這些因素的主要關(guān)系是:(1)pH>;n(H2O2)/n(Fe2+)>;FeSO4或7H2O投入量>;反應(yīng)時(shí)間;(2)pH為3.0,F(xiàn)eSO47H2O投入量為1.2毫米/L,H2O2和Fe2+摩爾比為8:1,反應(yīng)時(shí)間為30分鐘,COD去除率為62.3%。
生活垃圾在環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)收集壓縮后運(yùn)輸?shù)嚼贌l(fā)電廠垃圾箱,垃圾堆積、壓縮、發(fā)酵后產(chǎn)生過濾液,垃圾過濾液是原生垃圾過濾液,中國大部分城市生活垃圾的廚房多,含水率高,熱值低,爐爐直接焚燒處理垃圾時(shí),新鮮垃圾必須在垃圾箱中儲(chǔ)存5~7天發(fā)酵,達(dá)到過濾水分,提高熱值,保證后續(xù)垃圾焚燒的正常運(yùn)行和爐溫。
垃圾滲透液對周圍環(huán)境影響嚴(yán)重,如何有效處理垃圾滲透液成為近年來研究的熱點(diǎn)[1-11]。本研究采用Fenton法預(yù)處理垃圾過濾液,研究其預(yù)處理效果,為Fenton法應(yīng)用于垃圾過濾液預(yù)處理提供參考。
1材料和方法
1.1.1實(shí)驗(yàn)材料和儀器
實(shí)驗(yàn)試劑:濃硫酸、氫氧化鈉、硫酸亞鐵銨、七水合硫酸亞鐵、重鉻酸鉀、硫酸-硫酸銀、一水合相鄰菲律賓、二氧水、硫酸汞。
實(shí)驗(yàn)廢水:實(shí)驗(yàn)中使用的垃圾過濾液取自泰州市某垃圾焚燒發(fā)電廠,初步測定,廢水的pH值為6.53左右,COD為10200mg/L。顏色呈黑褐色,伴有惡臭。
實(shí)驗(yàn)設(shè)備:電子天平、pH計(jì)、COD消解器。
1.2實(shí)驗(yàn)方法
取一定量的垃圾滲濾液在500ml的燒杯中,調(diào)節(jié)pH值,再加一定量的FeSO4th7H2O和過氧化氫,攪拌反應(yīng)一段時(shí)間后,靜置30分鐘,取其上清液測COD。分別改變反應(yīng)條件中的初始pH值、FeSO4、7H2O投入量、H2O2/Fe2+物質(zhì)的量比和反應(yīng)時(shí)間,調(diào)查這些條件對處理效果的影響。
2 結(jié)果與討論
2.1 初始pH值的影響
取6份100ml的垃圾滲濾液,加入到6個(gè)500ml的燒杯中,分別調(diào)節(jié)pH值到2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0,再加入5.0ml/L的雙氧水和5mmol/L的FeSO4?7H2O,攪拌反應(yīng)時(shí)間設(shè)定為1個(gè)小時(shí)。反應(yīng)完成后靜置30分鐘后取其上清液測定COD,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。
如圖所示,pH在2~4范圍內(nèi),隨著pH的增加,COD的去除率呈上升趨勢,pH=4.0時(shí)COD的去除率最大。pH超過4時(shí),隨著pH值的增加,COD去除率逐漸下降。
這是因?yàn)樵谒嵝詶l件下有利于H2O2的分解和OH,F(xiàn)e2+的催化效率很高,但隨著pH的上升,F(xiàn)e2+的一部分被氧化為Fe3+,F(xiàn)e3+的催化效果比Fe2+差,因此因?yàn)閜H3和4點(diǎn)的去除率相似,所以為了經(jīng)濟(jì)考慮,最好的pH值是4.0。
2.2Fe2+投入量的影響
分別取100ml的垃圾滲濾液,加入6到500ml的燒杯,將pH值調(diào)節(jié)到4.0,固定過氧化氫投入量為5.0ml/L,F(xiàn)eSO47H2O的投入量分別為5、2.5、1.2、0.8、0.6、0.5mmol/L,攪拌反應(yīng)時(shí)間為1小時(shí)。反應(yīng)完成后,靜置半小時(shí)后取其上清液測COD,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。
如圖所示,F(xiàn)e2+濃度在0.5~0.8mmol/L范圍內(nèi),隨著FeSO4對7H2O的投入量逐漸增加,COD出口率明顯呈上升趨勢,0.8mmol/L時(shí)COD出口率最大,但繼續(xù)增加投入量時(shí),出口率反而逐漸下降。
這是因?yàn)殡S著Fe2+的增加,催化H2O2產(chǎn)生的OH也增加了,但Fe2+投入過多的情況下,多馀的Fe2+Fe3+產(chǎn)生對應(yīng),消耗一部分過氧化氫,降低活性,影響COD的去除。因此,最佳FeSO47H2O的投入量為0.8mmol/L。
2.3H2O2與Fe2+物質(zhì)量比的影響
將100ml的垃圾滲透過濾液分別取入6個(gè)500ml的燒杯中,將pH值調(diào)到4.0,將FeSO4固定為7H2O的投入量設(shè)定為0.8mmol/L,將H2O2與Fe2+摩爾比調(diào)整為1:1、2:1、4:1、8:1、10:1,攪拌反應(yīng)時(shí)間設(shè)定為1小時(shí)。反應(yīng)完成后靜置30分鐘,取其上清液測定COD,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。
由圖可知,H2O2與Fe2+摩爾比對COD去除率的影響比較明顯,當(dāng)H2O2與Fe2+摩爾比在1~4之間時(shí),隨著H2O2與Fe2+摩爾比的增大,COD去除率上升得比較快,并在4:1的時(shí)候COD去除率達(dá)到了最大值,之后則呈現(xiàn)了下降趨勢,并且有較小的波動(dòng)。
這是因?yàn)殡S著n(H2O2)/n(Fe2+)的增加,H2O2的量增加,OH的出生量也增加,氧化能力提高。但是,H2O2過多的話,溶液中的Fe2+的一部分會(huì)被Fe3+氧化,F(xiàn)e3+會(huì)抑制OH的產(chǎn)生,其中的一部分自由基也會(huì)對OH產(chǎn)生反應(yīng),這些減少OH的話氧化能力會(huì)減弱。因此,最好的H2O2和Fe2+摩爾比是4:1。
2.4響應(yīng)時(shí)間的影響
分別取100ml的垃圾滲濾液加入6個(gè)500ml的燒杯,調(diào)節(jié)pH-4.0,固定FeSO4和7H2O的投入量為0.8mmol/L,H2O2和Fe2+摩爾比為4:1,控制反應(yīng)時(shí)間為10,20,30,90,120min,反應(yīng)完成后靜置30分鐘,取其上清液測量COD,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。
如圖所示,反應(yīng)時(shí)間在60min前,隨著時(shí)間的增加,COD去除率逐漸上升,60min時(shí)COD去除率最大,之后呈緩慢下降趨勢。這是因?yàn)槎虝r(shí)間內(nèi),隨著反應(yīng)時(shí)間的增加,反應(yīng)越充分,產(chǎn)生的OH也就越多,但是到了一定時(shí)間后,反應(yīng)中的雙氧水和亞鐵離子濃度就會(huì)降低,產(chǎn)生的雙氧水量就會(huì)減少,氧化能力就會(huì)降低,去除率就會(huì)降低。因此,決定Fenton法去除COD的最佳反應(yīng)時(shí)間為1小時(shí)。
2.5正交實(shí)驗(yàn)和結(jié)果
根據(jù)單一因素的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,選擇初始pH、FeSO4打7H2O的投入量、H2O2和Fe2+摩爾比、反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行4要素3水平的正交實(shí)驗(yàn)。正交實(shí)驗(yàn)因素及其水平見表1,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。
從正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以看出,最佳反應(yīng)條件是初始pH為3.0,F(xiàn)eSO47H2O的投入量為1.2mmol/L,H2O2和Fe2+摩爾比為8:1,反應(yīng)時(shí)間為30分鐘。在這個(gè)條件下,COD的去除率達(dá)到了62.30%。通過對極差的結(jié)果分析,我們可以看出,這些因素對初始pH的影響尤為重要,其次是H2O2和Fe2+摩爾比,然后是FeSO47H2O的投入量,反應(yīng)時(shí)間的影響相對較小。
3結(jié)論
采用Fenton法預(yù)處理垃圾過濾液,研究初期pH、FeSO47H2O投入量、H2O2和Fe2+摩爾比、反應(yīng)時(shí)間對垃圾過濾液處理效果的影響,結(jié)論如下:(1)初期pH、FeSO47H2O投入量、H2O2和Fe2+摩爾比、反應(yīng)時(shí)間對COD過濾率有一定的影響,其中影響最大的是初期pH值,其次是H2O2和Fe2+摩爾比(2)從正交實(shí)驗(yàn)中獲得的最佳實(shí)驗(yàn)條件是最初的pH為3.0,F(xiàn)eSO4的7H2O投入量為1.2mmol/L,H2O2和Fe2+摩爾比為8:1,反應(yīng)時(shí)間為30分鐘,這種條件下的COD去除率為62.3%。
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