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第２卷 第４期环境工程学报Ｖｏｌ．２，Ｎｏ．４２００８年４月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡｐｒ．２００８超声／Ｆｅｎｔｏｎ联用技术处理垃圾渗滤液中的有机物潘云霞１，２ 郑怀礼１，２ 李丹丹３ 勾 茜３（１．重庆大学城市建设与环境工程学院，重庆４０００４５；２．重庆大学教育部三峡库区生态环境重点实验室，重庆４０００４５；３．重庆大学化学化工学院，重庆４０００４４）摘 要 详细研究了超声／Ｆｅｎｔｏｎ联用技术对垃圾渗滤液中有机物的处理效果。研究内容包括：超声波频率对垃圾渗滤液色度和ＣＯＤ去除率的影响，超声波功率对垃圾渗滤液色度和ＣＯＤ去除率的影响以及Ｆｅｎｔｏｎ试剂用量和ｐＨ值对垃圾渗滤液色度去除率和ＣＯＤ去除率的影响。还利用一次正交回归实验确定了超声／Ｆｅｎｔｏｎ联用技术处理垃圾渗滤液的优化条件，并在优化条件的基础上，对超声波技术、Ｆｅｎｔｏｎ高级氧化技术和超声／Ｆｅｎｔｏｎ联用技术对垃圾渗滤液的处理效果进行比较研究。研究结果表明：超声／Ｆｅｎｔｏｎ联用技术对垃圾渗滤液的色度去除率和ＣＯＤ去除率最高，其色度去除率接近１００％，ＣＯＤ去除率达到７３５％。超声／Ｆｅｎｔｏｎ联用技术处理垃圾渗滤液的优化条件是：超声频率为２８ｋＨｚ，超声功率为７５Ｗ，Ｆｅ２＋浓度为２８０ｍｇ／Ｌ，Ｈ２Ｏ２浓度为１２９×１０４ｍｇ／Ｌ，ｐＨ值为２５。超声波的频率、功率和Ｆｅｎｔｏｎ试剂用量之间存在优化匹配值。关键词 垃圾渗滤液 超声／Ｆｅｎｔｏｎ技术 有机物 色度去除率 ＣＯＤ去除率中图分类号 Ｘ７０３１ 文献标识码 Ａ 文章编号 １６７３９１０８（２００８）０４０４４５０５Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｏｒｇａｎｉｃｓｉｎｌａｎｄｆｉｌｌｌｅａｃｈａｔｅｂｙｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ／ＦｅｎｔｏｎｐｒｏｃｅｓｓＰａｎＹｕｎｘｉａ１，２ ＺｈｅｎｇＨｕａｉｌｉ１，２ ＬｉＤａｎｄａｎ３ ＧｏｕＱｉａｎ３（１．ＦａｃｕｌｔｙｏｆＵｒｂａｎＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４５；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆｔｈｅＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＲｅｓｅｒｖｏｉｒＲｅｇｉｏｎ’ｓＥｃｏＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４５；３．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４４）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｌａｎｄｆｉｌｌｌｅａｃｈａｔｅｂｙｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ／Ｆｅｎｔｏｎｐｒｏｃｅｓｓｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｓｕｃｈａｓｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ，ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｐｏｗｅｒｓ，Ｆｅｎｔｏｎ’ｓｒｅａｇｅｎｔｄｏｓａｇｅａｎｄｐＨｖａｌｕｅｏｎｃｏｌｏｒａｎｄＣＯＤｒｅｍｏｖａｌｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ／Ｆｅｎｔｏｎｐｒｏｃｅｓｓｗｅｒｅｆｏｕｎｄ．ＣｏｌｏｒａｎｄＣＯＤｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｓｏｆｕｌｔｒａｓｏｕｎｄｐｒｏｃｅｓｓ，Ｆｅｎｔｏｎｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ／Ｆｅｎｔｏｎｐｒｏｃｅｓｓｕｎｄｅｒｏｐｔｉｍａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ／ＦｅｎｔｏｎｐｒｏｃｅｓｓａｔｔａｉｎｅｄｈｉｇｈｅｒｃｏｌｏｒａｎｄＣＯＤｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｓｔｈａｎｕｌｔｒａｓｏｕｎｄｐｒｏｃｅｓｓａｎｄＦｅｎｔｏｎｐｒｏｃｅｓｓ．Ａｌｍｏｓｔ１００％ｏｆｃｏｌｏｒｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅａｎｄ７３５％ｏｆＣＯＤｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｗｅｒｅａｔｔａｉｎｅｄｉｎｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ／Ｆｅｎｔｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎ９０ｍｉｎｕｔｅｓ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｉｎｔｈｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｗｅｒｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆ２８ｋＨｚ，ｐｏｗｅｒｉｎｐｕｔｏｆ７５Ｗ，Ｆｅ２＋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆ２８０ｍｇ／Ｌ，Ｈ２Ｏ２ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆ１２９×１０４ｍｇ／ＬａｎｄｐＨｖａｌｕｅｏｆ２５．Ｔｈｅｒｅａｒｅｏｐｔｉｍａｌｍａｔｃｈｉｎｇｖａｌｕｅｓａｍｏｎｇｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ，ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｐｏｗｅｒｓ，Ｆｅｎｔｏｎ’ｓｒｅａｇｅｎｔｄｏｓａｇｅａｎｄｐＨｖａｌｕｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｌａｎｄｆｉｌｌｌｅａｃｈａｔｅ；ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ／Ｆｅｎｔｏｎｐｒｏｃｅｓｓ；ｏｒｇａｎｉｃｓ；ｃｏｌｏｒｒｅｍｏｖａｌ；ＣＯＤｒｅｍｏｖａｌ基金项目：国家自然科学基金资助项目（２０７７７０９５）；重庆市自然科学基金重点项目（ＣＳＴＣ，２００６ＢＡ７０２９）；三峡库区生态环境教育部重点实验室访问学者基金；重庆大学研究生科技创新基金（２００７０１Ｙ１Ａ０２５０２１１）；重庆大学大型仪器设备开放基金收稿日期：２００７－１０－１６；修订日期：２００７－１２－２８作者简介：潘云霞（１９７３～），女，博士研究生，讲师，主要从事水污染治理技术研究工作。Ｅｍａｉｌ：ｐａｎｙｕｎｘｉａ１＠１６３．ｃｏｍ通讯联系人，Ｅｍａｉｌ：ｚｈｅｎｇｈｌ＠ｃｔａ．ｃｑ．ｃｎ 垃圾渗滤液中含有大量难生化降解的有机物，如不妥善处理，会对周围环境和地下水造成严重污染［１］。Ｆｅｎｔｏｎ高级氧化技术可有效降低垃圾渗滤液中有机物的浓度和垃圾渗滤液的色度，但它存在Ｈ２Ｏ２量消耗过多的不足［２］。超声波技术降解水体中污染物是近年来发展起来的新型环保技术，但单用超声波降解有机物存在能量利用率低、处理率低和费用高等问题。将超声波和Ｆｅｎｔｏｎ高级氧化技环境工程学报第２卷术联用处理高分子难降解有机物，可减少药剂用量，提高有机物降解率，但目前对超声／Ｆｅｎｔｏｎ联用技术降解水中污染物的研究多集中于单组分模拟体系［３～５］。垃圾渗滤液中含有多种有机物，超声／Ｆｅｎｔｏｎ联用技术能否有效处理这些有机物值得关注。本研究用超声／Ｆｅｎｔｏｎ联用技术处理垃圾渗滤液，研究超声波频率、功率及Ｆｅｎｔｏｎ试剂用量对垃圾渗滤液色度、ＣＯＤ去除率的影响。还通过一次正交回归实验对这些参数进行优化，并且利用优化结果，分别用超声波技术、Ｆｅｎｔｏｎ高级氧化技术和超声／Ｆｅｎｔｏｎ联用技术对垃圾渗滤液进行处理。研究结果可为超声／Ｆｅｎｔｏｎ联用技术处理垃圾渗滤液提供一定的依据。１ 实验部分１．１ 实验材料垃圾渗滤液取自重庆某垃圾填埋场，试样用塑料壶密封运回实验室，在分析和使用前贮存在４℃的恒温箱中。取回的垃圾渗滤液在实验室先经过生物及絮凝预处理，处理后水质如下：ｐＨ８．６７，色度２９００，浊度１４６ＮＴＵ，ＳＳ５４ｍｇ／Ｌ，ＣＯＤ１０００ｍｇ／Ｌ，ＵＶ２５４２．３５６ｃｍ－１，Ｆｅ２＋１．８２６ｍｇ／Ｌ。Ｈ２Ｏ２（ＡＲ，３０％，重庆川东化工有限公司），硫酸亚铁（ＡＲ，重庆川东化工有限公司）。１．２ 实验仪器ＫＱ２５０ＶＤＢ型双频数控超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）；ＴＵ１８１０紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）；ＴＤＲ／８９０光度计（美国哈希公司）；ＤＥＬＴＡ３２０ｐＨ计（梅特勒托利多仪器有限公司）；ＤＦⅡ型集热式磁力搅拌器（江苏省金坛市正基仪器有限公司）；ＨＡＣＨ４５６００ＣＯＤ反应器（美国哈希公司）。１．３ 实验方法垃圾渗滤液在进行超声／Ｆｅｎｔｏｎ联用技术处理前，先经过生物及絮凝预处理。由于垃圾渗滤液在进行絮凝预处理过程中，投加了聚合硫酸铁等絮凝剂，会在垃圾渗滤液中残余Ｆｅ２＋，而Ｆｅ２＋又是Ｆｅｎｔｏｎ试剂的组成成分，因此在超声／Ｆｅｎｔｏｎ联用技术处理垃圾渗滤液实验前，先检测垃圾渗滤液中Ｆｅ２＋的含量。检测结果表明，Ｆｅ２＋含量很少，仅为１８２６ｍｇ／Ｌ，对Ｆｅｎｔｏｎ试剂的配比不会造成明显影响，可以忽略不计。经生物及絮凝预处理的垃圾渗滤液在进行超声／Ｆｅｎｔｏｎ联用技术处理时，先用Ｈ２ＳＯ４和ＮａＯＨ调节ｐＨ值，再加入一定量的Ｈ２Ｏ２和Ｆｅ２＋，选择一定的超声波频率和功率进行实验，反应结束后用１０ｍｍｏｌ／Ｌ的ＮａＯＨ调节ｐＨ值至８．５（铁盐絮凝剂在此ｐＨ值有较好的絮凝效果［１］），静置１ｈ，测色度和ＣＯＤ。ｐＨ值采用ＤＥＬＴＡ３２０ｐＨ计测量，ＣＯＤ的测定采用美国环保局认定的反应消解法（ＣＯＤ的测定范围０～１５００ｍｇ／Ｌ），色度用ＤＲ／８９０光度计进行测定。２ 结果与讨论２．１ 超声波频率的影响当Ｆｅ２＋浓度为１６８ｍｇ／Ｌ，Ｈ２Ｏ２浓度为１２９×１０４ｍｇ／Ｌ，ｐＨ值为３，超声功率为１２５Ｗ时，研究超声频率对垃圾渗滤液色度及ＣＯＤ去除率的影响，研究结果见图１和图２。由图１和图２可知，经２种频率的超声处理后，垃圾渗滤液的色度去除率和ＣＯＤ去除率都明显增加。图１显示，对于２种超声频率，垃圾渗滤液的色度去除率在１５ｍｉｎ就分别达到了９７１％和９８３％，随着时间的增加，色度去除率变化不大。由图２可知，当超声功率一定时，２８ｋＨｚ的超声频率，垃圾渗滤液的ＣＯＤ去除率更高。选用２８ｋＨｚ超声频率，垃圾渗滤液的ＣＯＤ去除率在７５ｍｉｎ时就达到４５２％；选用４５ｋＨｚ的超声频率，垃圾渗滤液的ＣＯＤ去除率在７５ｍｉｎ时仅为２８２％。由此可知，选用低频率的超声处理可缩短垃圾渗滤液处理时间，降低处理成本。用这２种频率的超声波对垃圾渗滤液处理９０ｍｉｎ，它们的ＣＯＤ去除率接近一致，其原因在于此时的溶液温度已经较高，Ｈ２Ｏ２的挥发较多，对有机物的降解作用减弱。图１ 不同超声频率对色度去除率的影响Ｆｉｇ．１ Ｅｆｆｅｃｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｏｎｃｏｌｏｒｒｅｍｏｖａｌ６４４第４期潘云霞等：超声／Ｆｅｎｔｏｎ联用技术处理垃圾渗滤液中的有机物图２ 不同超声频率对ＣＯＤ去除率的影响Ｆｉｇ．２ ＥｆｆｅｃｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｏｎＣＯＤｒｅｍｏｖａｌ２．２ 超声功率的影响当超声频率为４５ｋＨｚ，Ｆｅ２＋浓度为１６８ｍｇ／Ｌ，Ｈ２Ｏ２浓度为１２９００ｍｇ／Ｌ，ｐＨ值为３时，研究不同超声功率对垃圾渗滤液色度和ＣＯＤ去除率的影响，研究结果见图３和图４。由图３可知，超声功率在５０～１２５Ｗ时，超声／Ｆｅｎｔｏｎ联用技术对垃圾渗滤液的色度去除率很高，都超过了９４３％。当超声功率从５０Ｗ增加到７５Ｗ时，色度去除率几乎接近１００％。由图４可知，当超声功率从５０Ｗ增加到７５Ｗ时，垃圾渗滤液的ＣＯＤ去除率从５３１％增加到６５５％；当超声功率从７５Ｗ继续增加到１２５Ｗ时，ＣＯＤ去除率又下降。超声功率造成ＣＯＤ去除率变化的原因在于：提高声强可以增加超声降解的反应速率，但声强过高，空化泡没有足够的时间溃陷，会在声波的负压相长的很大，从而形成超声屏障，使系统可利用的声能量降低，对有机物的降解减弱。这表明，用超声／Ｆｅｎｔｏｎ联用技术对垃圾渗滤液的ＣＯＤ进行去除时，超声功率有一优化值，本实验选用超声功率为７５Ｗ。图３ 不同超声功率对色度去除率的影响Ｆｉｇ．３ Ｅｆｆｅｃｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｐｏｗｅｒｓｏｎｃｏｌｏｒｒｅｍｏｖａｌ图４ 不同超声功率对ＣＯＤ去除率的影响Ｆｉｇ．４ ＥｆｆｅｃｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｐｏｗｅｒｓｏｎＣＯＤｒｅｍｏｖａｌ２．３ Ｆｅ２＋浓度和Ｈ２Ｏ２浓度的影响当超声频率为４５ｋＨｚ，超声功率为１２５Ｗ，ｐＨ值为３，Ｈ２Ｏ２浓度为１２９００ｍｇ／Ｌ时，研究不同Ｆｅ２＋浓度对色度和ＣＯＤ去除率的影响，研究结果见图５和图６。由图５可知，当Ｈ