微波催化氧化法處理垃圾滲濾液的正交試驗(yàn)

1、微波催化氧化法處理垃圾滲濾液的正交試驗(yàn)王杰，程志輝，陳忠林，劉強(qiáng)，高月，馬溪平*遼寧大學(xué)環(huán)境學(xué)院，遼寧 沈陽110036摘要：在微波輻射條件下，采用活性炭與Fenton試劑處理垃圾滲濾液，并通過正交試驗(yàn)考察了微波輻射時(shí)間、pH、活性炭用量、硫酸亞鐵用量和H2O2用量對(duì)處理效果的影響。結(jié)果表明：pH對(duì)處理效果的影響最大，其次為活性炭用量、微波輻射時(shí)間、硫酸亞鐵用量和H2O2用量；在100 mL水樣中，最佳處理?xiàng)l件為活性炭2 g、H2O2 0.2 mL、硫酸亞鐵0.834 g、pH 6、微波輻射時(shí)間10 min，垃圾滲濾液中的COD去除率達(dá)到75.36%。關(guān)鍵詞：垃圾滲濾液；微波輻射；催化氧化；正

2、交試驗(yàn)中圖分類號(hào)：X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-2175（2008）06-2212-03垃圾滲濾液是垃圾堆放過程中滲透出來的一種含有各種有機(jī)和無機(jī)污染物的液體1。目前，國內(nèi)對(duì)垃圾滲濾液的處理大多采用生物處理法，但由于其中含有多種有毒有害的難降解有機(jī)物，不利于生物處理的正常運(yùn)行2。環(huán)境微波技術(shù)作為一門新技術(shù)，近年來受到人們的廣泛關(guān)注3-5?；钚蕴繉?duì)于微波有很強(qiáng)的吸收能力，由于其表面的不均勻性，微波輻射可使其表面生成溫度很高的“熱點(diǎn)”，這些“熱點(diǎn)”的溫度和能量要比其它部位高得多，故常被用作誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)的催化劑6。而Fenton法用于垃圾滲濾液的深度氧化處理能降低COD濃度，提高

3、垃圾滲濾液的可生化性7，已被廣泛應(yīng)用于處理各種高COD有機(jī)廢水8-9。因此，本文在微波輻射條件下，采用活性炭與Fenton試劑聯(lián)合處理垃圾滲濾液，降低垃圾滲濾液的有機(jī)負(fù)荷，提高其可生化性。1 實(shí)驗(yàn)部分1.1 試劑與儀器活性炭：朝陽森塬活性炭有限公司；硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O）A.R：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；雙氧水（H2O2，30%）A.R：中外合資上海遠(yuǎn)大過氧化物有限公司；250 mL全玻璃回流裝置；改裝微波爐；pHSJ-4A酸度計(jì)：上海雷磁公司；BS224 S電子天平：北京賽多利斯公司。1.2 滲濾液特征取自沈陽市大辛垃圾填埋場(chǎng)，廢水外觀呈深褐色，有明顯的惡臭味，實(shí)驗(yàn)期間C

4、OD含量變化為89049016 mg/L，NH3-N為22092394 mg/L，SS為88 mg/L，pH值為8.38.4，濁度為157NTU。1.3 試驗(yàn)方法取100 mL質(zhì)量濃度為3000 mg/L的水樣于250 mL錐形瓶中，加入NaOH或H2SO4調(diào)節(jié)pH值，依次加入一定量的硫酸亞鐵、活性炭、H2O2，再加入數(shù)粒玻璃珠，將錐形瓶置于微波爐中，在輻射功率為300 W條件下，加熱回流冷凝一定時(shí)間，取出，置于室溫下冷卻30 min，調(diào)節(jié)pH值到8，過濾，取濾液測(cè)定COD。1.4 測(cè)定方法 COD測(cè)定參見國標(biāo)GB11914-89。1.5 正交試驗(yàn)與空白重復(fù)再現(xiàn)試驗(yàn) 以微波輻射時(shí)間（min)、

5、活性炭用量(g)、FeSO4·7H2O用量(g)、H2O2用量(mL)、pH值為考察對(duì)象，按照L16(45)五因素四條件水平設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，見表1和表2，并對(duì)空白進(jìn)行重復(fù)再現(xiàn)試驗(yàn)，見圖1。表1 因素與水平Table 1 Factor and levelspHv(H2O2)/mLm(Fe2+)/g活性炭用量/g輻射時(shí)間/min20.20.2780.5540.40.5561.01060.60.8341.51580.81.1122.0202 結(jié)果與討論2.1 正交試驗(yàn)結(jié)果分析由表3的極差分析可知，pH、H2O2、硫酸亞鐵、活性炭、微波輻射時(shí)間各因素的極差分別為27.563、0.275、8.9

6、78、14.172、13.383，表明pH對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響最顯著；其次是活性炭用量；再次是微波輻射時(shí)間、硫酸亞鐵和H2O2；其中pH的極差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它4個(gè)影響因素，說明pH對(duì)垃圾滲濾液中COD的去除效果影響很大，在酸性條件下COD的處理效率明顯高于堿性條件；活性炭用量和微波輻射時(shí)間對(duì)處理效果影響相差不多，H2O2用量對(duì)處理效果幾乎沒什么影響。綜合考慮處理成本因素，最終確定反應(yīng)的最佳實(shí)驗(yàn)操作條件為：pH=6，H2O2用量為0.2 mL，硫酸亞鐵的用量為0.834 g，活性炭用量為2 g，微波輻射時(shí)間為10 min。在此實(shí)驗(yàn)條件下，垃圾滲濾液中COD的去除率為75.36表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Ta

7、ble 2 The design and results of orthogonal experiments實(shí)驗(yàn)pHv(H2O2)/mLm(Fe2+)/g活性炭用量/g輻射時(shí)間/minCOD去除率/%120.20.2780.5540.38220.40.5561.01057.92320.60.8341.51565.44420.81.1122.02075.75540.20.5561.52073.21640.40.2782.01569.34740.61.1120.51070.31840.80.8341.0559.67960.20.8342.01075.361060.41.1121.5561.7711

8、60.60.2781.02059.111260.80.5560.51547.041380.21.1121.01540.871480.408340.52040.591580.60.5562.0534.561680.80.2781.51046.322.2 重復(fù)再現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果硫酸亞鐵銨用量/mL圖1 重復(fù)再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)Fig. 1 The repeated experiments 為了確定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對(duì)空白進(jìn)行重復(fù)再現(xiàn)（以滴定空白所用的硫酸亞鐵銨體積反映），見圖1。結(jié)果表明，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為0.01963%，實(shí)驗(yàn)操作誤差較小，數(shù)據(jù)可靠，結(jié)果能很好地重復(fù)再現(xiàn)。3 結(jié)論（1）通過正交試驗(yàn)對(duì)pH、H2O

9、2、硫酸亞鐵、活性炭和微波輻射時(shí)間各個(gè)因素進(jìn)行考察，得出各影響因素對(duì)微波催化氧化處理垃圾滲濾液中COD的影響由大到小依次為：pH，活性炭用量，輻射時(shí)間，硫酸亞鐵用量，H2O2用量。（2）在pH=6、H2O2用量為0.2 mL、硫酸亞鐵量為0.834 g、活性炭用量為2.0 g和輻射時(shí)間為10 min的條件下COD去除效果最好，質(zhì)量濃度由3000 mg/L降至739.2 mg/L，去除率為75.36%，可見，微波催化氧化對(duì)于高質(zhì)量濃度垃圾滲濾液的處理效果是很明顯的。（3）利用微波催化氧化處理垃圾滲濾液，具有設(shè)備簡單、操作方便、處理時(shí)間短、反應(yīng)徹底無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，為難降解有機(jī)污染物處理提供了一種

10、新型物理化學(xué)技術(shù)。（4）在利用直觀分析法分析正交試驗(yàn)結(jié)果后,由于所得的最佳搭配只是相對(duì)于被選因素和水平而言的,不是絕對(duì)的“最佳”，因此，為了得到更準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)條件，還需作進(jìn)一步分析和討論。參考文獻(xiàn)：表3 正交試驗(yàn)結(jié)果的極差分析Table 3 The range analysis of orthogonal experimentspHv(H2O2)/mLm(Fe2+)/g活性炭用量/g輻射時(shí)間/min均值159.87357.47053.78749.58049.095均值268.14857.40553.19754.39262.478均值360.82057.35560.26561.70055.672均

11、值40.58557.19562.17563.75262.180極差27.5630.2758.97814.17213.3831 CHEDLY T, LATIFA B, LOUBNA M, et al. Landfill leachate treatment with ozone and ozone/hydrogen peroxide systemsJ.Journal of Hazardous Materials 2007,140 (1/2): 316-324.2 林親鐵，張淑娟. Fenton-聚硅鋁鐵處理生活垃圾壓濾液研究J. 生態(tài)環(huán)境，2007,16(5): 1382-1385.Lin Qi

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17、 experiment on treatment of landfill leachate by catalytic oxidation under microwave radiationWang Jie, Cheng Zhihui, Chen Zhonglin, Liu Qiang, Gao Yue, Ma XipingCollege of Environment，Liaoning University, Shen yang Liaoning 110036, ChinaAbstract: Landfill leachate was treated by activated carbon an

18、d Fenton agent in the presence of microwave radiation. The microwave radiation time, pH, dosage of activated carbon, dosage of FeSO4 and H2O2 on removal rate were studied through orthogonal experiment. The result showed that pH influenced most greatly on the removal rate, following activated carbon dosage, microwave radiation time, dosage of FeSO4 , dosage of H2O2. The optimal removal conditio