摘要：对高铁酸钾处理垃圾填埋场渗滤液废水方法进行研究和探讨，实验结果表明，高铁酸钾处理效果受K2FeO4掺加量、处理反应时间、初始pH影响。渗滤液废水中的UV254、CODcr去除率随着K2FeO4掺加量的增加而升高，高铁酸钾掺加量为3.0 g/L时，两项指标的去除率最高且不再上升；0~10 min内，UV254去除率升高迅速，10 min后反应基本完成；pH=5时，UV254、CODcr两项指标去除率最高，分别可达到48.9%、50.8%。该处理方式反应后pH都会有一定程度的升高，终止条件为弱碱性时，可大大高氢氧化铁的絮凝效果。
关键词：高铁酸钾,垃圾填埋场渗滤液,废水处理,有机物
随着现代经济社会的的迅猛发展，城市进程和居民生活水平不断推进和提高，与此同时，大量工业、生活垃圾的处置成为了一项亟待解决的问题。有数据显示，我国每年处理垃圾量早已超过2亿t，这其中需要填埋的垃圾就高达1.2亿t，并且城市垃圾仍然以每年约10%的速度迅速增长，超50%的垃圾仅仅通过简单的转运就作了填埋处理。在大部分国家，垃圾填埋也仍然是城市垃圾的主要处置方式。与发达国家的垃圾分类处理相比，我国在这方面仍有较大的技术和管理差距。其中生活垃圾含水率无法控制且普遍较高，这就直接导致垃圾填埋后会产生大量的渗滤液，渗滤液可以占到填埋垃圾质量的30%以上[1-3]。
垃圾填埋场渗滤液的成分极为复杂且其中各项有害物质浓度都很高，其中包含有大量的有毒物质、重金属以及大小分子的有机物等，垃圾渗滤液主要来源为垃圾自身含水、降水冲刷等多个方面。目前，对于垃圾渗滤液的处理方法主要包括生化法、物化处理法、膜处理法以及多种方法联用等，垃圾渗滤液中的有机物是判定渗滤液处理是否达标的一项重要指标，如今急需探索开发一项可行性强的新技术[4-5]。本文通过高铁酸钾氧化还原法对垃圾填埋场渗滤液废水进行处理，并对UV254和CODcr两项重要的有机物指标进行分析研究，为实际应用提供了可靠的理论依据。
1实验部分
1.1实验材料与设备
实验材料：垃圾填埋场渗滤液废水水样，取自于广州市某垃圾填埋场，渗滤液废水的水质指标如表1所示；高铁酸钾（K2FeO4）、氢氧化钠（NaOH）、浓硫酸（H2SO4）、重铬酸钾（K2Cr2O7）、亚硝酸钠（NaNO2）等试剂，分析纯，广州市德力化工有限公司。
实验设备：紫外分光光度计，UV-1900i，日本岛津仪器有限公司；COD消解仪，DRB200，美国哈希公司；分析天平，ML204T/02，梅特勒托利多公司；pH计，PHS-3C，天津天马衡基仪器有限公司；恒温磁力搅拌器，MYP19-2，上海梅颖仪器仪表制造有限公司；离心机，KL05A，湖南凯达科学仪器有限公司拟；烧杯、量筒、温度计等玻璃仪器，江苏亿达教学装备有限公司。
1.2实验方法
1.2.1高铁酸钾掺加方法
量筒量取200 mL渗滤废水水样倒入250 mL烧杯，调节恒温磁力搅拌器温度为25℃±1℃,将烧杯置于恒温磁力搅拌器上，温度计实时测量烧杯中溶液的反应温度，温度升至25℃时，测量渗滤废液pH并调节至pH=7.5。用分析天平精确称量K2FeO4固体，快速将称量好的K2FeO4固体加入到渗滤液废水水样中，调节恒温磁力搅拌器转速至250 r/min，并记录时间。分别在0、2.5、5、10、20、30、40 min取样，每次取反应过程水样5 mL转移到试管中，加入0.1 mL浓度为1 mol/L的NaNO2终止反应，然后加入去离子水稀释至20 mL。设定离心机转速为4 500 r/min对不同反应时间的水样进行离心，测定UV254。待反应时间至40 min后关闭恒温磁力搅拌器停止搅拌，将烧杯静置40 min，从烧杯中取出反应后水样20 mL置于离心管内，在4 000 r/min转速下进行离心处理，然后取离心后的上清液测定反应结束的CODcr值。
1.2.2指标测定方法
UV254：分光光度法测定；CODcr：重铬酸钾消解法。
1.2.3 UV254、CODcr去除率
对于渗滤废水水样的UV254、CODcr去除效果用去除率η表示，如公式（1）所示：
式中：ρ0为初始表征指标质量浓度；ρt为反应过程t时刻表征指标质量浓度。
2结果与讨论
2.1高铁酸钾对渗滤液的处理效果
本文主要通过控制单一变量法开展实验，在反应温度和磁力搅拌器转速一定的条件下研究了K2FeO4掺加量、反应初始pH、反应时间对水质指标处理效果的影响，同时对反应前后pH变化进行了分析研究。
2.2掺加量对K2FeO4处理渗滤液效果影响
取200 mL渗滤液废水水样倒入6只250 mL烧杯中，设定恒温磁力搅拌器转速为250 r/min，调节恒温磁力搅拌器温度确保溶液温度保持在25℃±1℃,同时测定和调节溶液为pH=7.5，分别向6只烧杯中掺加K2FeO4固体0.6、1.2、1.8、2.4、3.0、3.6 g/L，对废水水样先通过4 500 r/min离心机离心，稀释10倍测定各项指标的变化情况，计算出渗滤液废水水样中UV254、CODcr的去除率，测定不同反应时间的UV254时用NaNO2终止淬灭反应，反应40 min后再对CODcr值进行测定。
图1为不同K2FeO4掺加量对渗滤液处理效果影响曲线。从图1-1中可以看出，相同反应时间条件下，UV254的去除率随着K2FeO4掺加量的增加而不断增大，这是因为渗滤液废水水样中K2FeO4浓度越高，其中电离出的FeO42-浓度越高，与渗滤液废水水样中还原性的有机物反应速度越快。当K2FeO4掺加量超过2.4 g/L时，反应完全后UV254的去除率为34.8%，继续掺加K2FeO4，UV254去除率上升缓慢；从图1-2中可以发现，当K2FeO4掺加量超过2.4 g/L时，CODcr的去除率却仍有一定程度的升高，造成这一差异的原因在于UV254值主要表征水样中腐殖类、芳香族化合物等大分子有机物的含量，而溶液中仍会存有一部分小分子的有机物，当大分子有机物去除完成后小分子有机物并未完全被去除。对于渗滤液废水水样中UV254去除效果最佳时K2FeO4掺加量可选定为2.4 g/L，对于CODcr去除效果最佳的K2FeO4掺加量为3.0 g/L（此时CODcr去除率为46.7%）。综上所述，对于该垃圾填埋场渗滤液废水采用K2FeO4进行处理时的最佳掺加量可设为3.0 g/L，可以有效降低UV254和CODcr两项指标值。
从图1-1中还可以发现，反应时间为0~10 min时，无论K2FeO4掺加量为多少，UV254的去除率升高迅速，并且在10 min后UV254的去除率基本保持不变，出现这种现象的原因主要是K2FeO4具有很强的氧化性，其氧化还原电位高，K2FeO4的氧化反应主要集中在0~10 min内，使得该时间段内大分子量有机物的分解速度很快，而在10 min之后基本反应完成。
2.3 pH对K2FeO4处理渗滤液效果影响
量取200 mL垃圾填埋场渗滤液废水水样至250 mL烧杯中，调节恒温磁力搅拌器转速至250 r/min，设定溶液反应温度为25℃±1℃,掺加K2FeO4固体3.0 g/L，使用1.0 mol/L的H2SO4和1.0 mol/L的NaOH调节每个实验组的初始pH分别至3、5、7、9，参照2.2中的处理方法，测试pH对K2FeO4处理渗滤液废水水样中的UV254、CODcr并计算去除率，实验结果如图2所示。
对比图2-1中不同pH条件下UV254去除率曲线图，当pH=5时，相同反应时间K2FeO4对渗滤液废水中UV254和CODcr的去除效果最优，去除率最高可达到48.9%。这是由于，K2FeO4在酸性条件下的氧化还原电位更高（2.2 V），对应的在酸性条件下其氧化能力越强，表现在UV254随时间去除率变化曲线上为前10 min内UV254去除速度高于中性和碱性溶液。实验过程中还发现，在强酸环境pH=3时，K2FeO4对两项指标的去除率却低于pH=5时，这是因为当溶液的pH过低时，虽然K2FeO4的氧化能力更强，但是Fe6+被还原后的产物Fe3+在强酸条件下水解被抑制，从而不容易形成Fe（OH）3絮凝物，使得K2FeO4在反应后的产物絮凝能力变差造成。同样，pH=7时UV254的去除率高于pH=3时，就是因为pH=7时相比pH=3时Fe3+更容易发生水解生成Fe（OH）3絮凝物，使得水中的各类有机物悬浮物或其他悬浮凝胶物发生絮凝沉淀而除去，并且絮凝作用大于pH=3时K2FeO4的氧化分解作用。当pH=9时，K2FeO4的去除有机物能力也较差，这是因为此时K2FeO4的氧化电位（0.72 V）远低于酸性条件。综合上述实验结果，K2FeO4的理垃圾填埋场渗滤液废水时pH控制在pH=5左右效果最优，UV254、CODcr两项指标的去除率最高为48.9%、50.8%。
2.4 K2FeO4处理渗滤液pH变化分析
本小节对K2FeO4处理渗滤液pH的变化情况进行了测定和分析研究，溶液中K2FeO4处理渗滤液的掺加量为3.0 g/L，溶液的pH变化如图3所示。
从图3中可以看出，向渗滤液中掺加K2FeO4处理废水会都会使得溶液的pH升高，这主要是因为K2FeO4被还原分解造成的，K2FeO4还原分解反应如式（1）：
随着初始pH值的升高，根据反应式（2）可知，OH-浓度增大导致反应向左移动，这也就说明碱性条件下K2FeO4被还原分解的稳定性增强，分解的速度变慢。这也很好地解释了为什么pH=5时对于渗滤液废水的有机物去除效果最佳，就是因为酸性条件下的K2FeO4具有更强的氧化性，且反应终止时的弱碱性环境也更有利于Fe（OH）3的形成，大大强化了Fe（OH）3的絮凝作用。此外，K2FeO4掺加量增加会使得反应向右移动，即K2FeO4掺加量越高对水样pH影响越大。
3结论
1）本文通过实验对K2FeO4处理垃圾填埋场渗滤液废水中UV254、CODcr两项有机物指标的去除效果进行研究，探讨了K2FeO4掺加量、反应时间、pH对处理效果的影响，实验结果显示，当K2FeO4掺加量为3.0 g/L，pH=5时两项有机物指标处理效果最好，并且在0~10 min内去除率升高最为迅速。
2）本文还进一步研究了K2FeO4处理渗滤液废水反应前后pH的变化情况，发现终止pH都要高于初始pH，原因在于K2FeO4的还原分解，并对最优pH的选择和原因进行了相应的解释。
3）本研究为实际K2FeO4处理垃圾填埋场渗滤液废水过程提供了理论数据参考，为企业降本增效提供了科学借鉴。
参考文献
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