UV-Fenton法降解垃圾渗滤液中COD的动力学研究

给水排水Ｖｏｌ．４３增刊２０１７６９ＵＶ－Ｆｅｎｔｏｎ法降解垃圾渗滤液中ＣＯＤ的动力学研究殷芳芳１顾升波２（１浙江同济科技职业学院，杭州３１１２３１；２北控水务集团有限公司，北京１００１２５）摘要采用ＵＶ－Ｆｅｎｔｏｎ法处理垃圾渗滤液，研究其ＣＯＤ去除的动力学特性及初始ｐＨ、ＦｅＳＯ４·７Ｈ２Ｏ用量和Ｈ２Ｏ２用量等因素对动力学常数的影响。结果表明：Ｆｅｎｔｏｎ反应符合准一级反应动力学模型，综合考虑运行成本、反应速率和ＣＯＤ去除效果等情况，控制初始ｐＨ为８、ＦｅＳＯ４·７Ｈ２Ｏ投加量为０．１ｇ／Ｌ和Ｈ２Ｏ２用量为１．０ｍＬ／Ｌ，ＵＶ－Ｆｅｎｔｏｎ法处理垃圾渗滤液的除碳性能最佳，ＣＯＤ去除率达到８０％以上。关键词垃圾渗滤液Ｆｅｎｔｏｎ动力学浙江省科技厅公益性技术应用研究计划项目（２０１４Ｃ３３０６２）。０前言垃圾渗滤液是垃圾在堆放和填埋过程中产生的高浓度有毒有机废水，具有ＣＯＤ浓度高、金属含量高、氨氮浓度高和水质水量变化大等特点［１］。若不妥善处理，将对周围环境及地下水造成严重污染，进而威胁生态环境及人体健康。Ｆｅｎｔｏｎ法应用于垃圾渗滤液的处理，可以无选择性地氧化绝大多数的有机物，被认为是生化法处理垃圾渗滤液的一种替代技术［２，３］。Ｆｅｎｔｏｎ试剂（Ｈ２Ｏ２和Ｆｅ２＋）处理垃圾渗滤液的过程通常由４步组成：ｐＨ调节、氧化反应、中和絮凝、沉淀，可降低ＣＯＤＣｒ的主要过程为Ｆｅｎｔｏｎ氧化和Ｆｅｎｔｏｎ絮凝两步［４，５］。Ｆｅｎ－ｔｏｎ氧化的反应机理为：Ｈ２Ｏ２＋Ｆｅ２＋→Ｆｅ３＋＋ＯＨ－＋·ＯＨＲＨ＋·ＯＨ→Ｒ·＋Ｈ２ＯＲ·＋Ｆｅ３＋→Ｒ＋＋Ｆｅ２＋Ｆｅ２＋＋·ＯＨ→Ｆｅ３＋＋ＯＨ－上述反应中的Ｈ２Ｏ２作为氧化Ｆｅ２＋和有机物的氧化剂，但当遇到强的氧化剂（如重铬酸钾）时，它将作为还原剂，被分解生成Ｏ２［６］。Ｆｅｎｔｏｎ絮凝的反应机理为：在一定的酸度条件下，Ｆｅ２＋被氧化生成Ｆｅ（ＯＨ）３，Ｆｅ（ＯＨ）３在ｐＨ较高时以胶体形态存在，具有凝聚、吸附性能。虽然Ｆｅｎｔｏｎ法在有催化剂存在的条件下能产生大量的·ＯＨ，但适用的ｐＨ值范围较窄［７］，ｐＨ过高或过低都会抑制·ＯＨ的产生。为了提高对Ｈ２Ｏ２的利用率，增加对有机物的去除效果，把紫外光ＵＶ引入Ｆｅｎｔｏｎ体系，形成了ＵＶ－Ｆｅｎｔｏｎ法［８］。本研究采用ＵＶ－Ｆｅｎｔｏｎ工艺对实际渗滤液原液进行处理，研究初始ｐＨ和Ｆｅｎｔｏｎ试剂用量等因素对反应速率的影响，并初步建立符合该渗滤液的反应动力学模型。１试验材料和方法１．１废水水质垃圾渗滤液取自杭州某垃圾填埋场调节池，废水外观呈黑褐色，有明显的恶臭，其水质如表１所示。表１废水水质项目ＣＯＤ／ｍｇ／ＬＢＯＤ５／ｍｇ／ＬＳＳ／ｍｇ／ＬＮＨ３－Ｎ／ｍｇ／ＬｐＨ色度／倍浓度１２０００～１４０００８０００～９０００４００～５００＞１６００８～９＞１２５０１．２试验装置与方法试验装置如图１所示，其中紫外灯１５Ｗ，灯管总长３１０ｍｍ，有效长度２７０ｍｍ，半径１３ｍｍ。图１光催化反应装置示意取５０ｍＬ垃圾渗滤液原液稀释至１０００ｍＬ，将稀释后的原水倒入烧杯中，并加入一定量的ＦｅＳＯ４·７Ｈ２Ｏ固体，同时用小型磁力搅拌器进行搅拌，用Ｈ２ＳＯ４或ＮａＯＨ调节ｐＨ到指定值；完成上述操作之后，把紫外灯灯管插入待处理原水中，再加入一定量的Ｈ２Ｏ２，迅速开始计时，待反应进行５ｍｉｎ、１５ｍｉｎ、３０ｍｉｎ、６０ｍｉｎ、９０ｍｉｎ和１２０ｍｉｎ后，分别从烧杯中移取２０ｍＬ水样检测（测ＣＯＤ值前调节处理后水样的ｐＨ至１０）。２结果与讨论２．１试验条件优化试验初始条件粗略定为：原水初始ｐＨ值为７，ＦｅＳＯ４·７Ｈ２Ｏ投加量为０．１ｇ／Ｌ，Ｈ２Ｏ２投加量为１ｍＬ／Ｌ，反应时间２ｈ。在此基础上，依次改变某一因素进行单因素条件试验，确定最佳ＵＶ－Ｆｅｎｔｏｎ氧化处理效果的反应条件。结果见表２。结果显示，当ｐＨ为８，Ｈ２Ｏ２（３０％）投加量为１ｍＬ／Ｌ，Ｆｅ－ＳＯ４·７Ｈ２Ｏ为０．１ｇ／Ｌ时，ＵＶ－Ｆｅｎｔｏｎ法氧化降解垃圾渗滤液的ＣＯＤ效果最好。２．２反应动力学模型在１５Ｗ紫外灯的连续照射下，固定ＦｅＳＯ４·７Ｈ２Ｏ的投加量为０．１ｇ／Ｌ，Ｈ２Ｏ２（３０％）投加量为１ｍＬ／Ｌ，在不同ｐＨ条件下处理原水，反应时间为２ｈ，结果如图２所示，并进行曲线拟合，具体参数值及相关系数如表３所示。给水排水Ｖｏｌ．４３增刊２０１７６９ＵＶ－Ｆｅｎｔｏｎ法降解垃圾渗滤液中ＣＯＤ的动力学研究殷芳芳１顾升波２（１浙江同济科技职业学院，杭州３１１２３１；２北控水务集团有限公司，北京１００１２５）摘要采用ＵＶ－Ｆｅｎｔｏｎ法处理垃圾渗滤液，研究其ＣＯＤ去除的动力学特性及初始ｐＨ、ＦｅＳＯ４·７Ｈ２Ｏ用量和Ｈ２Ｏ２用量等因素对动力学常数的影响。结果表明：Ｆｅｎｔｏｎ反应符合准一级反应动力学模型，综合考虑运