生物吸附剂－Fenton试剂法处理垃圾渗滤液中的COD

刘 辉，邹继颖，孙大志，戎贵文

(1.吉林化工学院资源与环境工程学院，吉林吉林 132022;2.安徽理工大学地球与环境学院，安徽淮南 232001)

生物吸附剂－Fenton试剂法处理垃圾渗滤液中的COD

刘 辉1，邹继颖1，孙大志1，戎贵文2

(1.吉林化工学院资源与环境工程学院，吉林吉林 132022;2.安徽理工大学地球与环境学院，安徽淮南 232001)

采用生物吸附剂预处理后Fenton试剂法处理垃圾渗滤液，可以有效去除垃圾渗滤液中的COD。结果表明:用稻壳吸附剂预处理垃圾渗滤液，COD去除率为57.14%。Fenton试剂处理垃圾渗滤液的最佳工艺条件是:n(H2O2)/n(FeSO4)值，10∶4;温度，45℃;pH值，3;反应时间，90min，此时对COD的去除率为89.36%。

垃圾渗滤液;Fenton试剂;生物吸附剂;COD

垃圾渗滤液是指垃圾在堆置过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渗滤出来的污水［1］。除了提供给垃圾本身一定的湿度外，当进入填埋场的水量大于其蒸发量时，多余部分的水从垃圾场中渗滤出来，即成为垃圾渗滤液［2］。固体垃圾在堆放和填埋过程中由于雨水的淋沥、冲刷以及地表水和地下水的浸泡，通过萃取、水解和发酵而过滤出来的垃圾渗滤液含有大量的有机杂质，污染周围的水环境，最终影响整个地区的生态系统平衡，危害巨大［3－5］。

垃圾渗滤液一旦下渗，最直接污染的就是土壤［6］。我国多数垃圾填埋场的渗滤液出水达不到国家标准，这就要求研究者不断研究开发符合我国国情的新型渗滤液处理技术，特别是效果好、投资运行费用低廉、易于操作管理的处理技术。在治理污染的水处理技术中，Fenton法具有独特的优势，但处理成本高［7］。稻壳等农业生物质具有较高的吸附性、价格低廉，可制备生物吸附剂［8］。这既有利于农业废弃物的综合利用，同时又可以降低Fenton法处理废水的成本。

1 材料与方法

1.1 试剂与水样

主要试剂为H2O2、FeSO4·7H2O，均为分析纯;垃圾渗滤液取自吉林市郊区农村垃圾场，COD质量浓度为3 647.66 mg/L。

1.2 试验方法

1.2.1 生物吸附剂预处理 取1 000 mL垃圾渗滤液样于烧杯中，加入20 g生物吸附剂(自制)［8－9］，放入转子，将烧杯置于磁力搅拌器上，匀速搅拌30 min。搅拌结束后转置容量瓶，待用。

1.2.2 Fenton试剂处理 对生物吸附剂预处理的渗滤液调节 pH值，依次加入固体 FeSO4·7H2O和一定体积的H2O2，置于恒温磁力搅拌器上，以200 r/min搅拌40min，静置20min，在烧杯液面约2 cm以下用塑料注射器取出样品，测定COD值。

本试验包括单因素试验(n(H2O2)/n(FeSO4)值、温度、pH、反应时间)和最佳降解条件探究。

1.3 分析项目

试验测定先经生物吸附剂预处理后用Fenton试剂处理后的垃圾渗滤中的COD、温度、pH值，其中COD采用重铬酸钾法测定［10］。

2 结果与讨论

2.1 生物吸附剂预处理垃圾渗滤液

垃圾渗滤液初始COD浓度为3 647.66 mg/L，经生物吸附剂预处理后，垃圾渗滤液的COD浓度为1 563.39 mg/L，去除率为57.14%。

2.2 Fenton试剂处理不同影响因素下的垃圾渗滤率去除效果

根据单因素试验结果，共有n(H2O2)/n(FeSO4)值(A)、温度(B)、pH值(C)、反应时间(D)4个因素。

2.2.1 n(H2O2)/n(FeSO4)值对COD去除率的影响 配制n(H2O2)/n(FeSO4)值分别为10∶1、10∶2、10∶3、10∶4、10∶5、10∶6、10∶7、10∶8、10∶9和10∶10的Fenton试剂，标记符依次为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10。加入预处理后的垃圾渗滤液，60 min后，测定样品的COD，结果见图1。

图1 n(H2O2)/n(FeSO4)值对COD去除率的影响Fig.1 Effects ofmolar ratio of n(H2O2)/n(FeSO4) on COD removal rate

COD的去除率随n(H2O2)/n(FeSO4)值的变大先增后减，Fenton试剂中n(H2O2)/n(FeSO4)在10∶4时COD的去除率最高，达到87.23%。H2O2和Fe2+投加量对COD的去除率具有重要影响:这是因为H2O2是·OH的捕捉剂，H2O2投加量过高会使最初产生的·OH消失;而FeSO4投加量过高也不利于·OH的产生［11］，根据Fenton试剂·OH自由基的生成历程，生成的·OH愈多，Fenton试剂的氧化能力愈强［12］。

2.2.2 温度对COD去除率的影响 控制试验温度分别为25、30、35、40、45、50℃，在锥形瓶中按n(H2O2)/n(FeSO4)值为10∶4投加Fenton试剂，60 min后测定样品的COD。

从图2可以看出:COD的去除率随温度升高而逐渐增加，但增加的量不明显，在50℃时为89.36%。温度对Fenton试剂处理垃圾渗滤液的影响较小，这可能是因为该反应为放热反应所致。

2.2.3 pH值对COD去除率的影响 Fenton试剂在碱性条件下Fe2+离子会发生沉淀反应，从而影响Fenton试剂的氧化能力，试剂遭到破坏。pH的范围选择1～7。用2%的HCl和5%的NaOH溶液(wB)调预处理后的渗滤液pH值在1～7范围内，在不改变其他因素的条件下，分析pH值对处理效果的影响(图3)。

图2 温度对COD去除率的影响Fig.2 Effects of temperature on COD removal rate

图3 pH值对COD去除率的影响Fig.3 Effects of pH on COD removal rate

可见，pH=1时 COD去除率最低，为40.59%;pH=3时最高，为87.35%。垃圾渗滤液pH值一般较高，所以使用Fenton试剂法处理，为达到最大效果需要进行pH值的调节。

2.2.4 反应时间对COD去除率的影响 在锥形瓶中加入预处理后的垃圾渗滤液，按n(H2O2)/ n(FeSO4)值为10∶4投加Fenton试剂，分别静置反应10、20、30、60、90和120 min。由图4可见，在反应10 min后，COD的去除率为87.26%。随着反应时间的增加，COD去除率略微变化但不明显。

图4 反应时间对COD去除率的影响Fig.4 Effects of reaction time on COD removal rate

2.3 Fenton试剂处理垃圾渗滤液最佳降解条件

每个因素取3个水平进行L9(34)正交试验(表1)。对正交试验结果进行极差分析，得出主要影响因素，对最佳降解条件进行探究 (表2)。

表1 正交试验结果Table 1 Results of orthogonal experiments

表2 极差分析结果Table 2 Results of range analysis

可知，pH值对处理效果的影响最大，其次分别为n(H2O2)/n(FeSO4)值、温度、反应时间，其中温度和反应时间对处理效果影响较小。通过试验确定了Fenton试剂处理垃圾渗滤液的最佳降解条件:pH值，3;n(H2O2)/n(FeSO4)值，10∶4;温度，45℃;反应时间，90 min。

3 结论

本文采用生物吸附剂对垃圾渗滤液进行预处理，可有效地去除垃圾渗滤液的COD，去除效率为57.14%。以生物吸附剂预处理，再采用Fenton试剂处理垃圾渗滤液的最佳工艺条件是: n(H2O2)/n(FeSO4)值为10∶4、温度为45℃、pH值为3、反应时间为90 min。此时，对COD的去除率为89.36%。采用生物吸附剂－Fenton试剂处理垃圾渗滤液的主要影响因素大小顺序依次为: pH值、n(H2O2)/n(FeSO4)值、温度和反应时间。试验表明，采用生物吸附剂－Fenton试剂法处理垃圾渗滤液的方法可以有效去除垃圾渗滤液中的COD，对垃圾渗滤液处理的效果较好。

［1］钱杨．垃圾渗滤液处理技术进展［J］．环境科学导刊，2008，27(3):55－58．

［2］智芳芳，罗平．微波-Fenton-生物絮凝组合工艺处理垃圾渗滤液研究［J］．广东化工，2014，41(5):229－230．

［3］王里奥，石秀，杨威．Fenton-eMBR工艺处理垃圾渗滤液的试验研究［J］．水处理技术，2013，39(2):94－97．

［4］李静，张彦平，李一兵，等．Fenton试剂处理垃圾渗滤液的试验研究［J］．河北工业大学学报，2013，42(6):106－109．

［5］闫阳，买文宁，李海松，等．改性粉煤灰催化类Fenton试剂氧化法深度处理造纸废水［J］．化工环保，2013，33 (5):417－421．

［6］周鸣，许景明，耿丹丹．混凝-Fenton法对中晚期垃圾渗滤液预处理研究［J］．广州化工，2014，42(10):80－82．

［7］祝方，欧文波，程畅，等．牺牲阳极电Fenton法对垃圾渗滤液的降解［J］．环境化学，2013，32(10):1937－1942．

［8］邹继颖，刘辉．生物吸附剂对重金属Cr(Ⅵ)吸附性能的研究［J］．环境工程，2014，32(2):64－67．

［9］汪坤．玉米芯糠醛渣制备活性炭的研究［J］．广西轻工业，2010(4):8－9．

［10］国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会．水和废水监测分析方法［M］．4版 (增补版)．北京:中国环境科学出版社，2006:211－213．

［11］陈传好，谢波，任源，等．Fenton试剂处理废水中各影响因子的作用机制［J］．环境科学，2000，21(3):93－96．

［12］董蓓，颜家保，庄容，等．Fenton试剂·OH生成率的影响因素研究［J］．化学工程师，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

国家自然科学基金项目(51309002);吉林省教育厅“十二五”科学技术研究项目 (2011257);安徽省高等学校省级自然科学研究重点项目 (KJ2013A094)

刘 辉 (1978—)，男，硕士，讲师，研究方向:环境安全，123070558@qq.com。

孙大志，博士，教授，sundazhi@jlict.edu.cn。

刘辉，邹继颖，孙大志，等．生物吸附剂－Fenton试剂法处理垃圾渗滤液中的COD［J］．桂林理工大学学报，2016，36(4):778－780．

1674－9057(2016)04－0778－03

10.3969/j．issn.1674－9057.2016.04.021