Fenton-混凝法預(yù)處理垃圾滲濾液工藝研究

蔣貞貞，朱俊任

（1 重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 402260；2 重慶城市管理職業(yè)學(xué)院，重慶 401331）

由于垃圾滲濾液一般與工業(yè)廢物混埋，還可能含有鉻、汞、砷、鉛等重金屬污染物，傳統(tǒng)生物降解法難以達到理想的處理效果，因此成為水環(huán)保領(lǐng)域研究的重點和難點[1]。重慶市涪陵區(qū)生活垃圾處置場滲濾液處理系統(tǒng)項目工藝采用均質(zhì)+混凝沉淀+兩級A/O+MBR+納濾的組合工藝。該項目為了減輕二級生化處理的負荷，提高出水水質(zhì)，對成分復(fù)雜的垃圾滲濾液進行了強化一級化學(xué)處理。其中Fenton混凝法被認(rèn)為是一級處理中去除各種難生化降解有機物最有效的方法之一[2]，但要達到較高的處理效果，其成本也較高。因此，開展Fenton-混凝法預(yù)處理垃圾滲濾液工藝研究具有很高的研究意義。

本文采用Fenton法進行催化氧化，對重慶市垃圾填埋場的垃圾滲濾液進行預(yù)處理。采用響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計Fenton法處理垃圾滲濾液工藝[3]，考察了pH、H2O2投加量和FeSO4·7H2O投加量對垃圾滲濾液COD的影響，并分析實驗指標(biāo)與多個因素之間的回歸關(guān)系，確定Fenton-混凝法處理工藝的最優(yōu)參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 實驗原料

實驗水樣：取自重慶市涪陵區(qū)生活垃圾處置場垃圾滲濾液調(diào)節(jié)池，廢水外觀呈黑褐色，COD濃度為16 800mg/L，NH3-N濃度為1 963mg/L，pH為7.88，濁度550NTU。

1.2 主要儀器設(shè)備

ZR4-6混凝實驗攪拌機（深圳市中潤水工業(yè)技術(shù)發(fā)展有限公司）；DR2800 COD（儀美國HACH公司）；Delta320臺式pH計（梅特勒-托利多儀器有限公司）。

1.3 Fenton-混凝法

取定量垃圾滲濾液于500mL燒杯中，用H2SO4或NaOH調(diào)節(jié)滲濾液pH后，邊攪拌邊加入定量H2O2和定量FeSO4·7H2O固體，用ZR4-6攪拌機以50r·min-1攪拌10min，靜置沉淀60min，取燒杯上層液體測COD（采用重鉻酸鉀法GB119142—89測定）。

2 結(jié)果與討論

2.1 Fenton法響應(yīng)面實驗優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)響應(yīng)曲面法設(shè)計原理，采用 Design Expert 8.0軟件，對Fenton法預(yù)處理垃圾滲濾液工藝進行3因素3水平實驗設(shè)計（表1），以pH （X1）、H2O2投加量（X2）、FeSO4·7H2O 投加量（X3）為主要的考察因素（自變量），建立數(shù)學(xué)回歸模型。

表1 響應(yīng)面三因素三水平實驗設(shè)計

2.1.1 以COD為響應(yīng)值的制備工藝

對Fenton法預(yù)處理垃圾滲濾液的COD去除率的實驗數(shù)據(jù)進行二次多項式擬合，得到Fenton法預(yù)處理垃圾滲濾液對pH、H2O2投加量、FeSO4·7H2O投加量三因素的多元二次回歸方程。其中得到的未編碼方程模型：

COD removal rate=17.178 13+6.90*pH+18.45*H2O2+58.875*FeSO4·7H2O+0.475*pH*H2O2+1.875*pH*FeSO4·7H2O+14.00*H2O2*FeSO4·7H2O-1.1281 3*pH2-11.45*H2O22-95.937 5*FeSO4.7H2O2

由方差分析可知，該模型顯著性影響依次是pH、H2O2投加量、FeSO4·7H2O投加量。該模型顯著性高，且決定系數(shù)R2＝0.991 0，表明預(yù)測值和實測值之間的相關(guān)性很好。為增加模型預(yù)測的可靠性，將R2給予適當(dāng)?shù)男拚齊2adj＝0.974 7，僅有2.53%的響應(yīng)值的總變異不能用該模型表示。

2.1.2 響應(yīng)面模型分析

為了考慮各因素及其交互作用對Fenton法預(yù)處理垃圾滲濾液COD去除率的影響，采用Design Expert 8.0軟件輔助分析（見圖1）。

圖1 兩因素交互影響垃圾滲濾液COD去除率的響應(yīng)面圖

由圖1可知，H2O2投加量與FeSO4·7H2O因素響應(yīng)面坡度相對平緩，說明H2O2投加量和FeSO4·7H2O投加量對COD去除率影響較小。而其他兩因素響應(yīng)面坡度比較陡峭，說明pH對COD去除率影響顯著。隨著pH的降低，垃圾滲濾液COD去除率先增大后逐漸穩(wěn)定。

2.1.3 模型的驗證

為了進一步確定最佳點的值，對Fenton法預(yù)處理垃圾滲濾液COD去除率的二次多項式回歸方程求一階偏導(dǎo)等于零求得知：X1=3.21，X2=1.13，X3=0.42，即Fenton法預(yù)處理垃圾滲濾液的最佳工藝條件為：pH、H2O2投加量和FeSO4·7H2O投加量分別為3.21、1.13%、0.42%。在此最優(yōu)工藝條件下，垃圾滲濾液COD去除率的理論預(yù)測值為59.19%。根據(jù)實際情況，將Fenton法預(yù)處理垃圾滲濾液最佳工藝條件修正為：pH、H2O2投加量和 FeSO4·7H2O 投加量分別為3.2、1.1%、0.4%。進行3組平行驗證實驗，垃圾滲濾液COD去除率的平均值為59.06%，可見回歸方程得到的垃圾滲濾液COD去除率的理論預(yù)測值與其實驗值非常接近，誤差僅為0.13%。

3 結(jié)語

①pH、H2O2投加量、FeSO4·7H2O投加量對垃圾滲濾液COD去除率的影響顯著性依次為：pH ＞ H2O2投加量 ＞FeSO4·7H2O投加量。響應(yīng)曲面設(shè)計預(yù)測并根據(jù)實際情況得出Fenton法預(yù)處理垃圾滲濾液工藝條件為：pH、H2O2投加量、FeSO4·7H2O投加量分別為3.2、1.1%、0.4%。在此優(yōu)化條件下對垃圾滲濾液COD去除率的平均值為59.06%。