铁碳微电解 -微波强化 Fenton联合工艺处理垃圾渗滤液膜滤浓缩液*

黄力彦　谭艳来　罗晓栋　李诗瑶　吴艳　岳建雄　姚创

（广东省工程技术研究所/广东省水环境污染控制重点实验室　广州510440）

铁碳微电解 -微波强化 Fenton联合工艺处理垃圾渗滤液膜滤浓缩液*

黄力彦谭艳来罗晓栋李诗瑶吴艳岳建雄姚创

（广东省工程技术研究所/广东省水环境污染控制重点实验室广州510440）

利用铁碳微电解-微波强化Fenton联合工艺处理垃圾渗滤液膜滤浓缩液，探讨了微波功率、微波作用时间、H2O2投加量对微电解出水处理效果的影响。同时将铁碳微电解出水COD浓度、微波功率、微波作用时间、H2O2投加量对处理效果的影响建立了正交试验，结果表明 ：各因素对COD去除率影响的主次关系为：微电解出水COD＞微波功率＞H2O2投加量＞微波作用时间。

垃圾渗滤液膜滤浓缩液 铁碳微电解 微波强化 Fenton氧化

0　引言

针对目前垃圾渗滤液膜滤浓缩液处理问题，还没有理想的膜滤浓缩液处理方法的现状，本课题组开展相关研究。通过前期研究发现，利用铁碳微电解处理膜滤浓缩液能够达到较好的预处理效果；微波强化Fenton氧化技术，近年来在印染、制药等高浓度有机废水处理中得到广泛的关注。本文通过集成铁碳微电解、Fenton氧化与微波诱导催化技术，旨在达到处理垃圾渗滤液膜滤浓缩液的目的。

本文研究了微波强化Fenton氧化法处理铁碳微电解出水的效能，着重考察了微波功率、微波时间、H2O2投加量因素等对铁碳微电解出水处理效能的影响，并通过正交试验考察了各影响因素的综合影响，以确定微电解-微波强化Fenton氧化法的关键工艺参数，为垃圾渗滤液膜滤浓缩液的处理工程实践提供科学依据。

1　试验材料及方法

1.1废水水质

试验用水采自广州市某垃圾填埋场渗滤液膜滤浓缩液（该垃圾填埋场渗滤液膜滤处理采用RO膜），中性，棕黑色。其水质情况如表1所示。

表1　废水水质

1.2试验方法

试验流程如图1所示。该处理工艺设施主要由pH调节池、自制铁碳微电解反应器、混合池、微波反应器、沉淀池组成。膜滤浓缩液首先经过pH调节池，调节pH至实验所需pH后泵入自制铁碳微电解反应器进行反应。在铁碳微电解过程中加入了曝气，一方面达到混合的目的 ，另一方面强化微电解反应。铁碳微电解后的出水加入H2O2混合均匀后，进入微波反应器内反应。反应完全后，调节pH值泥水分离，反应即完成。

图1　试验流程

为消除Fe2+对COD测定的影响，各步骤反应完成后调节pH=9.5，生成沉淀后泥水分离去除Fe2+。

本试验中采用 cy新型包容式铁碳填料。在使用过程中发现该铁碳颗粒具有反应速度快，不易板结的优点。因此在本试验中选用此铁碳填料进行试验研究。

微波反应器采用自制微波反应器，通过调节功率和微波作用时间考察微波对反应的影响。

1.3分析项目及方法

COD：WMX-Ⅲ-B微波消解仪消解，硫酸亚铁铵滴定的方式测定；BOD：接种稀释法；TN：过硫酸钾氧化-紫外分光光度法；NH3-N：钠氏试剂分光光度法；色度：稀释倍数法；pH：pHS-25型酸度计。盐度：重量法。

2 结果与讨论

经前期研究发现，铁碳微电解最佳处理条件：调节原水pH=3，反应时间120 min，气液比10∶1，固液比1∶1。处理前后水质变化情况如表2所示。

表2　处理后水质变化　mg/L

从表2可知，膜滤浓缩液经铁碳微电解后，对COD、TN的去除率分别为79.6%、56.4%，NH3-N由进水的70.9 mg/L上升为77.0 mg/L。进水盐度10 870 mg/L，出水9 800 mg/L，水的盐度没多大变化，仍属高盐度废水。B/C变化不大，水的可生化性差，后续处理不适合采用生物方法处理。

经铁碳微电解后在未投加Fe2+、未调节pH的情况下 ，进行Fenton反应，最优试验条件为：H2O2=5 mL/L，反应时间120 min；反应后COD 807.8 mg/L，色度也有进一步的降低，从800倍降低到650倍；从中可以看出，经铁碳微电解反应后的膜滤浓缩液再经Fenton反应能进一步去除污水的色度和COD，但是其反应速度缓慢，所需的反应时间较长（一般达到较好的试验结果都需要120 min以上），且其处理效果也并未达到预期效果。

2.1微波功率对COD去除效果的影响

在H2O2投加量为10 mL/L，微波作用时间60 s的条件下，考察微波功率对废水处理效果的影响，结果如图2所示。由图2可知，COD和色度的去除率随微波功率的增加而增大。说明微波功率的增大能够明显提高Fenton反应速率。微波功率越大，辐射能越强，通过“热效应”和“非热效应”降低反应的活化能和分子化学键强度，从而降解效能增强 ，反应速率增加。但微波功率过大会增大处理能耗 ，故应将微波功率控制在适宜的范围。同时微波功率的增大也会使处理后出水的温度升高，研究发现，溶液温度的升高会引起・OH自由基数量的减少。在本实验中，当微波功率控制在600 W的情况下，微波去除效果较好，而随着微波功率的增加 ，其去除效率变化较为缓慢。因此试验选择微波功率600 W作为微波作用时间考察时的功率。

图2　微波功率对COD去除率的影响

2.2微波作用时间对COD去除率的影响

在H2O2投加量为10 mL/L，微波功率为600 W条件下，通过调整微波作用时间，考察微波作用时间对去除效果的影响，如图3所示。从图3中可以看出，随着微波作用时间的延长，COD及色度去除效果越好，在微波作用时间为60 s时，COD及色度的去除率变化缓慢，趋于稳定，即随着微波作用时间的延长，单位微波作用时间对COD去除率的影响减少。在微波作用时间较短的时候，例如微波作用时间不大于60 s时，溶液的温度比较低，低于50℃，起主要作用的可能是微波的“非热效应”，而随着微波作用时间的延长，溶液的温度相应升高，微波的“热效应”也逐渐明显。从图3看出，随着微波作用时间的延长，溶液温度的升高，COD和色度的去除效果不明显，可以看出在本试验中微波的“非热效应”是影响COD和色度去除效果的主要因素。

图3　微波作用时间对COD去除率的影响

2.3H2O2投加量对COD去除率的影响

在微波功率600 W，微波作用时间60 s的条件下，考察H2O2投加量对COD和色度去除效果的影响，如图4所示。从图4可知，废水中COD和色度去除率随H2O2投加量增加而显著增大。但是当H2O2投加量高于10 mL/L后，COD和色度去除率变化缓慢，同时在测定前调节pH时，可以看到水样中有大量气泡产生。

在微波强化Fenton过程中，在一定范围内增加H2O2用量可以产生更多的・OH，促进膜滤浓缩液中有机物的降解，提高色度和COD的去除率；但当H2O2用量超过一定范围时，H2O2对・OH有清除作用，生成H2O和O2或者氧化性相对较差的HO2・，会减少・OH的数量，降低・OH对膜滤浓缩液中有机物的氧化降解作用，使单位H2O2对色度、COD去除率降低。同时未反应的过量H2O2，也会在调节pH时发生无效分解，产生气泡，而且投加的H2O2越多产生的气泡量越大。最后H2O2用量过高的话还会增加微波催化氧化处理膜滤浓缩液的成本。

图4　H2O2投加量对COD去除率的影响

2.4正交试验结果

在影响铁碳微电解-微波强化Fenton反应体系中，选择微电解出水COD（mg/L）、H2O2投加量（mL/ L）、微波输出功率（W）和微波作用时间（s）作为正交试验的因子，COD去除率作为考察指标，考察各因素对考察指标的影响以及他们的交互作用。设计如表3所示的L9（34）正交试验，正交结果如表4所示。

表3　L9（34）正交试验因素水平表

表4　COD 去除率的正交结果

试验结果的极差分析见表4。从表中可以看出，各因素对COD去除率影响的主次关系为：微电解出水＞微波功率＞H2O2投加量＞微波作用时间。微电解出水COD浓度的极差最大，说明该因素的水平改变所引起试验结果的变化最大，故是关键因素。

其他因素对COD去除率的影响相差不大，为次要因素。

通过调节铁碳微电解反应过程，出水COD浓度不同，从而影响了微波强化Fenton过程的去除效率，从上述试验中可以看出铁碳微电解的出水COD较高时的去除率比出水COD较低时的去除率要高很多，分析原因可能是因为在COD浓度较低时，水中的难降解的COD升高，增加了微波强化Fenton过程的处理难度，但是就出水COD浓度而言，由于进水COD浓度很低，即使去除率低，出水COD的浓度很低，例如在进水880 mg/L时，去除率为47%时，出水COD为466.4 mg/L；远低于进水为2 550 mg/L时，去除率为56%时，出水COD 1 122 mg/L，如此考虑，选择铁碳微电解出水880 mg/L时的出水作为后续研证了评价结果的可靠性。

（3）算例分析表明，将该方法应用于生产现场系统安全评价，可以合理地反映出系统安全的现状，可作为生产现场采取针对性措施改善生产安全状况的依据，促进安全管理的持续改进。

［1］Kuo Y，Yang T，Huang G W.The use of grey relational analysis in solving multiple attribute decision-making problems［J］. Computers&Industrial Engineering，2008，55（1）：80-93.

［2］董丁稳.煤矿本质安全管理信息系统研究［D］.西安：西安科技大学，2010：34-35.

3　结论

垃圾渗滤液膜滤浓缩液经铁碳微电解处理后出水经微波强化Fenton反应，污染物能得到进一步提高，微波功率、微波作用时间、H2O2用量等因素影响去除效果。

将铁碳微电解出水COD浓度、微波功率、微波作用时间、H2O2投加量对处理效果影响建立正交试验，结果表明：各因素对COD去除率影响的主次关系为：微电解出水COD＞微波功率＞H2O2投加量＞微波作用时间。

The Treatment of Concentrated Leachate from RO System by Iron Carbon Microelectrolysis Microwave-Enhanced Fenton Oxidation Process

HUANG Liyan TAN Yanlai LUO Xiaodong LI Shiyao WU Yan YUE Jianxiong YAO Chuang
（Guangdong Research Institute of Engineering Technology/Guangdong Key Laboratory of Water Pollution Guangzhou 510440）

The concentrated leachate is treated by iron carbon microelectrolysis-microwave-enhanced Fenton oxidation process and the effects of the microwave power，microwave irradiation time，H2O2dosage on the impactof microelectrolysis treatment are discussed.Meanwhile this paper also discusses the orthogonalexperimenton the treatmenteffectof the effluent COD concentration of iron-carbon microelectrolysis，microwave power，reaction time and H2O2dosage.The results show that：the impact of various factors on COD removal efficiency follows micro-electrolysis effluent COD＞microwave power＞H2O2dosage＞microwave duration of action.

concentrated leachate iron carbon microelectrolysis microwave-enhanced Fenton oxidation

广东省直科研机构创新能力建设项目（2013B060600009）。

董丁稳 ，男 ，1983年生，博士，讲师，主要从事安全系统工程方面的研究工作。究的进水。如何在较低COD浓度的情况下，提高微波强化Fenton效率成为本课题组后续研究目标。

（2015-04-09）

黄力彦，女，硕士，工程师，主要从事污水及污泥处理与处置理论与技术研究。

（2015-09-18）