Fenton試劑和聚合硫酸鐵組合處理生活垃圾壓濾液的效果研究

城市生活垃圾壓濾液產(chǎn)生于生活垃圾壓縮減容過(guò)程中。由于垃圾壓縮站所收集的生活垃圾具有區(qū)域特點(diǎn)，因此壓縮減容產(chǎn)生的生活垃圾壓濾液主要成分有所不同，但共同特點(diǎn)是成分很其復(fù)雜，COD、BOD5、SS、氨氮含量均較高，且含有難降解的有毒有害物質(zhì)，可生化性小。垃圾壓縮站間歇式作業(yè)，導(dǎo)致生活垃圾壓濾液產(chǎn)生的時(shí)間不穩(wěn)定；此外壓濾液水量變化受天氣影響，降雨降雪可使其水量增加1～2倍。由于生活垃圾壓濾液成分復(fù)雜、水量不穩(wěn)定，且含有有毒有害物質(zhì)，直接進(jìn)入污水處理廠處理，必將增加處理廠的負(fù)擔(dān)。綜合考慮生活垃圾壓濾液的特點(diǎn)和為了保證城鎮(zhèn)污水處理廠正常運(yùn)行，本文提出將生活垃圾壓濾液進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理，達(dá)標(biāo)后直接由下水道進(jìn)入污水處理廠進(jìn)行處理的方案。

Fenton試劑被廣泛應(yīng)用于垃圾壓濾液和垃圾滲濾液處理領(lǐng)域，并取得了較好的效果。Fenton試劑主要通過(guò)氧化和絡(luò)合作用去除壓濾液中的表觀大分子有機(jī)物。它在酸性條件下，通過(guò)催化劑的催化作用，產(chǎn)生羥基自由基，通過(guò)其強(qiáng)氧化能力，有效地將難降解的有機(jī)物去除，從而達(dá)到去除COD和降低濁度的目的。與其他高級(jí)氧化法相比，F(xiàn)enton催化氧化法具有快速、高效，簡(jiǎn)單、可產(chǎn)生絮凝等優(yōu)點(diǎn)。

聚合硫酸鐵（聚鐵）是一種無(wú)機(jī)高分子混凝劑，也是一種具有多種核結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)高分子聚合物。當(dāng)溶液中pH值不同時(shí)，聚合硫酸鐵混凝劑在溶液中可以產(chǎn)生多種多核羥基絡(luò)合離子，多核絡(luò)合物中心離子絡(luò)合的羥基平均數(shù)較單核多，由于其核電荷數(shù)多，所以對(duì)膠體顆粒產(chǎn)生很強(qiáng)的電中和及吸附架橋作用，使水中的膠體顆粒懸浮物得以去除。聚合硫酸鐵相對(duì)其他混凝劑具有以下優(yōu)點(diǎn)：在污水處理過(guò)程中對(duì)COD、氣味、濁度和氨氮的去除均有較好的效果，且pH值適應(yīng)范圍廣，對(duì)水質(zhì)變化大的污水具有較好的凈化效果；聚合硫酸鐵用量少、性質(zhì)穩(wěn)定，且價(jià)格相對(duì)于其他高分子混凝劑更低廉。目前國(guó)內(nèi)外有許多研究者對(duì)其進(jìn)行了研究。

雖然已有關(guān)于利用Fenton+聚合硫酸鐵聯(lián)合處理抗生素發(fā)酵廢水的報(bào)道，也有Fenton聯(lián)合聚硅酸鹽處理生活垃圾壓濾液的報(bào)道，但關(guān)于利用Fen-ton+聚合硫酸鐵聯(lián)合處理生活垃圾壓濾液卻鮮見(jiàn)報(bào)道。為此，本文對(duì)Fenton+聚合硫酸鐵組合處理生活垃圾壓濾液進(jìn)行了正交試驗(yàn)研究，首先研究Fenton法處理生活垃圾壓濾液的較佳反應(yīng)條件，然后研究聚合硫酸鐵法處理生活垃圾壓濾液的較佳反應(yīng)條件，再將經(jīng)Fenton法較優(yōu)處理后的污水各項(xiàng)指標(biāo)調(diào)節(jié)到聚合硫酸鐵法處理的較佳條件，較后利用聚合硫酸鐵法處理生活垃圾壓濾液，從而得到Fenton+聚合硫酸鐵組合處理的較佳條件。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)水樣

試驗(yàn)用生活垃圾壓濾液取自桂林市南溪山壓縮式垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站，所采生活垃圾壓濾液水樣密封保存于塑料桶內(nèi)。生活垃圾壓濾液的水質(zhì)指標(biāo)如下：pH值為3.76～4.35，COD為24316～25823mg/L，濁度為220.6～252.7NTU，氨氮為247.5～316.8mg/L,BOD5為4254～4392mg/L,BOD5／COD<0.2（不宜生物降解）。

1.2主要試劑與儀器

試驗(yàn)主要試劑：FeSO4．7H20、過(guò)氧化氫(H202，30%)、硫酸(H2S04)、氫氧化鈉(NaOH)，以上均為分析純。

試驗(yàn)主要儀器：pHS-3C型酸度計(jì)；H05-1型恒溫磁力攪拌器；COD消解儀（重鉻酸鉀法）；UV-721型紫外分光光度計(jì)；WGZ-800型濁度計(jì)；常規(guī)玻璃器皿；FA1004型電子天平。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1Fenton法

將16份各100mL生活垃圾壓濾液試驗(yàn)水樣分別注入編號(hào)為1～16的16個(gè)250mL玻璃燒杯中，將燒杯依次放在磁力攪拌器上，然后按照表1所設(shè)計(jì)的條件進(jìn)行正交試驗(yàn)，反應(yīng)完成后靜置沉淀30min，取各水樣的上清液測(cè)定COD和濁度（原水樣COD為24613mg/L，濁度為225.1NTU）。

1.3.2聚合硫酸鐵（聚鐵）法

取9份各100mL生活垃圾壓濾液試驗(yàn)水樣分別注入編號(hào)為1～9的9個(gè)250mL玻璃燒杯中，將燒杯依次放在磁力攪拌器上，然后按照表2所設(shè)計(jì)的條件進(jìn)行正交試驗(yàn)，反應(yīng)完成后靜置沉淀30min，取各水樣的上清液測(cè)定濁度、COD和氨氮（原水樣濁度為238.3NTU，COD為24712mg/L，氨氮為264.6mg/L)。氨氮的測(cè)定方法為納氏試劑光度法。其中，混凝攪拌方式有：攪拌方式1為200r/min反應(yīng)5min；攪拌方式2為先250r/min反應(yīng)2min、再60r/min反應(yīng)8min；攪拌方式3為先250r/min反應(yīng)1min、100r/min反應(yīng)5min、再60r/min反應(yīng)10min。

2結(jié)果與討論

2.1Fenton法處理生活垃圾壓濾液的條件優(yōu)化

按Ll6(54)5因素4水平設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)方案，各水平的設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)，初步確定pH值、H202的投加量、FeSO4的投加量（H202與Fe2+的摩爾比）、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間5因素對(duì)生活垃圾壓濾液中COD和濁度去除效果的次反應(yīng)條件。Fenton法正交試驗(yàn)方案及結(jié)果分析見(jiàn)表1。

由表1可以看出：Fenton法正交試驗(yàn)中，所選的5個(gè)因素對(duì)COD去除率的影響大小順序依次為H202的投加量>pH值>H202與Fe2+的摩爾比>反應(yīng)溫度>反應(yīng)時(shí)間，去除COD較佳的反應(yīng)條件是pH值為2.5、H2O2的投加量為12．OmL、H202與Fe2+的摩爾比（Fe2+的投加量）為10：1、反應(yīng)時(shí)間為40min、反應(yīng)溫度為30℃；所選的5個(gè)因素中對(duì)濁度去除率的影響大小順序依次為pH值>H202與Fe2+的摩爾比>H202投加量>反應(yīng)溫度>反應(yīng)時(shí)間，去除濁度的較佳反應(yīng)條件是pH值為2．0、H202的投加量為14.OmL、H202與Fe2+的摩爾比（Fe2+的投加量）為10：1、反應(yīng)時(shí)間為40min、反應(yīng)溫度為40℃。

由于所研究的生活垃圾壓濾液COD含量較高，且后續(xù)會(huì)采用絮凝劑進(jìn)一步對(duì)濁度進(jìn)行降解，根據(jù)正交試驗(yàn)的很差趨勢(shì)確定Fenton法處理生活垃圾壓濾液時(shí)的較佳條件為：pH值為2.5，H2o2的投加量為12.OmL，H202與Fe2+的摩爾比（Fe2+的投加量）為10：1，反應(yīng)時(shí)間為40min，反應(yīng)溫度為30℃。根據(jù)以上較優(yōu)條件設(shè)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可以看出：COD去除率為70.54%，濁度去除率為89.10%，可見(jiàn)Fenton法較優(yōu)條件下處理生活垃圾壓濾液可達(dá)到較好的去除效果。

2.2聚合硫酸鐵法處理生活垃圾壓濾液的條件優(yōu)化

按Lg(43)4因素3水平設(shè)計(jì)聚合硫酸鐵法處理生活垃圾壓濾液正交試驗(yàn)方案，各水平的設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)，初步確定聚合硫酸鐵投加量、pH值、攪拌方式、反應(yīng)溫度4因素對(duì)生活垃圾壓濾液中COD和濁度去除效果的次反應(yīng)條件。聚合硫酸鐵法處理生活垃圾壓濾液正交試驗(yàn)方案及結(jié)果分析見(jiàn)表3。

由表2可以看出：聚合硫酸鐵法正交試驗(yàn)中，所選的4個(gè)因素對(duì)COD去除率的影響大小順序依次為pH值>聚合硫酸鐵投加量>攪拌方式>反應(yīng)溫度，各因素水平的較大K值顯示出各因素的較佳處理?xiàng)l件，去除COD的較佳處理?xiàng)l件為聚合硫酸鐵的投加量為3.6mL、pH值為7、攪拌方式2(先250r/min反應(yīng)2min、再60r/min反應(yīng)8min)、反應(yīng)溫度為30℃；4個(gè)因素對(duì)濁度去除率的影響大小順序依次為pH值>聚合硫酸鐵投加量>攪拌方式>反應(yīng)溫度，而去除濁度的較佳處理?xiàng)l件為聚合硫酸鐵的投加量為3.6mL、pH值為8、攪拌方式2(先250r/min反應(yīng)2min、再60r／min反應(yīng)8min)、反應(yīng)溫度為30℃；4個(gè)因素對(duì)氨氮去除率的影響大小順序依次為pH值>攪拌方式>聚合硫酸鐵的投加量>反應(yīng)溫度，而去除氨氮的較佳處理?xiàng)l件為聚合硫酸鐵的投加量為3.6mL、pH值為8、攪拌方式為3（先250r／min反應(yīng)1min、100r/min反應(yīng)5min、再60r／min反應(yīng)10min)、反應(yīng)溫度為30℃。

由于聚合硫酸鐵法主要是處理經(jīng)Fenton法較佳條件處理后的生活垃圾壓濾液中的濁度，所以經(jīng)分析，聚合硫酸鐵法處理生活垃圾壓濾液的較佳反應(yīng)條件為：聚合硫酸鐵的投加量為3.6mL、pH值為8、攪拌方式為2（先50r/min反應(yīng)2min、再60r/min反應(yīng)8min）、反應(yīng)溫度為30℃。

2.3Fenton+聚合硫酸鐵組合處理生活垃圾壓濾液的效果

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，先采用較佳反應(yīng)條件下的Fenton法處理生活垃圾壓濾液，然后將經(jīng)Fenton法較優(yōu)處理后的生活垃圾壓濾液各項(xiàng)指標(biāo)調(diào)節(jié)到聚合硫酸鐵法處理的較佳反應(yīng)條件，并向其中加入準(zhǔn)備好的聚合硫酸鐵混凝劑進(jìn)行反應(yīng)，并檢測(cè)處理后的生活垃圾壓濾液的各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)，其檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。試驗(yàn)采用3次平行測(cè)定，其結(jié)果取平均值。

由表4可以看出：經(jīng)Fenton法與聚合硫酸鐵法在較優(yōu)條件下組合處理后，生活垃圾壓濾液剩余COD降到3728.Omg/L，COD去除率達(dá)到85.2%；剩余濁度為8.4NTU，濁度去除率為96.49%；剩余氨氮為149.8mg/L，氨氮去除率達(dá)到45.35%。可見(jiàn)，該組合方法對(duì)COD和濁度的去除效果較好，對(duì)氨氮的去除效果相對(duì)前兩者稍差。盡管該組合方法不能使處理后的生活垃圾壓濾液各項(xiàng)指標(biāo)全部達(dá)標(biāo)，但在很大程度上改善了生活垃圾壓濾液的可生化性，降低了后續(xù)生物處理的負(fù)荷，為后續(xù)生化處理正常進(jìn)行奠定了良好的基礎(chǔ)。此外，該組合方法所用時(shí)間短，占地面積小，且能夠?qū)ι罾鴫簽V液進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理，也可緩解土地緊張地區(qū)城市垃圾壓縮站處理垃圾壓濾液占地面積的問(wèn)題。

3結(jié)論

(1)利用Fenton法處理桂林南溪山垃圾壓縮站100mL生活垃圾壓濾液時(shí)，通過(guò)很差值的大小可以看出：各因素對(duì)COD去除率的影響主次順序依次為H202投加量>pH值>H20p與Fe2+的摩爾比>反應(yīng)溫度>反應(yīng)時(shí)間；各因素對(duì)濁度去除率的影響主次順序依次為pH值>H202與Fe2+的摩爾比（Fe2+的投加量）>H202的投加量>反應(yīng)溫度>反應(yīng)時(shí)間；Fenton法較佳處理?xiàng)l件是pH值為2.5、H202的投加量為12.OmL、H202與Fe2+的摩爾比（Fe2+的投加量）為10：1、反應(yīng)時(shí)間為40min、反應(yīng)溫度為30℃。

(2)利用聚合硫酸鐵法處理垃圾壓縮站100mL生活垃圾壓濾液試驗(yàn)水樣時(shí)，通過(guò)很差值的大小可以看出：各因素對(duì)COD去除率的影響主次順序依次為pH值>聚合硫酸鐵投加量>攪拌方式>反應(yīng)溫度；各因素對(duì)濁度去除率的影響主次順序依次為pH值>聚合硫酸鐵投加量>攪拌方式>反應(yīng)溫度；各因素對(duì)氨氮去除率的影響主次順序依次為pH值>混凝攪拌方式>聚合硫酸鐵的投加量>反應(yīng)溫度；聚合硫酸鐵法較佳處理?xiàng)l件是聚合硫酸鐵的投加量為3.6mL、pH值為8、攪拌方式為2(先50r/min反應(yīng)2min、再60r/min反應(yīng)8min)、反應(yīng)溫度為30℃。

(3)南溪山垃圾壓縮站100mL生活垃圾壓濾液經(jīng)Fenton法和聚合硫酸鐵法在較優(yōu)條件下組合處理后，濁度去除率為96.49%，COD去除率為85.2%，氨氮去除率為45.36%；濁度、COD和氨氮分別降到8.4NTU、3728mg/L、149.8mg/L.