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第43卷第4期2023年8 月DOI:10.16185/.2023.04.202混凝-Fenton联合工艺处理垃圾渗滤液膜滤浓缩液西安工业大学学报Journal of Xian Technological UniversityVol.43 No.4Aug.2023http:/赵群英1，孙佳丽，李侃，李杨3（1.西安工业大学建筑工程学院，西安7 10 0 2 12.西安净水处理有限责任公司，西安7 10 0 2 1；3.中国中元国际工程有限公司，北京10 0 8 9）摘要：为了去除垃圾渗滤液膜滤浓缩液中的污染物，文中通过混凝实验选择了混凝剂，寻找出了最优混凝剂的最佳运行pH值和投加量；同时通过Fenton试验确定了FeSO47H,SO4和H2O2的投加量，最终形成了混凝与Fenton氧化联合的工艺。研究结果表明：文中工艺可以有效去除浓缩液中的COD和色度，最佳混凝剂为FeCls，当初始pH为4,FeCl：的量为40 0 mgL-1,FeSO47H,SO4 量为2 50 mgL-1,HzO量为1 mLL-1时，可以得到最优的去除效果，两种污染物的去除率分别为7 6.7 5%和8 5.18%。结论可为相近水质的垃圾渗滤液膜滤浓缩液的处理提供理论依据。关键词：垃垃圾渗滤液膜滤浓缩液；混凝;Fenton氧化；化学需氧量；色度中图号：TU992文献标志码：ATreatment of Membrane Concentrate Generated from LandfillLeachate by Coagulation-Fenton ProcessZHAOQunying,SUN Jiali?,LI Kan,LI Yang(1.School of Civil&Architecture Engineering,Xi an Technological University,Xian 710021,China;2.Xian Water Treatment Co.,Ltd,Xian 710021,China;3.China IPPR International Engineering Co.Ltd.,Beijing 10089,China)Abstract:In order to remove pollutants in membrane filtration concentrates of waste leachate,acoagulation experiment was conducted,in which coagulants were selected and their optimum pH valueand dosage were determined.The dosages of FeSO4:7H,SO and H,O2 were determined through theFenton test,hence came the process which combines coagulation and Fenton oxidation.The experimentalresults show that COD and chromaticity can be removed effectively from concentrates by the process.The best coagulant is FeCl3.When the initial pH is 4,the dosages of FeCls,FeSO4 7H,SO4,and H,O2are 400 mg L-1,250 mg L-1 and 1 mL L-1 respectively,the best result can be obtained that 76.75%and 85.18%of the two pollutants,respectively,removed.This study can provide a theoretical basis for文章编号：16 7 3-996 5（2 0 2 3)0 4-0 347-0 6*收稿日期：2 0 2 2-11-30基金资助：陕西省教育厅专项科研计划项目（18 JK0375）。第一作者简介：赵群英（197 8 一），女，西安工业大学讲师，主要研究方向为污废水的处理与回用，E-mail：30 310 6 7 44 q q.c o m。引文格式：赵群英，孙佳丽，李侃，等.混凝-Fenton联合工艺处理垃圾渗滤液膜滤浓缩液J.西安工业大学学报，2 0 2 3，43（4）：347-352.ZHAO Qunying,SUN Jiali,LI Kan,et al.Treatment of Membrane Concentrate Generated from Landfll Leachate by Coagulation-Fenton ProcessJJ.Journal of Xian Technological University,2023,43(4):347-352.348the treatment of membrane filtration concentrates of waste leachate in the water of similar quality.Key words:landfill leachate membrane filtration concentrate;coagulation;Fenton oxidation;chemicaloxygen demand;chroma垃圾渗滤液是一种成分复杂的污水，含有高浓度的有机物质、重金属、氨氮、氯化物等污染物1-2 。目前对其处理应用最为广泛的工艺为生物处理十反渗透膜（Reverse Osmosis,RO)或纳滤膜（NanoFiltration,NF)3-5。虽然RO和NF可以去除浓缩液中几乎所有的溶解有机物6 ，但是膜滤后将产生约2 0%2 5%的浓缩液7 ，这些浓缩液一般不具有可生化性，呈深棕色，并且不同工艺产生的污染物量差别较大，例如：化学需氧量（ChemicalOx-ygenDemand,COD)从几百到几千甚至上万均有报道8 ，处理不当容易造成很严重的二次污染。处理垃圾渗滤液膜滤浓缩液常用的方法有：回灌法、蒸发法、混凝法和高级氧化法等。回灌法最经济，但会造成盐分和难降解物质的累积，增加了后续垃圾渗滤液的处理难度10 。蒸发法可以同步去除多种有机污染物，但也会造成污染物的二次累积11。混凝法相对经济并有效，但只能去除部分污染物12 。高级氧化法虽然可以将污染物分解成小分子物质或直接矿化为CO2和H2O等无机物，对环境友好，但成本相对较高。文献13-14 使用混凝和高级氧化联合方法对垃圾渗滤液膜滤浓缩液进行了处理，不仅效果良好，而且较为经济，但所用的浓缩液COD浓度均较高，COD浓度小于1000mgL-1的鲜有报道。同时混凝与高级氧化处理污水时的影响因素很多，不同工艺产生的水质往往差别很大。文中拟以西安某垃圾渗滤液处理厂的浓缩液(COD浓度小于1 0 0 0 mgL-1）为研究对象，将混凝作为预处理去除一部分污染物，由于芬顿工艺是最常见的高级氧化法之一，能通过产生羟基自由基（OH)氧化或矿化渗滤液浓缩液中的难降解物质15，因此用高级氧化法中的Fenton氧化提高浓缩液的可生化性并进一步去除剩余的污染物，以达到降低运营成本和提高处理效果的目的。文中从混凝剂的选择，最佳混凝剂的剂量，pH,Fenton试剂的剂量条件的优化方面展开，以期为相近水质的垃圾渗滤液膜滤浓缩液的处理提供理论依据。西安工业大学学报1实验材料与方法1.1药品与试剂硫酸（H2SO4），氢氧化钠（NaOH），硫酸铝（A ISO,），七水硫酸亚铁（FeSO47H,SO4），双氧水（30%H2O2w/），以上药品均为分析纯。氯化铁（FeCls，40%w/w），聚合氯化铝铁（PAFC，35/w），聚合氯化铝（PAC,30%w/w），实验用水为去离子水。1.2垃圾渗滤液膜滤浓缩液水质垃圾渗滤液膜滤浓缩液来自于陕西西安某垃圾渗滤液处理厂，该浓缩液产生于UASB十MBR十NF/RO组合工艺，外观呈褐色，无明显恶臭。取回后在4下储存。水质特性为：化学需氧量(COD)为8 8 4mgL-1,5d生化需氧量(BOD5)为2 8 7 mgL-1,SS为140 mgL-1,色度为46 0度,pH 为 7.3。1.3分析方法采用pH计(PHS-3C)测定pH值,COD采用重铬酸钾法（HJ828一2 0 17）进行测定，色度采用紫外分光光度计（6 8 50，Jenway）进行测定。1.4实验方法所有实验均进行三次平行试验。1.4.1混凝混凝剂的选择：在4个置有30 0 mL浓缩液的600mL烧杯中分别加人一定质量混凝剂AISO4，FeCls,PAFC和PAC。实验条件：不改变初始pH值。初始pH对混凝效果的影响：在8 个6 0 0 mL的烧杯中加人30 0 mL的浓缩液，用HCL和NaOH调节pH值分别为3,4,5,6,7,8,9 和10,分别加入30 mg的FeCl3。混凝剂的剂量对混凝效果的影响：在8 个6 0 0mL的烧杯中加人30 0 mL的浓缩液，用HCL和NaOH调节pH值为4，分别加人15，30，45，6 0，90,120,150和18 0 mg的FeCl3。以上混凝实验均在室温环境中进行，混合液首先用混凝搅拌器以150 rmin-1的速度快速搅拌第43卷第4期10min，接着以30 rmin-1的速度缓慢搅拌30min，随后静置沉淀2 h，最后取上清液用0.45m的滤膜过滤，并测定滤液中的各项指标，比较其COD和色度的去除率。1.4.2Fenton氧化用混凝实验得出的最佳药剂（FeCls），在最佳反应条件（初始pH值为4，FeCl，添加量为40 0mgL-1)下得出的浓缩液上清液与Fenton试剂反应。FeSO47H,SO4投加量对氧化效果的影响：取10 0 mL上清液移人6 个烧杯中，分别加入5，10,20,25,30,35mgFeSO47H,SO4和50 uLH2 O2进行反应。H,Oz的投加量对氧化效果的影响：取10 0 mL上清液移人6 个烧杯中，分别加人30,50，10 0，150，200LH,Oz和2 5mgFeSO47H,SO4进行反应。Fenton氧化实验在反应结束后,均调节pH值至8 左右，在50 的水浴中加热30 min，静置2 h，取上清液用0.45m的滤膜过滤后测定各项指标。706050F403020100200300400500600700800混凝剂剂量/mg L1（a）不同混凝剂COD去除效果100COD80色度%率子6040200345678910PH值（c）初始pH对混凝效果的影响赵群英，等：混凝-Fenton联合工艺处理垃圾渗滤液膜滤浓缩液实验结果及分析2.1混凝实验混凝处理效果如图1所示。由图1（a)(b)可见，混凝剂对浓缩液中的COD、色度有明显的去除效果。图1(a)显示，不改变浓缩液初始pH值时，AISO4、Fe C l3、PA FC 和PAC对浓缩液中的COD有一定的去除率，都呈现出先增高再下降的趋势。当混凝剂的投加量大于40 0 mgL-1时，FeCl对COD的去除效果最好，维持在45%以上，最高去除率在FeCl3投加量为6 0 0 mgL-1时出现为56%,PAC的去除效果次之，AISO和PAFC去除效果几乎相等。70-A1SO,-FeCl,-PAFC-PAC图1混凝处理效果Fig.1Coagulation effect349以上所有实验,色度和COD的去除率R（%)的计算式为R(%-C=10 0%.C式中：C。为浓缩液的初始色度或COD浓度;C。为加药处理后浓缩液中色度或COD浓度。2-AISO,PAFC60F%504030F20100200300400500600700800混凝剂剂量/mg L1（b）不同混凝剂色度去除效果100COD色度8060F4020F050100150200300400500600FeCl,剂量/mg L:i（d）混凝剂的剂量对混凝效果的影响FeCl,PAC1350由图1(b)可见，各种混凝剂对色度的去除效果的趋势与图1(a)相似,均为先上升后下降。但FeCls对色度的去除明显高于其他三种药剂，各药剂对色度去除效果的顺序为 FeCl3PACPAFCAl-SO4。因此,FeCl3为浓缩液处理的最佳混凝剂。采用最佳混凝剂FeCl3，进行浓缩液的初始pH值对COD和色度去除的影响实验。实验结果如图1（c)所示，随着pH值的升高，COD去除率逐渐减少，这与文献16 和文献17 的研究结果相似。这种现象是因为随着pH值的升高，铁盐水解的阳离子聚合物Fe（O H)+、Fe（O H)、Fe(OH)2+量不断减少，当pH值为7 时,阴离子水解聚合物Fe（O H)4出现，随着pH值的升高，Fe(OH)4成为水解的主要产物。在低pH值时，阳离子聚合物与浓缩液中带负电荷的胶体颗粒发生电中和反应，胶体颗粒脱稳18 。随pH值的升高，阳离子聚合物的量逐渐减少，电中和作用减弱，导致去除率下降。在pH值为碱性环境中仍有一定的去除率，可能是聚合物对胶体颗粒产生网捕卷扫作用，导致颗粒脱稳。由图1（c)还可见，色度的去除率在酸性条件下随着pH的升高缓慢减小，当pH大于7 后，减小的速率加快，但在pH为10 时10080%/率制子60ul40402020F0050100150200300400500600FeSO,7H,O/mgL-1（a）Fe SO,7H,SO,对混凝后浓缩液的影响Fig.2The results of Fenton oxidation treatment由图2(a)可见，随着FeSO47H,SO4的投加量增大,COD和色度的去除率分别在FeSO47H,SO4的投加量为2 50 mgL-1和30 0 mgL-1时达到最大，分别为43.7%和57.6%，之后增大投加量去除率反而降低，这是因为更高的Fe2+导致OH自由基的自清除作用发生（OH十Fe2+Fe3+十OH-)19,这个结果也得到了其他研究人员的验西安工业大学学报有所上升。由于强酸性条件下色度去除率变化不大，在pH值为4时,再考虑到实际生产中如果pH值较低不仅对设备腐蚀性增强，而且又要投加大量酸进行调节，成本较高，故认为pH值为4时为最佳混凝条件。调节浓缩液的初始pH值为4，最佳混凝剂FeCl3的投加量对COD和色度的去除效果如图1(d)所示，色度和COD去除率均在FeCl3剂量为400mgL-1时达到最大，分别为7 3.1%和61.2%。当投加量大于40 0 mgL-1时，色度和COD的去除率都出现了不同程度的下降，这可能是投入的过多混凝剂使浓缩液中胶体表面的电荷发生了逆转，导致了相互排斥，使得离子不易碰撞。2.2Fenton氧化实验经过调节初始浓缩液pH 值为4,FeCls的投加量为40 0 mgL-1的混凝反应后,浓缩液中的COD为36 5mgL-1,色度为138 度。图2 为Fenton氧化的效果，图2（a)为H,O,的量为0.5mLL-1，FeSO47H,SO4的量为50 350 mgL-1的处理效果，图2(b)为FeSO47HzSO4的量为2 50 mgL-时,H,Oz的量为0.32 mLL-1的处理效果，反应条件均为pH值为4，室温2 0 土2。100r一CODICOD色度色度80F%/率潮子60F0.3（b）H,O,对混凝后浓缩液的影响图2 Fenton氧化处理效果证2 0 。由于当FeSO47H,SO4的投加量在2 50mgL-1和 30 0 mgL-i时,COD的去除率下降值大于浊度去除率的上升值，同时考虑到运行成本，因此认为FeSO47H,SO4的最佳投加量为250mgL-1。由图2(b)可见,COD和色度的去除率在HOz浓度为1mLL-1时达到了最大,其值分别为7 6.1%和7 4.6%。当H,0，浓度小于1第43卷0.51.0H,O,/mL L-11.52.0第4期mLL-1时,两者的去除率随着H,O的量增加，说明生成OH的反应一直进行。当H,O浓度等于1mL/L时达到最佳投加比例，随后去除率下降，这是由于3个原因造成：过量的H,O2的发生了自清除发生。过量的H,O,与OH生成OOH(HOz十OHOOH+H,O),导致OH 的 量减少。虽然H,Oz具有强氧化性能，即使没有Fe-SO47H,SO4的情况下，也会氧化分解水中的有机物，但这种作用产生的低分子有机物不易凝结2 1。3结论文中通过混凝实验选择了混凝剂，寻找出了最优混凝剂的最佳运行pH值和投加量；同时通过Fenton试验确定了FeSO47H,SO4和H,O2的投加量，最终形成了混凝与Fenton氧化联合的工艺。室温条件下，FeCls、PA C、PA FC和AISO4四种混凝剂,FeCl3对COD和色度去除效果最佳。当浓缩液初始pH为4，FeCl，的量为40 0 mgL-1时,COD与色度有较好去除率，分别为6 1.2%和7 3.2%。Fenton氧化过程中，控制FeSO47HSO4量为2 50 mgL-1,HzOz的量为1mLL-1时，COD与色度的去除率达到最大，分别为43.7%和50.6%。该工艺对COD与色度的总的去除率分别为7 6.7 5%和8 5.18%。参考文献：1 LIU D,YUAN Y,WEI Y Q,et al.Removal of Refracto-ry Organics and Heavy Metals in Landfill LeachateConcentrate by Peroxi-Coagulation ProcessJ.Jour-nal of Environmental Sciences(China),2022,116:43.2宋恒玥，刘芝宏，周爱娟等.吹脱超声强化垃圾渗滤液碱性厌氧发酵产酸研究J/OL.工业水处理.ht-tps:/doi.org/10.19965/ki.iwt.2022-1236.SONG Hengyue,LIU Zhihong,ZHOU Aijuan,et al.Study on Volatile Fatty Acids Production from Land-fill Leachate Enhanced by Air Stripping CombinedUltrasound Via 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