响应面法对Fenton处理垃圾渗滤液反渗透浓缩液工艺的优化

第３８卷第３期２０１８年８月桂林理工大学学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｕｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ３８Ｎｏ３Ａｕｇ２０１８文章编号：１６７４－９０５７（２０１８）０３－０５４２－０７ｄｏｉ：１０３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ１６７４－９０５７２０１８０３０２６响应面法对Ｆｅｎｔｏｎ处理垃圾渗滤液反渗透浓缩液工艺的优化黄芳芳１，２，张琴１，李金城１，尹雅迪１，林世奇１，李路祥１（１桂林理工大学环境科学与工程学院，广西桂林５４１００４；２浙江广厦建设职业技术学院建筑工程学院，浙江东阳３２２１００）摘要：利用ＢｏｘＢｅｈｎｋｅｎ响应面分析法对Ｆｅｎｔｏｎ试剂处理垃圾渗滤液反渗透浓缩液的影响因素进行了探讨和分析，考察了初始ｐＨ值，Ｈ２Ｏ２投加量，ｎ（Ｈ２Ｏ２）∶ｎ（Ｆｅ２＋）和反应时间对氧化垃圾渗滤液反渗透浓缩液的影响。以浓缩液中ＣＯＤ去除率为评价指标，采用单因素法筛选出初始ｐＨ值、ｎ（Ｈ２Ｏ２）∶ｎ（Ｆｅ２＋）和Ｈ２Ｏ２投加量３个相对重要的影响因素，在初始ｐＨ为３～７、Ｈ２Ｏ２投加量２０～４０ｍＬ／Ｌ和ｎ（Ｈ２Ｏ２）∶ｎ（Ｆｅ２＋）为２～８的条件下，分析ＣＯＤ的变化。通过ＤｅｓｉｇｎＥｘｐｅｒｔ８０软件设计实验，得到了一个二次响应曲面模型。Ｆｅｎｔｏｎ氧化的优化工艺条件：初始ｐＨ值４９４、Ｈ２Ｏ２投加量１００３２ｍｏｌ／Ｌ，ｎ（Ｈ２Ｏ２）∶ｎ（Ｆｅ２＋）＝５３８，在此最优条件下，ＣＯＤ去除率达到最大，为７６１２％。经实验验证，响应面的预测值与实验值拟合性好，能够很好地反映Ｆｅｎｔｏｎ氧化处理垃圾渗滤液反渗透浓缩液的过程。关键词：反渗透浓缩渗滤液；Ｆｅｎｔｏｎ氧化；单因素试验；ＢｏｘＢｅｈｎｋｅｎ响应面法中图分类号：Ｘ７０３１文献标志码：Ａ０引言垃圾渗滤液是一种污染严重的高浓度有机废水，是垃圾在长期的堆放和填埋过程中产生的废水，因其具有成分复杂、毒性较强、含有大量难生化降解的有机污染物等特点［１－３］，直接采用生物处理方法难以达到排放要求。与传统的生物方法相比，物化方法设备简单、受水质水量波动影响小，适用于处理难生化降解的废水。近年来反渗透（ＲＯ）工艺越来越广泛地被用于垃圾渗滤液处理中［４］，然而在ＲＯ工艺提供优质出水的同时，不可避免地会产生膜滤浓缩液，ＲＯ工艺若要可持续地发展下去，膜滤浓缩液的处理必须要找到可靠的解决办法［５－６］。与垃圾渗滤液相比，膜滤浓缩液的有机浓度更高、可生化性更低，采用单一或常规的组合工艺难以达到相关要求。目前，针对膜滤浓缩液的主要处理技术有蒸馏浓缩、回灌、蒸发和高级氧化等手段，其中蒸馏浓缩经济成本高；回灌存在地下水污染的潜在风险，此外，高浓度浓缩液容易造成有机物累积，回灌处理系统在超过一定有机污染负荷的限值会导致系统破坏且不易修复；蒸发易引起设备腐蚀。相比之下，高级氧化技术因其在处理难降解废水方面的优势得到高度重视［７－８］。高级氧化Ｆｅｎｔｏｎ法作为一种高级氧化技术，以其反应速度快、操作方便等优点在渗滤液的处理领域得到了广泛的应用研究，并取得较好的处理效果［９－１２］。响应面法（ｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ，ＲＳＭ）是一种寻求最优实验条件的方法［１３］。采用多元二次回归方程来近似拟合多因子试验中的因素与指收稿日期：２０１７－０３－２４基金项目：国家创新训练项目（２０１５１０５９６０４８）；广西科技术开发计划项目（桂科ＡＢ１６３８０２９５）；广西科技攻关计划项目（桂科攻１５９８０１６－１４）；新疆重大科技专项（２０１６Ａ０３００８－１）；广西区创新训练项目（２０１５１０５９６１４９）；广西科技基地和人才专项（桂科ＡＤ１８１２６０１８）作者简介：黄芳芳（１９９２—），女，硕士，研究方向：水污染控制，ｈｕａｎｇｆａｎｇｓｔｕｄｙ＠１２６ｃｏｍ。通讯作者：李金城，博士，教授，１９９４０２５＠ｇｌｕｔｅｄｕｃｎ。引文格式：黄芳芳，张琴，李金城，等．响应面法对Ｆｅｎｔｏｎ处理垃圾渗滤液反渗透浓缩液工艺的优化［Ｊ］．桂林理工大学学报，２０１８，３８（３）：５４２－５４８．标间的相互关系，并通过对多项式的响应面和等高线进行分析可方便得出最优工艺参数。响应面法具有周期短、预测性能好、精密度高等优点，目前该分析方法已经广泛地应用在众多领域，如ＲＳＭ在废水处理的活性炭制备过程的优化［１４］、微生物发酵培养基方面的应用［１５］、超滤过程分析和评价中的应用［１６］、乡镇污水脱氮优化设计中的应用等［１７］。本研究在Ｆｅｎｔｏｎ法处理垃圾渗滤液反渗透浓缩液过程引入响应面法对工艺参数进行优化，通过建立响应面模型预测最佳操作条件，从而使得垃圾渗滤液反渗透浓缩液的ＣＯ