Fenton-混凝法预处理垃圾渗滤液工艺研究

蒋贞贞，朱俊任

（1 重庆工程职业技术学院，重庆 402260；2 重庆城市管理职业学院，重庆 401331）

由于垃圾渗滤液一般与工业废物混埋，还可能含有铬、汞、砷、铅等重金属污染物，传统生物降解法难以达到理想的处理效果，因此成为水环保领域研究的重点和难点[1]。重庆市涪陵区生活垃圾处置场渗滤液处理系统项目工艺采用均质+混凝沉淀+两级A/O+MBR+纳滤的组合工艺。该项目为了减轻二级生化处理的负荷，提高出水水质，对成分复杂的垃圾渗滤液进行了强化一级化学处理。其中Fenton混凝法被认为是一级处理中去除各种难生化降解有机物最有效的方法之一[2]，但要达到较高的处理效果，其成本也较高。因此，开展Fenton-混凝法预处理垃圾渗滤液工艺研究具有很高的研究意义。

本文采用Fenton法进行催化氧化，对重庆市垃圾填埋场的垃圾渗滤液进行预处理。采用响应面优化设计Fenton法处理垃圾渗滤液工艺[3]，考察了pH、H2O2投加量和FeSO4·7H2O投加量对垃圾渗滤液COD的影响，并分析实验指标与多个因素之间的回归关系，确定Fenton-混凝法处理工艺的最优参数。

1 材料与方法

1.1 实验原料

实验水样：取自重庆市涪陵区生活垃圾处置场垃圾渗滤液调节池，废水外观呈黑褐色，COD浓度为16 800mg/L，NH3-N浓度为1 963mg/L，pH为7.88，浊度550NTU。

1.2 主要仪器设备

ZR4-6混凝实验搅拌机（深圳市中润水工业技术发展有限公司）；DR2800 COD（仪美国HACH公司）；Delta320台式pH计（梅特勒-托利多仪器有限公司）。

1.3 Fenton-混凝法

取定量垃圾渗滤液于500mL烧杯中，用H2SO4或NaOH调节渗滤液pH后，边搅拌边加入定量H2O2和定量FeSO4·7H2O固体，用ZR4-6搅拌机以50r·min-1搅拌10min，静置沉淀60min，取烧杯上层液体测COD（采用重铬酸钾法GB119142—89测定）。

2 结果与讨论

2.1 Fenton法响应面实验优化设计

根据响应曲面法设计原理，采用 Design Expert 8.0软件，对Fenton法预处理垃圾渗滤液工艺进行3因素3水平实验设计（表1），以pH （X1）、H2O2投加量（X2）、FeSO4·7H2O 投加量（X3）为主要的考察因素（自变量），建立数学回归模型。

表1 响应面三因素三水平实验设计

2.1.1 以COD为响应值的制备工艺

对Fenton法预处理垃圾渗滤液的COD去除率的实验数据进行二次多项式拟合，得到Fenton法预处理垃圾渗滤液对pH、H2O2投加量、FeSO4·7H2O投加量三因素的多元二次回归方程。其中得到的未编码方程模型：

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，该模型显著性影响依次是pH、H2O2投加量、FeSO4·7H2O投加量。该模型显著性高，且决定系数R2＝0.991 0，表明预测值和实测值之间的相关性很好。为增加模型预测的可靠性，将R2给予适当的修正R2adj＝0.974 7，仅有2.53%的响应值的总变异不能用该模型表示。

2.1.2 响应面模型分析

为了考虑各因素及其交互作用对Fenton法预处理垃圾渗滤液COD去除率的影响，采用Design Expert 8.0软件辅助分析（见图1）。

图1 两因素交互影响垃圾渗滤液COD去除率的响应面图

由图1可知，H2O2投加量与FeSO4·7H2O因素响应面坡度相对平缓，说明H2O2投加量和FeSO4·7H2O投加量对COD去除率影响较小。而其他两因素响应面坡度比较陡峭，说明pH对COD去除率影响显著。随着pH的降低，垃圾渗滤液COD去除率先增大后逐渐稳定。

2.1.3 模型的验证

为了进一步确定最佳点的值，对Fenton法预处理垃圾渗滤液COD去除率的二次多项式回归方程求一阶偏导等于零求得知：X1=3.21，X2=1.13，X3=0.42，即Fenton法预处理垃圾渗滤液的最佳工艺条件为：pH、H2O2投加量和FeSO4·7H2O投加量分别为3.21、1.13%、0.42%。在此最优工艺条件下，垃圾渗滤液COD去除率的理论预测值为59.19%。根据实际情况，将Fenton法预处理垃圾渗滤液最佳工艺条件修正为：pH、H2O2投加量和 FeSO4·7H2O 投加量分别为3.2、1.1%、0.4%。进行3组平行验证实验，垃圾渗滤液COD去除率的平均值为59.06%，可见回归方程得到的垃圾渗滤液COD去除率的理论预测值与其实验值非常接近，误差仅为0.13%。

3 结语

①pH、H2O2投加量、FeSO4·7H2O投加量对垃圾渗滤液COD去除率的影响显著性依次为：pH ＞ H2O2投加量 ＞FeSO4·7H2O投加量。响应曲面设计预测并根据实际情况得出Fenton法预处理垃圾渗滤液工艺条件为：pH、H2O2投加量、FeSO4·7H2O投加量分别为3.2、1.1%、0.4%。在此优化条件下对垃圾渗滤液COD去除率的平均值为59.06%。