Fenton-混凝法預處理垃圾滲濾液工藝研究

蔣貞貞，朱俊任

（1 重慶工程職業技術學院，重慶 402260；2 重慶城市管理職業學院，重慶 401331）

由于垃圾滲濾液一般與工業廢物混埋，還可能含有鉻、汞、砷、鉛等重金屬污染物，傳統生物降解法難以達到理想的處理效果，因此成為水環保領域研究的重點和難點[1]。重慶市涪陵區生活垃圾處置場滲濾液處理系統項目工藝采用均質+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，對成分復雜的垃圾滲濾液進行了強化一級化學處理。其中Fenton混凝法被認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處理。采用響應面優化設計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，并分析實驗指標與多個因素之間的回歸關系，確定Fenton-混凝法處理工藝的最優參數。

1 材料與方法

1.1 實驗原料

實驗水樣：取自重慶市涪陵區生活垃圾處置場垃圾滲濾液調節池，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 主要儀器設備

ZR4-6混凝實驗攪拌機（深圳市中潤水工業技術發展有限公司）；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調節滲濾液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 結果與討論

2.1 Fenton法響應面實驗優化設計

根據響應曲面法設計原理，采用 Design Expert 8.0軟件，對Fenton法預處理垃圾滲濾液工藝進行3因素3水平實驗設計（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），建立數學回歸模型。

表1 響應面三因素三水平實驗設計

2.1.1 以COD為響應值的制備工藝

對Fenton法預處理垃圾滲濾液的COD去除率的實驗數據進行二次多項式擬合，得到Fenton法預處理垃圾滲濾液對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R2＝0.991 0，表明預測值和實測值之間的相關性很好。為增加模型預測的可靠性，將R2給予適當的修正R2adj＝0.974 7，僅有2.53%的響應值的總變異不能用該模型表示。

2.1.2 響應面模型分析

為了考慮各因素及其交互作用對Fenton法預處理垃圾滲濾液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去除率的響應面圖

由圖1可知，H2O2投加量與FeSO4·7H2O因素響應面坡度相對平緩，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等于零求得知：X1=3.21，X2=1.13，X3=0.42，即Fenton法預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%。在此最優工藝條件下，垃圾滲濾液COD去除率的理論預測值為59.19%。根據實際情況，將Fenton法預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去除率的理論預測值與其實驗值非常接近，誤差僅為0.13%。

3 結語

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。響應曲面設計預測并根據實際情況得出Fenton法預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%。在此優化條件下對垃圾滲濾液COD去除率的平均值為59.06%。