超声-fenton试剂耦合处理农村垃圾的渗滤液

超声一Fent on试剂耦合处理农村垃圾的渗滤液
潘云霞1，刘源1，罗华平2
(1．西南大学工程技术学院，重庆400715；2．塔里木大学机械电气化工程学院，新疆阿拉尔843300)
摘要：用超声波和Fent on试剂耦合处理农村垃圾的渗滤液，考察了超声波功率、H：O：和Fe2+用量、pH值以及反应温度对农村垃圾渗滤液U V搿／U V攒。

的影响。

研究结果表明：超声功率为125w，H：O：浓度为475咖ol／L，Fe“浓度为4咖ol／L，pH值为3．0时，农村垃圾渗滤液中的难降解有机物能够得到较好的去除，超声一Fent on试剂耦合处理农村垃圾渗滤液的温度应该控制在45℃以内；通过超声、Fent on和超声一Fent on试剂耦合对比实验发现．超声一Fent on试剂耦合对农村垃圾渗滤液中难降解有机物的去除要明显好于Fent佣试剂和超声波，超声波和Fent on试剂对农村垃圾渗滤液中有机物的去除具有协同作用。

光谱扫描结果表明，超声一Fent仰试剂耦合对农村垃圾渗滤液中的有机物有很好的去除效果。

关键词：超声一Fe nt伽试剂耦合；农村垃圾渗滤液；uV254／uV2540；难降解有机物
中图分类号：)c703．1文献标识码：A文章编号：1003—188X(2012)03—0229—_04
0引言
随着社会主义新农村建设步伐的加快，农村经济得到了快速的发展，农民的收入水平也在不断的提高，农村固体废弃物的数量和种类也开始迅速的增长…。

据统计，2007年中国农村生活垃圾每天的人均产生量达到0．86kg，年产生总量约3亿t。

长期以来，我国环境保护工作的重点都放在了大中城市，农村的生活垃圾处理一直没有受到重视，农村环境污染问题日益严重，简单填埋依然是目前农村生活垃圾处理的主要形式。

农村生活垃圾填埋后，由于其中含有许多高含水量易腐有机物，如菜皮、瓜果、厨余物等，它们与塑料袋、纺织物、洗涤剂、玻璃、金属及砖瓦砾石等互相粘滞在一起，在填埋场产生渗滤液，这不仅会污染周围环境，还会对地下水造成污染∽。

3J。

农村的环境污染问题已成为制约农村经济发展的一大障碍。

因此，将填埋场产生的垃圾渗滤液进行进一步处理，使其达标排放，对减少农村环境污染问题，促进农村经济的可持续发展无疑具有重要意义。

收稿日期：20l l—10—27
基金项目：国家自然科学基金项目(10964009，11164023)；西南大学博士基金项目(Sw uB2008065)；中央高校基本科研业务
费专项资金项目(xD JK2009C003)
作者简介：潘云霞(1973一)，女，重庆人，博士。

(E—m ai l)p“ⅣI l xi al@ 163．com。

通讯作者：罗华平(1973一)，男，新疆阿拉尔人，副教授，(E一眦i l)l uo-hu印i n9739@163．com。

由于垃圾渗滤液中含有大量难降解有机物，用Fent on法对其进行处理具有独特优势H。

6J，但其处理成本较高。

利用超声空化技术可以将难降解有机物氧化成c O：和H：O，但超声空化技术存在能量利用率低、处理率低和费用高的问题¨。

9J。

本文用超声一Fent on试剂耦合处理垃圾渗滤液中难降解有机物，考察各种影响因素对垃圾渗滤液u：钳的影响，并对超声一Fent on试剂耦合的热效应进行分析，为超声一Fent on 在实际废水处理中的应用提供理论基础。

1材料与方法
1．1试验材料
试验用垃圾渗滤液取自重庆某农村生活垃圾填埋场，取回的垃圾渗滤液在实验室经过厌氧生物处理，处理后水质：C O D为1300m g／L，U V254为2．278，pH值为7．6。

1．2试验装置
超声一Fent on试剂耦合处理垃圾渗滤液的试验装置，如图l所示。

超声装置为K Q一250V D B型双频数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)，超声频率28kH z，功率0～125w连续可调。

试验过程中，将盛有垃圾渗滤液和Fent on试剂的烧杯浸入超声波清洗槽内进行超声辐照，烧杯位于清洗槽的中心，且放置的位置始终固定。

1．3试验方法
取垃圾渗滤液100m L，用H2S O。

和N aO H调节pH 值，再加入一定量的H：O：和Fe“，选择一定的超声波
229
功率进行实验，反应结束后用】o m m ol／L的N aoH调
节pH值至8．5(铁盐絮凝剂在此pH值有较好的絮凝
效果””)，静置l h，用Tu—1810紫外可见分光光度
计测uV。

pH值采用D EL TA320pH计测量．c0D的
测定采用美国环保局(EPA)认定的反应消解法(c0D
的测定范围0～15×103m g／L)。

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2结果与讨论
2．1超声功率对垃圾渗滤液U V“／U V254。

的影响图2显示超声功率对垃圾渗滤液uV。

／uV。

的
影响。

由图2可以看出，随着超声功率增加，uv。

／uV。

逐渐降低。

这表明随着超声功率增大，超声一Fent on对有机物的降解率增加。

这是由于当其它条
件固定不变时，增大超声波功率就意味着增大超声波
的声能密度，从而增强了空化作用，使得空化泡中的
温度、压力相应的提高，空化泡内的物理化学环境对
有机物的降解更为有利，因而有机物的降解效率随之
提高。

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图2超声功率对uV254／uV掰。

的影响
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P0㈣n U v254／U V龇
2．2H20。

浓度对垃圾渗滤液U V254／U V254。

的影响图3显示不同H：0：浓度对垃圾渗滤液uV。

／uV：m的影响。

由图3可以看出，当H：0：浓度由95
230
m m ol／L增加到475m m ol／L时，uv倒／uV孙由0．579降低到O．147；当H：02浓度继续增加时，uV瑚／uV捌。

逐渐升高。

这是由于H：0：在超声波的作用下，能够在空化气泡及其边界层发生如式(1)的热分解反应。

同时，在Fe“浓度一定时，增加H：0：浓度，由Fent on反应[式(2)]产生更多的0H自由基，促进了垃圾渗滤液中难降解有机物的去除；但是，当H：O：浓度过高时，H：0：会对0H有清除作用[式(3)和式(4)]。

所以，475m m彬L是H202适宜的浓度。

H：o：型坚．oH+．0H
Fe2++H202一Fe3++0H+0H一
O H+H202—’H20+H02
H02+O H．÷H20+02
(1)
(2)
(3)
(4)
Hzoi／Ⅲl L。

圈3H202浓度对uV擒／uV2‰的影响
隧3E胁of H202∞帆nⅡ“咖∞【Iv瑚／uV2540
2．3Fe2+浓度对垃圾渗滤液U V日／U V目。

的影响图4显示不同Fe“浓度对垃圾渗滤液uV。

／uV2540的影响。

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Fe”／一l L。

图4Feh浓度对uV删／uV挑的影响
眄4E‰t of Fe2+咖啪州删∞uV搿／uV挑由图4可以看出，当Fe2+浓度由2m m ol／L增加到4唧oL／L时，uV捌／uV25知由o．46降低到O．147。

这表明，较高的Fe“浓度能够促进H：0：的降解，可加快oH的产生，使垃圾渗滤液中的难降解有机物得到明显去除。

但当Fe“浓度继续增加时，uV。

／U V 。

逐
渐升高。

这是因为当溶液中Fe “的浓度过高时会消耗oH [式(5)]，导致uV 25。

／uV 捌。

升高。

因此，适宜
的Fe2+浓度是4m m ol ／L 。

则有
Fe2++O H
—+Fe3++0H 一
(5)
2．4
pH 值对垃圾渗滤液U V 254／U V 。

54。

的影响
如图5显示不同pH 值对垃圾渗滤液uV ：M ／uV ：”。

的影响。

由图5可以看出，pH 值为3．0时，
U V 搿／uV 瑚。

最低。

这是由于Fent on 试剂中起催化作用的Fe 2+的有效形式是Fe (O ：H )2+(即Fe2+与H O ：
结合)，其在pH 值为3．0～4．0时浓度最高，有利于
H ：O ：产生
O H 自由基。

同时，
O H 自由基和H ：O ：
都是在酸性条件下发挥最大氧化效率，而且在酸性条
件下，憎水性的分子态有机物比例较大，它们可富集在超声空化气泡表面层，并挥发进人到超声空化气泡
内，进行化学反应。

因而pH 值为3．0时，垃圾渗滤液
中的有机物有较好的降解效果。

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3
5
7
pH 值
图5
pH 值对U V 254／uV 2540的影响
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E f ‰t
0f pH va l u 郫on U V 254／U V 254。

2．5不同处理方法及温度对垃圾渗滤液U V 254／U V 254。

的影响
通过循环水以及水浴恒温控制超声波、Fe nt on 试剂和超声一Fent on 试剂耦合3种方法的温度，它们对
垃圾渗滤液中难降解有机物的去除效果如图6所示。

由图6可以看出，在相同温度条件下，超声一Fent on 试
剂耦合法的uV 254／U V ‰明显低于Fent on 法和超声
法，单独超声法处理的uV 聊／U V ："。

最高，这说明单独使用超声波，利用超声空化所产生的氧化作用和高温
热解作用对垃圾渗滤液中有机物的降解作用有限，垃圾渗滤液中有机物的去除主要是通过
O H 自由基的
氧化作用实现的。

超声波对Fent on 试剂具有明显强
化作用，超声波和Fent on 反应对垃圾渗滤液中有机物的去除具有协同作用。

图6显示，当温度由30℃增加到45℃时，3种方法的U V 嘲／U V 搿。

都逐渐降低。

这说明，提高温度有
利于增加垃圾渗滤液中难降解有机物的去除率；但当
温度由45℃增加到55℃时，uV 254／U V ：钳。

都逐渐增加。

这是因为超声降解主要是由空化效应而引发的反应，
水温过高，超声波在副压半周期内会使水沸腾而降低
空化瞬间产生的高温高压。

而且，当温度过高时，还会增加H ：O ：的挥发，降低对有机物的降解。

因此，超声一Fent on 试剂耦合处理垃圾渗滤液的温度应该控制在45℃以内。

30
撕
40
45
5055
温度／℃
图6
不同处理方法的U V 254／U V 254。

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U V 254／U V 254。

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di 晒ent t 瑚t 眦n 协
2．6超声一Fe nt on 试剂耦合处理垃圾渗滤液的机理
将超声一Fent on 试剂耦合处理前后的垃圾渗滤液
进行光谱扫描，结果如图7所示。

由图7可以看出，在超声一Fent on 试剂耦合处理前，垃圾渗滤液在200一
374nm 的紫外区有众多明显的强吸收峰，说明垃圾渗
滤液中包含多种含有共轭双键、羰基的大分子有机物以及多环芳香类化合物；垃圾渗滤液经超声一Fent on 试剂耦合处理后，对其进行紫外光谱扫描发现，垃圾
渗滤液仅在216砌波长处有强吸收峰，而且峰值明显
低于超声一Fent on 试剂耦合处理前垃圾渗滤液的紫外
吸收峰。

这表明，垃圾渗滤液经超声一Fe nt on 试剂耦
合处理后，大分子有机物都被氧化为小分子有机物及二氧化碳和水。

23l
光谱扫描曲线
a ．处理前垃圾渗滤液；
b ．处理后垃圾渗滤液
图7超声一Fent m 试剂耦合处理前后垃圾渗滤液的光谱扫描
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3结论
1)随着超声功率增大，垃圾渗滤液中难降解有机物的去除率增加；适当增加H：O：和Fe“的用量可提高超声波对垃圾渗滤液中难降解有机物的降解效率，但增加量过多，反而影响去除效率。

2)超声功率为125W，H202浓度为475m m ol／L，Fe2+浓度为4m m oL／L，pH值为3．o时，超声一Fent on试剂耦合法对垃圾渗滤液中难降解有机物有较好的去除效果。

3)超声一Fent on试剂耦合处理垃圾渗滤液时，超声波对Fent on试剂具有明显强化作用，超声波和Fe n—t on对垃圾渗滤液中有机物的去除具有协同作用。

温度对超声一Fent on试剂耦合处理垃圾渗滤液有明显影响，超声一Fent on试剂耦合处理垃圾渗滤液的温度应该控制在45℃以内。

4)垃圾渗滤液经过超声一Fent on试剂耦合处理后，大分子有机物都被氧化为小分子有机物及二氧化碳和水。

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232。