯置于磁力攪拌器上，勻速攪拌30 min。攪拌結(jié)束后轉(zhuǎn)置容量瓶，待用。

1.2.2 Fenton試劑處理 對生物吸附劑預(yù)處理的滲濾液調(diào)節(jié) pH值，依次加入固體 FeSO4·7H2O和一定體積的H2O2，置于恒溫磁力攪拌器上，以200 r/min攪拌40min，靜置20min，在燒杯液面約2 cm以下用塑料注射器取出樣品，測定COD值。

本試驗(yàn)包括單因素試驗(yàn)(n(H2O2)/n(FeSO4)值、溫度、pH、反應(yīng)時(shí)間)和最佳降解條件探究。

1.3 分析項(xiàng)目

試驗(yàn)測定先經(jīng)生物吸附劑預(yù)處理后用Fenton試劑處理后的垃圾滲濾中的COD、溫度、pH值，其中COD采用重鉻酸鉀法測定［10］。

2 結(jié)果與討論

2.1 生物吸附劑預(yù)處理垃圾滲濾液

垃圾滲濾液初始COD濃度為3 647.66 mg/L，經(jīng)生物吸附劑預(yù)處理后，垃圾滲濾液的COD濃度為1 563.39 mg/L，去除率為57.14%。

2.2 Fenton試劑處理不同影響因素下的垃圾滲濾率去除效果

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，共有n(H2O2)/n(FeSO4)值(A)、溫度(B)、pH值(C)、反應(yīng)時(shí)間(D)4個(gè)因素。

2.2.1 n(H2O2)/n(FeSO4)值對COD去除率的影響 配制n(H2O2)/n(FeSO4)值分別為10∶1、10∶2、10∶3、10∶4、10∶5、10∶6、10∶7、10∶8、10∶9和10∶10的Fenton試劑，標(biāo)記符依次為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10。加入預(yù)處理后的垃圾滲濾液，60 min后，測定樣品的COD，結(jié)果見圖1。

圖1 n(H2O2)/n(FeSO4)值對COD去除率的影響Fig.1 Effects ofmolar ratio of n(H2O2)/n(FeSO4) on COD removal rate

COD的去除率隨n(H2O2)/n(FeSO4)值的變大先增后減，F(xiàn)enton試劑中n(H2O2)/n(FeSO4)在10∶4時(shí)COD的去除率最高，達(dá)到87.23%。H2O2和Fe2+投加量對COD的去除率具有重要影響:這是因?yàn)镠2O2是·OH的捕捉劑，H2O2投加量過高會使最初產(chǎn)生的·OH消失;而FeSO4投加量過高也不利于·OH的產(chǎn)生［11］，根據(jù)Fenton試劑·OH自由基的生成歷程，生成的·OH愈多，F(xiàn)enton試劑的氧化能力愈強(qiáng)［12］。

2.2.2 溫度對COD去除率的影響 控制試驗(yàn)溫度分別為25、30、35、40、45、50℃，在錐形瓶中按n(H2O2)/n(FeSO4)值為10∶4投加Fenton試劑，60 min后測定樣品的COD。

從圖2可以看出:COD的去除率隨溫度升高而逐漸增加，但增加的量不明顯，在50℃時(shí)為89.36%。溫度對Fenton試劑處理垃圾滲濾液的影響較小，這可能是因?yàn)樵摲磻?yīng)為放熱反應(yīng)所致。

2.2.3 pH值對COD去除率的影響 Fenton試劑在堿性條件下Fe2+離子會發(fā)生沉淀反應(yīng)，從而影響Fenton試劑的氧化能力，試劑遭到破壞。pH的范圍選擇1～7。用2%的HCl和5%的NaOH溶液(wB)調(diào)預(yù)處理后的滲濾液pH值在1～7范圍內(nèi)，在不改變其他因素的條件下，分析pH值對處理效果的影響(圖3)。

圖2 溫度對COD去除率的影響Fig.2 Effects of temperature on COD removal rate

圖3 pH值對COD去除率的影響Fig.3 Effects of pH on COD removal rate

可見，pH=1時(shí) COD去除率最低，為40.59%;pH=3時(shí)最高，為87.35%。垃圾滲濾液pH值一般較高，所以使用Fenton試劑法處理，為達(dá)到最大效果需要進(jìn)行pH值的調(diào)節(jié)。

2.2.4 反應(yīng)時(shí)間對COD去除率的影響 在錐形瓶中加入預(yù)處理后的垃圾滲濾液，按n(H2O2)/ n(FeSO4)值為10∶4投加Fenton試劑，分別靜置反應(yīng)10、20、30、60、90和120 min。由圖4可見，在反應(yīng)10 min后，COD的去除率為87.26%。隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，COD去除率略微變化但不明顯。

圖4 反應(yīng)時(shí)間對COD去除率的影響Fig.4 Effects of reaction time on COD removal rate

2.3 Fenton試劑處理垃圾滲濾液最佳降解條件

每個(gè)因素取3個(gè)水平進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)(表1)。對正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析，得出主要影響因素，對最佳降解條件進(jìn)行探究 (表2)。

表1 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Results of orthogonal experiments

表2 極差分析結(jié)果Table 2 Results of range analysis

可知，pH值對處理效果的影響最大，其次分別為n(H2O2)/n(FeSO4)值、溫度、反應(yīng)時(shí)間，其中溫度和反應(yīng)時(shí)間對處理效果影響較小。通過試驗(yàn)確定了Fenton試劑處理垃圾滲濾液的最佳降解條件:pH值，3;n(H2O2)/n(FeSO4)值，10∶4;溫度，45℃;反應(yīng)時(shí)間，90 min。

3 結(jié)論

本文采用生物吸附劑對垃圾滲濾液進(jìn)行預(yù)處理，可有效地去除垃圾滲濾液的COD，去除效率為57.14%。以生物吸附劑預(yù)處理，再采用Fenton試劑處理垃圾滲濾液的最佳工藝條件是: n(H2O2)/n(FeSO4)值為10∶4、溫度為45℃、pH值為3、反應(yīng)時(shí)間為90 min。此時(shí)，對COD的去除率為89.36%。采用生物吸附劑－Fenton試劑處理垃圾滲濾液的主要影響因素大小順序依次為: pH值、n(H2O2)/n(FeSO4)值、溫度和反應(yīng)時(shí)間。試驗(yàn)表明，采用生物吸附劑－Fenton試劑法處理垃圾滲濾液的方法可以有效去除垃圾滲濾液中的COD，對垃圾滲濾液處理的效果較好。

［1］錢楊．垃圾滲濾液處理技術(shù)進(jìn)展［J］．環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2008，27(3):55－58．

［2］智芳芳，羅平．微波-Fenton-生物絮凝組合工藝處理垃圾滲濾液研究［J］．廣東化工，2014，41(5):229－230．

［3］王里奧，石秀，楊威．Fenton-eMBR工藝處理垃圾滲濾液的試驗(yàn)研究［J］．水處理技術(shù)，2013，39(2):94－97．

［4］李靜，張彥平，李一兵，等．Fenton試劑處理垃圾滲濾液的試驗(yàn)研究［J］．河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，42(6):106－109．

［5］閆陽，買文寧，李海松，等．改性粉煤灰催化類Fenton試劑氧化法深度處理造紙廢水［J］．化工環(huán)保，2013，33 (5):417－421．

［6］周鳴，許景明，耿丹丹．混凝-Fenton法對中晚期垃圾滲濾液預(yù)處理研究［J］．廣州化工，2014，42(10):80－82．

［7］祝方，歐文波，程暢，等．犧牲陽極電Fenton法對垃圾滲濾液的降解［J］．環(huán)境化學(xué)，2013，32(10):1937－1942．

［8］鄒繼穎，劉輝．生物吸附劑對重金屬Cr(Ⅵ)吸附性能的研究［J］．環(huán)境工程，2014，32(2):64－67．

［9］汪坤．玉米芯糠醛渣制備活性炭的研究［J］．廣西輕工業(yè)，2010(4):8－9．

［10］國家環(huán)境保護(hù)總局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會．水和廢水監(jiān)測分析方法［M］．4版 (增補(bǔ)版)．北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2006:211－213．

［11］陳傳好，謝波，任源，等．Fenton試劑處理廢水中各影響因子的作用機(jī)制［J］．環(huán)境科學(xué)，2000，21(3):93－96．

［12］董蓓，顏家保，莊容，等．Fenton試劑·OH生成率的影響因素研究［J］．化學(xué)工程師，2009(3):14－16．

Biosorbent-Fenton reagentmethod for garbage treatment

LIU Hui1，ZOU Ji-ying1，SUN Da-zhi1，RONG Gui-wen2
(1.College of Resource and Environmental Engineering，Jilin Institute of Chemical Technology，Jilin 132022，China; 2.School of Earth and Environment，Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001，China)

By Fenton reagentmethod and waste leachate treatment，the results show that for rice husk activated carbon leachate pretreatment，COD removal rate is 57.14%．In Fenton reagent pretreated leachate treatment，when the pH value 3 and n(H2O2)/n(FeSO4)ratio 10∶4，the reaction time is 90 min．When the temperature is 45℃，COD removal rate is 89.36%．

landfill leachate;Fenton reagent;biosorbent;COD

X703.1

:A

2015－04－20

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51309002);吉林省教育廳“十二五”科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目 (2011257);安徽省高等學(xué)校省級自然科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目 (KJ2013A094)

劉 輝 (1978—)，男，碩士，講師，研究方向:環(huán)境安全，123070558@qq.com。

孫大志，博士，教授，sundazhi@jlict.edu.cn。

劉輝，鄒繼穎，孫大志，等．生物吸附劑－Fenton試劑法處理垃圾滲濾液中的COD［J］．桂林理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，36(4):778－780．

1674－9057(2016)04－0778－03

10.3969/j．issn.1674－9057.2016.04.021