Fenton法去除垃圾渗滤液TOC的动力学研究

2015年8月第21卷第3期安庆师范学院学报(自然科学版)JournalofAnqingTeachersCollege(NaturalScienceEdition)Aug．2015VO1．21NO．3网络出版时间：2015—8—2515：40网络出版地址：http：／／www．cnki．net／kcms／detail／34．1150．N．20150825．1540．020．htmlFenton法去除垃圾渗滤液TOC的动力学研究查甫更，张明旭，高良敏，胡友彪，徐国春(1．安徽理工大学地球与环境学院，安徽淮南232001；2．铜陵首创水务有限公司，安徽铜陵2440O0)摘要：采用修正后一级反应动力学模型拟合Fenton法处理垃圾渗滤液结果，研究初始pH值、试剂比、H2O2用量、初始浓度和温度等因素对动力学常数的影响并优化反应参数。结果表明：在考虑运行成本情况下，Fenton法处理渗滤液的最佳去除率为70．3％，此时反应条件初始pH值为3，[H202]／[T0Co]为4，[H202]／[Fe]为5，反应温度为室温。关键词：Fenton法；垃圾渗滤液；TOC；反应动力学模型DOI：i0．13757／j．cnki．cn34—1150／n．2015．03．020中图分类号：X703．1文献标识码：A文章编号：1007—4260(2015)03—0071—04垃圾渗滤液是垃圾在堆放和填埋过程中产生的高浓度有机有毒废水，其水质特性受多种因素影响1j。所含污染物浓度通常与填埋场的“年龄”有关]，“年轻”填埋场产生的渗滤液具有高生化需氧量(BOD)、高化学需氧量(COD)、中等浓度的氨氮(NH，一N)和高可生化性(BOD／COD)E33，而“老年”填埋场产生渗滤液的典型特征为高浓度NH一N、中等浓度COD和低BOD／CODl4]，“中年”填埋场产生的渗滤液介于两者之间。为避免污染周围环境，《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889—2008)严格限制了填埋场水污染物的排放浓度，对垃圾渗滤液的处理提出了新的要求。各种高级氧化技术应用于垃圾渗滤液的处理中]，其中Fenton工艺通过Fe催化分解H2O：形成强氧化性的羟基自由基(·OH)(反应式(1))j，可以无选择性地氧化绝大多数的有机物(反应式(3)，(4))，并被认为是生化法处理垃圾渗滤液的一种替代技术而成为研究热点。Fe+H2O2—Fe。+OH一+·OH(1)Fe2+·OH—+Fe+OH一(2)RH+·OHH2O+R·(3)R·+Fe。一+R+Fe。(4)前期研究重点在Fenton法处理垃圾渗滤液的处理效果，本研究在前期研究基础上采用修正后的准一级反应动力学模型，研究初始pH值、初始浓度、Fenton试剂用量和反应温度等因素对反应动力学速率常数的影响，结合运行成本和总有机碳(TOC)去除率的方法优化Fenton法处理垃圾渗滤液。1实验材料和方法垃圾渗滤液取自安徽淮南某垃圾填埋场，其水质如下：COD值为46304-162mgL～，TOC为l1424-53mgL～，pH值为7．89±0．21，渗滤液的可生化性指标(BOD／COD)在0．201—0．235。取回的垃圾渗滤液在试验前经滤纸过滤已去除悬浮固体颗粒物。除H：O为优级纯外，所用化学试剂均为分析纯，都购自国药集团化学试剂有限公司，在试验前标定HO：浓度。TOC由岛津Veph一5000ATOC分析仪测定，pH值由EcoSensepH100pH计测定。取一定浓度的垃圾渗滤液，粗调pH值到预先设定值后加入一定量的硫酸亚铁，待完全溶解后再细调到预先设定的pH值，放置在磁力搅拌收稿日期：2014—09—17基金项目：安徽省优秀青年基金(2012SQRL055)。作者简介：查甫更，男，安徽枞阳人，博士，安徽理工大学地球与环境学院讲师，研究方向为污染控制及资源化研究。·72·安庆师范学院学报(自然科学版)器(HJ一5，江苏金坛荣华)上，加入一定量的HO，反应开始计时，在预先设定的时间上，用注射器取100ml的反应液，为减少误差，先加人片状NaOH预调pH值到7左右，然后用10M和1MNaOH溶液来细调pH值到8．0-I-0．05，再将反应液放到5O℃水浴锅(DK一$26上海精宏)内加热30min以去除残留HO，最后反应液经0．45m的滤膜抽滤后，测定TOC。2结果与讨论2．1反应动力学模型根据前人和本人的研究成果发现Fenton反应前10min有机物被快速氧化分解或矿化，10—30min为慢速氧化降解阶段，30rain以后有机物去除效果提高幅度有限，可认为达到稳定状态。研究认为Fenton反应符合一级或准一级反应动力学模型l1，本文拟对准一级反应方程修正为：TOC=(TOC0一TOC)exp(一kt)+TOC(5)式中：TOC。，TOC，TOC分别为在反