微电解－Fenton氧化预处理垃圾渗滤液的应用研究

周兵

（中山市绿洁水处理技术有限公司，广东 中山 528400）

1 引言

目前，我国大部分城市以卫生填埋作为垃圾处理的基本方式，填埋过程中产生的大量垃圾渗滤液，如不妥善处理，会对周围的水体和土壤造成严重污染。垃圾渗滤液一直以来是世界水处理行业的一大难题。目前还没有一种完全成熟同时又经济的技术工艺专门应用于垃圾渗滤液的处理。垃圾渗滤液有着成分复杂、污染物浓度高、水质水量变化大等多种特点，直接排放对水体危害性极大。单一的水处理工艺完全不能满足处理要求，因此一般国内外都采用物化加生化等多种工艺结合的方式对其进行处理［1］。

中山市老虎坑垃圾渗滤液处理厂是老虎坑垃圾填埋场的配套建设项目。老虎坑垃圾填埋场已封场近10年，目前处于稳定化过程中的成熟阶段，此阶段产生的垃圾渗滤液的特征为COD值约4000～8000mg／L，氨氮约3000～7000mg／L，色度高，可生化性非常差，小于0.1。老虎坑垃圾渗滤液处理厂现有微电解设备一套用作于污水进生化前的预处理。本实验研究以该厂产生的渗滤液为研究对象，以微电解出水直接加双氧水即形成Fenton反应的工艺进行实验分析。

2 理论分析

微电解是当将铁屑和碳颗粒浸没在酸性废水中时，由于铁和碳之间的电极电位差，废水中会形成无数个微原电池。以铁为阳极，碳作阴极，在废水中生成的初生态的Fe2＋和原子H，它们具有高化学活性，能改变废水中许多有机物的结构和特性，使有机物发生断链、开环等作用［2］。该公司设备使用的微电解罐及微电解铁碳组合颗粒从某环保公司购置，通过曝气以及定期反洗的操作条件下能有效地降低板结和钝化的情况发生。微电解出水中含有的Fe2＋在污水中经中和后会形成铁泥，能对污水形成混凝作用。

Fenton工艺的原理为污水在酸性条件下，H2O2经Fe2＋的催化，能产生强氧化性的·OH对废水中的大分子有机物和发色基团进行破坏和氧化而达到脱色和去除COD的目的［3］。Fenton反应完成后需对污水加碱将水调至中性，此过程中同样产生大量铁泥。

根据两种工艺的原理，如果控制好工艺条件能将微电解过程中产生的Fe2＋供Fenton利用同时达到比较好的处理效果，即可以免除单独Fenton工艺过程中的Fe2＋的添加以及减少铁泥的产生，便能降低生产成本以及减少生产中的工作量。

3 实验方法

废水来源为老虎坑垃圾填埋场产生的渗滤液，由管道进入收集池，因部分雨水及地表径流的混合，渗滤液COD浓度约为2400mg／L，氨氮约为1500mg／L，pH 值为8.0。以15%的稀硫酸对废水进行调酸，进入微电解罐进行微电解反应，微电解出水进入中间池后直接加入双氧水继续进行Fenton反应。两过程中分别控制不同参数进行单因素实验并取样加入NaOH调pH值至8，过程中形成的铁泥完全沉降后，取上清液进行COD分析。因对此渗滤液体系废水进行定性分析时已证明微电解反应和Fenton反应对氨氮的去除效果基本没有，因此，本实验过程中主要取COD指标进行评价（图1）。

图1 工艺流程

4 实验结果分析

4.1 铁碳微电解实验

4.1.1 反应时间对COD去除率和出水pH值的影响

先对进水调pH值至3，调酸后进水COD为2300mg／L左右。采取的实验方式为批次实验，即每罐进水反应完后再重新进水。因此采取每批实验进水和出水分别取样以检测分析去除率。分别选取不同的反应时间进行实验，结果如图2。

从图2可以看出，在进水条件一样的情况下，随着反应时间的增加，微电解反应过程对COD的去除率比较明显地增加。但在50min后，去除率不再呈线性增长。原因是因为水体中易于被微电解过程中产生的氧化还原反应分解的大分子有机物等污染物质已经大部分被分解掉。同时还可以看出，随着反应时间的增加，出水pH值也呈上升趁势。考虑到此次研究为在出水中直接进行加入H2O2进行Fenton反应，为保证芬顿反应的酸性环境，综合考虑选取40min作为最佳反应时间参数。

图2 微电解反应时间对COD去除率和出水pH值的影响

4.1.2 进水pH值对COD去除率和出水pH值的影响

控制反应时间为40min，对进水进行不同的pH值的调节，分析不同pH值对COD去除率的影响以及出水pH值的变化情况。结果如图3。

图3 进水pH值对COD去除率和出水pH值的影响

从图3可以看出，在40min的反应过程当中，COD的去除率在pH值高于3以后有所下降，此原因的产生可能是H＋的浓度影响了微电解反应过程的反应条件。出水pH值在不同的进水条件下，也有所变化，综合考虑后续Fenton反应的酸性环境，为避免再次加酸，最佳进水pH值选取2.5。

4.2 Fenton氧化反应实验

此次实验研究所考察的便是在结合微电解过程对COD去除率的同时，直接利用出水中含有的Fe2＋用作Fenton氧化过程中H2O2的分解催化剂，为避免Fe2＋时间过久的情况下被氧化成Fe3＋而降低利用效率。因此应该及时对批次出水中直接加入H2O2进行反应。根据Fenton反应理论［4］，pH值在3左右对Fenton氧化反应最有利。pH值过低，则会抑制H2O2的分解；过高，则会与废水环境中的Fe2＋生成Fe（OH）2沉淀继而继续被氧化成Fe（OH）3。因此采取微电解反应时间40min，进水pH值为2.5的情况下的出水进行Fenton实验。

4.2.1 H2O2投加量对COD去除率的影响

对上述条件下的微电解出水直接投加不同量的30%的双氧水，避光，反应时间暂取60min，实验结果如图4。

图4 双氧水的添加量对COD去除率的影响

从图4可以看出，针对此次废水体系，随着H2O2投加量的加大，COD的去除率也明显提高，投加量在达到8mL／L的时候，去除率差不多达到最高值。之后则没有明显地继续提高。因此，从经济考虑角度出发，双氧水的投加量选取8mL／L为最佳投加量。

4.2.2 Fenton氧化反应时间对COD去除率的影响

继续采用上述条件微电解出水，双氧水的投加量控制在8mL／L，在不同的反应时间取样测定，分析COD去除率的变化，实验结果如图5。

图5 Fenton反应时间对COD去除率的影响

从图5可以看出，随着反应时间的增长，COD的去除率也是明显提高，但在达到60min后，COD去除率基本变化不大。原因可能有两方面，一是废水中含有的有机污染物大部分已经被分解；另一方面也可能是在开始的时间里双氧水的分解才刚刚开始未达到完全。因此选取60min的反应时间作为Fenton氧化反应的最佳反应时间。

通过上述几项实验可以计算出，在各最佳工艺条件下，通过微电解－Fenton氧化组合应用处理此种成熟期垃圾渗滤液废水，COD的总去除率可以达到77.4%。大大减轻了后续生化处理的负荷。

5 结语

（1）微电解过程中生成的Fe2＋可以直接用为Fenton氧化反应的催化剂，采用微电解－Fenton氧化预处理垃圾渗滤液完全可行，能够达到非常不错的效果。在控制微电解反应时间40min，进水pH值为2.5左右的时候，出水pH值可以满足Fenton氧化所需的酸性环境，双氧水的投加量控制在8mL／L，反应时间为60min的情况下，COD的总去除率最高可达到77.4%。

（2）将微电解与Fenton氧化组合应用，在生产过程中不仅仅提高了COD的去除率，同时可以降低两种工艺分开应用所需额外投加的酸碱以及FeSO4，降低了生产成本。同时减少了铁泥的产生量，有效降低作业强度，是一种值得推广的技术方案。

［1］喻 晓，张甲耀，刘楚良.垃圾渗滤液污染特性及其处理技术研究和应用趋势［J］.环境科学与技术，2002，25（2）:43～45.

［2］周培国，付大放.微电解工艺研究进展［J］.环境污染治理技术与设备，2001，2（4）:18～24.

［3］林红岩，王春财，杨鸿伟.芬顿试剂在废水处理中的应用［J］.化工科技市场，2009，32（10）:39～40.

［4］包木太，王 那，陈庆国，等.芬顿法的氧化机理及在废水处理中的应用进展［J］.化工进展，2008，27（5）:660～665.