微電解－Fenton氧化預處理垃圾滲濾液的應用研究

周兵

（中山市綠潔水處理技術有限公司，廣東 中山 528400）

1 引言

目前，我國大部分城市以衛生填埋作為垃圾處理的基本方式，填埋過程中產生的大量垃圾滲濾液，如不妥善處理，會對周圍的水體和土壤造成嚴重污染。垃圾滲濾液一直以來是世界水處理行業的一大難題。目前還沒有一種完全成熟同時又經濟的技術工藝專門應用于垃圾滲濾液的處理。垃圾滲濾液有著成分復雜、污染物濃度高、水質水量變化大等多種特點，直接排放對水體危害性極大。單一的水處理工藝完全不能滿足處理要求，因此一般國內外都采用物化加生化等多種工藝結合的方式對其進行處理［1］。

中山市老虎坑垃圾滲濾液處理廠是老虎坑垃圾填埋場的配套建設項目。老虎坑垃圾填埋場已封場近10年，目前處于穩定化過程中的成熟階段，此階段產生的垃圾滲濾液的特征為COD值約4000～8000mg／L，氨氮約3000～7000mg／L，色度高，可生化性非常差，小于0.1。老虎坑垃圾滲濾液處理廠現有微電解設備一套用作于污水進生化前的預處理。本實驗研究以該廠產生的滲濾液為研究對象，以微電解出水直接加雙氧水即形成Fenton反應的工藝進行實驗分析。

2 理論分析

微電解是當將鐵屑和碳顆粒浸沒在酸性廢水中時，由于鐵和碳之間的電極電位差，廢水中會形成無數個微原電池。以鐵為陽極，碳作陰極，在廢水中生成的初生態的Fe2＋和原子H，它們具有高化學活性，能改變廢水中許多有機物的結構和特性，使有機物發生斷鏈、開環等作用［2］。該公司設備使用的微電解罐及微電解鐵碳組合顆粒從某環保公司購置，通過曝氣以及定期反洗的操作條件下能有效地降低板結和鈍化的情況發生。微電解出水中含有的Fe2＋在污水中經中和后會形成鐵泥，能對污水形成混凝作用。

Fenton工藝的原理為污水在酸性條件下，H2O2經Fe2＋的催化，能產生強氧化性的·OH對廢水中的大分子有機物和發色基團進行破壞和氧化而達到脫色和去除COD的目的［3］。Fenton反應完成后需對污水加堿將水調至中性，此過程中同樣產生大量鐵泥。

根據兩種工藝的原理，如果控制好工藝條件能將微電解過程中產生的Fe2＋供Fenton利用同時達到比較好的處理效果，即可以免除單獨Fenton工藝過程中的Fe2＋的添加以及減少鐵泥的產生，便能降低生產成本以及減少生產中的工作量。

3 實驗方法

廢水來源為老虎坑垃圾填埋場產生的滲濾液，由管道進入收集池，因部分雨水及地表徑流的混合，滲濾液COD濃度約為2400mg／L，氨氮約為1500mg／L，pH 值為8.0。以15%的稀硫酸對廢水進行調酸，進入微電解罐進行微電解反應，微電解出水進入中間池后直接加入雙氧水繼續進行Fenton反應。兩過程中分別控制不同參數進行單因素實驗并取樣加入NaOH調pH值至8，過程中形成的鐵泥完全沉降后，取上清液進行COD分析。因對此滲濾液體系廢水進行定性分析時已證明微電解反應和Fenton反應對氨氮的去除效果基本沒有，因此，本實驗過程中主要取COD指標進行評價（圖1）。

圖1 工藝流程

4 實驗結果分析

4.1 鐵碳微電解實驗

4.1.1 反應時間對COD去除率和出水pH值的影響

先對進水調pH值至3，調酸后進水COD為2300mg／L左右。采取的實驗方式為批次實驗，即每罐進水反應完后再重新進水。因此采取每批實驗進水和出水分別取樣以檢測分析去除率。分別選取不同的反應時間進行實驗，結果如圖2。

從圖2可以看出，在進水條件一樣的情況下，隨著反應時間的增加，微電解反應過程對COD的去除率比較明顯地增加。但在50min后，去除率不再呈線性增長。原因是因為水體中易于被微電解過程中產生的氧化還原反應分解的大分子有機物等污染物質已經大部分被分解掉。同時還可以看出，隨著反應時間的增加，出水pH值也呈上升趁勢。考慮到此次研究為在出水中直接進行加入H2O2進行Fenton反應，為保證芬頓反應的酸性環境，綜合考慮選取40min作為最佳反應時間參數。

圖2 微電解反應時間對COD去除率和出水pH值的影響

4.1.2 進水pH值對COD去除率和出水pH值的影響

控制反應時間為40min，對進水進行不同的pH值的調節，分析不同pH值對COD去除率的影響以及出水pH值的變化情況。結果如圖3。

圖3 進水pH值對COD去除率和出水pH值的影響

從圖3可以看出，在40min的反應過程當中，COD的去除率在pH值高于3以后有所下降，此原因的產生可能是H＋的濃度影響了微電解反應過程的反應條件。出水pH值在不同的進水條件下，也有所變化，綜合考慮后續Fenton反應的酸性環境，為避免再次加酸，最佳進水pH值選取2.5。

4.2 Fenton氧化反應實驗

此次實驗研究所考察的便是在結合微電解過程對COD去除率的同時，直接利用出水中含有的Fe2＋用作Fenton氧化過程中H2O2的分解催化劑，為避免Fe2＋時間過久的情況下被氧化成Fe3＋而降低利用效率。因此應該及時對批次出水中直接加入H2O2進行反應。根據Fenton反應理論［4］，pH值在3左右對Fenton氧化反應最有利。pH值過低，則會抑制H2O2的分解；過高，則會與廢水環境中的Fe2＋生成Fe（OH）2沉淀繼而繼續被氧化成Fe（OH）3。因此采取微電解反應時間40min，進水pH值為2.5的情況下的出水進行Fenton實驗。

4.2.1 H2O2投加量對COD去除率的影響

對上述條件下的微電解出水直接投加不同量的30%的雙氧水，避光，反應時間暫取60min，實驗結果如圖4。

圖4 雙氧水的添加量對COD去除率的影響

從圖4可以看出，針對此次廢水體系，隨著H2O2投加量的加大，COD的去除率也明顯提高，投加量在達到8mL／L的時候，去除率差不多達到最高值。之后則沒有明顯地繼續提高。因此，從經濟考慮角度出發，雙氧水的投加量選取8mL／L為最佳投加量。

4.2.2 Fenton氧化反應時間對COD去除率的影響

繼續采用上述條件微電解出水，雙氧水的投加量控制在8mL／L，在不同的反應時間取樣測定，分析COD去除率的變化，實驗結果如圖5。

圖5 Fenton反應時間對COD去除率的影響

從圖5可以看出，隨著反應時間的增長，COD的去除率也是明顯提高，但在達到60min后，COD去除率基本變化不大。原因可能有兩方面，一是廢水中含有的有機污染物大部分已經被分解；另一方面也可能是在開始的時間里雙氧水的分解才剛剛開始未達到完全。因此選取60min的反應時間作為Fenton氧化反應的最佳反應時間。

通過上述幾項實驗可以計算出，在各最佳工藝條件下，通過微電解－Fenton氧化組合應用處理此種成熟期垃圾滲濾液廢水，COD的總去除率可以達到77.4%。大大減輕了后續生化處理的負荷。

5 結語

（1）微電解過程中生成的Fe2＋可以直接用為Fenton氧化反應的催化劑，采用微電解－Fenton氧化預處理垃圾滲濾液完全可行，能夠達到非常不錯的效果。在控制微電解反應時間40min，進水pH值為2.5左右的時候，出水pH值可以滿足Fenton氧化所需的酸性環境，雙氧水的投加量控制在8mL／L，反應時間為60min的情況下，COD的總去除率最高可達到77.4%。

（2）將微電解與Fenton氧化組合應用，在生產過程中不僅僅提高了COD的去除率，同時可以降低兩種工藝分開應用所需額外投加的酸堿以及FeSO4，降低了生產成本。同時減少了鐵泥的產生量，有效降低作業強度，是一種值得推廣的技術方案。

［1］喻 曉，張甲耀，劉楚良.垃圾滲濾液污染特性及其處理技術研究和應用趨勢［J］.環境科學與技術，2002，25（2）:43～45.

［2］周培國，付大放.微電解工藝研究進展［J］.環境污染治理技術與設備，2001，2（4）:18～24.

［3］林紅巖，王春財，楊鴻偉.芬頓試劑在廢水處理中的應用［J］.化工科技市場，2009，32（10）:39～40.

［4］包木太，王 那，陳慶國，等.芬頓法的氧化機理及在廢水處理中的應用進展［J］.化工進展，2008，27（5）:660～665.