Treatment of Landfill Leachate by Using Coagulation and Fenton Processes

Abstract

Landfill leachate is a dark-colored wastewater with a complex composition and high levels of pollution. It contains organic matter, inorganic substances, and heavy metals, which significantly reduce the effectiveness of biological treatment processes. This research aims to investigate the treatment of both synthetic leachate and actual landfill leachate using Coagulation and Fenton processes. The objectives are to evaluate the treatment efficiency of these two types of leachates by comparing different coagulants: alum (Al2(SO4)3), ferric chloride (FeCl3), and a natural coagulant developed by the Thailand Institute of Scientific and Technological Research (TISTR), under pH conditions ranging from 4 to 9 and sedimentation times from 30 to 150 minutes. The study also explores the optimal conditions and influencing factors of the Fenton process, using molar ratios of [Fe2+]:[H2O2] at 1:1, 3:1, 5:1, 10:1, 15:1, and 20:1, at pH levels of 2, 3, and 4, and sedimentation times between 30 and 150 minutes. Furthermore, the research assesses the treatment performance of both synthetic and actual landfill leachate using two treatment sequences: Coagulation followed by Fenton, and Fenton followed by Coagulation, under the respective optimal conditions. In addition, the physical and chemical characteristics of the sludge generated from both processes are examined, along with an economic evaluation comparing the production and chemical costs associated with the use of alum, ferric chloride, and the TISTR natural coagulant.

The study on the optimal conditions for treating synthetic leachate using the Coagulation process found that the best performance was achieved with a coagulant dosage of 5 g/L and a sedimentation time of 150 minutes, under varying pH levels. Alum and FeCl3 showed the highest treatment efficiency at pH 6, while the TISTR coagulant was most effective at pH 7. Under these conditions, alum reduced turbidity, color, and chemical oxygen demand (COD) to 10.23±0.02 NTU (92.66%), 50.34±0.02 ADMI (65.29%), and 12,800±529.15 mg/L (84.82%), respectively. Additionally, alum demonstrated the highest removal efficiencies for Pb, Ni, and Mn at pH 8, reducing concentrations to 0.18 ± 0.01 mg/L (91.70%), 0.15 ± 0.00 mg/L (92.97%), and 0.53 mg/L (90.19%), respectively. In contrast, FeCl3 reduced turbidity, color, and COD to 2.41±0.01 NTU (98.40%), 61.08±0.02 ADMI (61.81%), and 21,400±15,346.41 mg/L (71.02%), respectively, and achieved the highest Cr removal at pH 9, lowering its concentration to 0.20±0.02 mg/L (91.71%). The TISTR coagulant reduced turbidity, color, total dissolved solids (TDS), and COD to 12.40±0.26 NTU (90.72%), 34.81±0.04 ADMI (74.99%), 5,548.33±4.73 mg/L (7.75%), and 40,066.67±115.47 mg/L (62.67%), respectively. It also demonstrated the highest Cr removal at pH 7, reducing its concentration to 0.51 ± 0.01 mg/L (48.25%). For the treatment of actual landfill leachate, the optimal conditions were found to be a coagulant dosage of 10 g/L and a sedimentation time of 150 minutes. Alum and TISTR showed the highest efficiency at pH 7, while FeCl3 was most effective at pH 6. Under these conditions, alum reduced turbidity, color, and COD to 26.29±0.17 NTU (78.53%), 483.53±0.03 ADMI (52.56%), and 1,886.67±41.63 mg/L (75.87%), respectively. It also achieved Mn removal of 0.0058±0.0002 mg/L (77.58%) and Ni removal of 0.0563±0.0020 mg/L (79.92%) at pH 7, and Pb removal of 0.0267±0.0022 mg/L (88.13%) at pH 6. The TISTR coagulant reduced turbidity, color, and COD to 101.17±1.44 NTU (42.52%), 377.24±0.03 ADMI (62.98%), and 2,006.67±11.55 mg/L (79.30%), respectively. It also achieved Cr removal of 0.0082 ± 0.0002 mg/L (66.76%). FeCl3 at 10 g/L and pH 6, with a sedimentation time of 150 minutes, reduced turbidity, color, and COD to 56.67±3.21 NTU (61.28%), 372.85±0.01 ADMI (77.72%), and 2,546.67±6.19 mg/L (69.63%), respectively. Moreover, FeCl3 demonstrated the highest Cr removal at pH 7, reducing its concentration to 0.102±0.0001 mg/L (82.43%).

The optimal molar ratio for the Fenton reaction in synthetic leachate treatment was found to be [Fe2+]:[H2O2] =10:1, with concentrations of 8 mg/L Fe2+ and 10 mg/L H2O2 at pH 3 and a sedimentation time of 150 minutes. At this condition, the calculated ratios were [Fe] = 31.69[COD] and [H2O2] = 26.16[COD], which yielded the highest removal efficiencies for turbidity, total suspended solids (TSS), chemical oxygen demand (COD), biochemical oxygen demand (BOD), and color, reducing these parameters to 8.64±0.04 NTU (17.42%), 16.38 mg/L (15.80%), 22,000±400 mg/L (74.52%), 14,494.66±263.54 mg/L (74.52%), and 289.87±0.02 ADMI (55.78%), respectively. Heavy metal removal under these conditions was also effective, with Mn reduced to 1.19±0.09 mg/L (66.26%), Pb to 0.97±0.14 mg/L (44.74%), Ni to 1.01±0.05 mg/L (34.61%), and Cr to 0.48±0.03 mg/L (33.47%). For actual landfill leachate, the optimal condition for color and COD removal by the Fenton process was also observed at the molar ratio [Fe2+]:[H2O2] = 10:1, with concentrations of 8 mg/L Fe2+ and 10 mg/L H2O2 at pH 3 and a sedimentation time of 150 minutes. However, COD removal was most efficient when using a concentration ratio of [Fe2+]:[H2O2] = 8:1 mg/L, corresponding to [Fe] = 0.42[COD] and [H2O2] = 2.97[COD], reducing COD to 183.33±4.16 mg/L (84.01%) and color to 441.49±0.44 ADMI (62.01%).

The treatment of synthetic leachate using the coagulation process with alum, followed by the Fenton process (Alum–Fenton), resulted in the reduction of COD and BOD to 1,246.67±122.20 mg/L and 788.77±52.75 mg/L, respectively. The process also reduced the color to 357.29 ± 0.03 ADMI. However, it was ineffective in reducing turbidity and total suspended solids (TSS). In the case of coagulation using ferric chloride followed by the Fenton process (FeCl3–Fenton), significant reductions in turbidity and TSS were observed, decreasing to 158±1.00 NTU and 294.23±1.86 mg/L, respectively. However, this combination did not effectively reduce COD and BOD concentrations. The coagulation process using the TISTR coagulant followed by Fenton treatment (TISTR–Fenton) showed the highest efficiency in reducing COD and BOD, lowering them to 606.67±46.19 mg/L and 419.28±1.54 mg/L, respectively. It also achieved the most significant reduction in color to 183.01±0.03 ADMI, and decreased turbidity and TSS to 340.33±0.17 NTU and 632.44±0.32 mg/L, respectively.

Comparison of Treatment Efficiency between Fenton–Coagulation and Coagulation–Fenton Processes Using Various Coagulants for Synthetic and Actual Landfill Leachate The treatment of synthetic leachate using the Fenton process followed by coagulation with TISTR coagulant (Fenton–TISTR) demonstrated the highest removal efficiencies for turbidity and total suspended solids (TSS), at 97.97% and 97.90%, respectively. This process also achieved color, COD, and BOD removal efficiencies of 61.05%, 17.36%, and 15.36%, respectively. The Fenton– FeCl3 process showed similar efficiency in removing turbidity and TSS (97.44% and 97.43%, respectively), and provided better removal of color, COD, and BOD at 70.57%, 22.92%, and 21.39%, respectively. In contrast, the Fenton–Alum process achieved lower turbidity and TSS removals (65.07% and 64.79%, respectively), but exhibited the highest color removal at 77.72%, while COD and BOD removal were 10.42% and 8.84%, respectively. In the Coagulation–Fenton configuration, the TISTR–Fenton process provided identical removal efficiencies of 92.4% for both turbidity and TSS, while achieving a color removal of 29.08%. The FeCl3-Fenton process achieved 42.99% removal for both turbidity and TSS and 63.07% for color. The Alum–Fenton process did not effectively reduce turbidity or total suspended solids (TSS), but achieved 56.77% color removal. Among all configurations, the Fenton–TISTR process achieved the highest reductions in turbidity and TSS, lowering turbidity to 545.03±0.00 NTU (97.97%) and TSS to 1,002.83±0.50 mg/L (97.90%). In terms of color removal, the Fenton–Alum process performed best, reducing color to 545.84±0.01 ADMI (77.72%). The Fenton– FeCl3 process achieved the highest COD and BOD reductions, lowering COD to 2,200±80 mg/L (22.92%) and BOD to 1,322.64±5.06 mg/L (21.39%). In contrast, the Coagulation–Fenton processes generally exhibited lower turbidity and TSS removal. For example, TISTR–Fenton reduced turbidity and TSS to 340.33±0.17 NTU and 632.44±46.19 mg/L (92.4%, respectively), while Alum–Fenton remained effective for color reduction (357.29±0.03 ADMI; 56.77%). However, FeCl3-Fenton resulted in increased COD and BOD, indicating process inefficiency in this configuration. These findings highlight that the order of treatment has a significant influence on overall performance. The Fenton– FeCl3 and Fenton–TISTR sequences provided superior results in removing turbidity, color, TSS, COD, and BOD, likely due to the oxidative capacity of Fenton’s reagent that effectively breaks down organics before coagulation. In heavy metal removal, the Fenton–TISTR process achieved the highest removal efficiencies for Cr (0.0436 mg/L, 92.37%) and Pb (0.1604 mg/L, 49.85%). The Fenton–Alum process was most effective for Mn (0.3576 mg/L, 84.65%). All three coagulants exhibited comparable Ni removal (89.45–89.91%). In treating actual landfill leachate, the FeCl3–Fenton process achieved the best turbidity reduction (3.10 NTU), while TISTR–Fenton showed the most significant TSS reduction (5.19 mg/L). The Alum–Fenton process provided the most effective COD and BOD removal, reducing them to 485.33 mg/L and 319.57 mg/L, respectively. The Fenton– FeCl3 process demonstrated the highest removal of turbidity (90.87%), COD (78.95%), Cr (84.44%), and Mn (81.48%) compared to TISTR and Alum. Although the Coagulation–Fenton configuration presented some advantages—such as excellent COD and BOD reduction using TISTR (91.89% and 92.50%, respectively)—its overall performance declined when compared to the Fenton–Coagulation configuration, particularly for COD and BOD (only 31.96% and 32.06%). This reduction was likely due to the limitations of organic matter flocculation under low pH conditions following the Fenton reaction. In terms of color removal, Coagulation–Fenton using all three coagulants achieved excellent performance, with FeCl3–Fenton showing the highest color removal at 96.96%. For heavy metal reduction in actual landfill leachate, the FeCl3–Fenton process yielded the best results for Cr and Mn (82.69% and 82.35%, respectively), while Alum–Fenton and TISTR–Fenton performed best for Ni (79.66%) and Pb (39.30%), respectively. These findings confirm that both the treatment sequence and type of coagulant are critical factors that significantly affect leachate treatment efficiency and can guide future development of effective leachate treatment technologies.

The physical characteristics of the coagulants and the sludge generated from the Fenton process in landfill leachate were analyzed using Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). The analysis revealed that the primary functional groups in the Alum coagulant included O–H, H–O–H, S=O, and Al–O. For FeCl3, the leading functional group identified was Fe–Cl. The TISTR coagulant was found to contain O–H, S=O, and metal–oxygen bonds (Al–O, Fe–O). Scanning Electron Microscope/Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (SEM/EDX) analysis of TISTR revealed that its major components were aluminum oxide (Al2O3), silicon dioxide (SiO2), and calcium oxide (CaO), with proportions of 53.00%, 26.87%, and 11.61%, respectively. These constituents are typical of zeolite-like materials, which have a high capacity for adsorbing heavy metals. After treating actual landfill leachate, the composition of the TISTR coagulant changed: the Al2O3 and SiO2 contents decreased to 38.48% and 19.61%, respectively, while the CaO content increased to 20.23%. Heavy metal accumulation in the sludge resulting from coagulation using TISTR was also examined. The highest accumulation of Mn (0.4594 ± 0.008 mg Mn/g sludge) occurred at pH 8 after 150 minutes of settling. Cr accumulation peaked at pH 5 (0.0256 ± 0.012 mg Cr/g sludge), Ni at pH 8 (0.0235 mg Ni/g sludge), and Pb at pH 7 (0.1271 mg Pb/g sludge), all after 150 minutes of settling. SEM/EDX analysis of sludge produced from the Fenton process in actual landfill leachate showed small, aggregated, oval-shaped particles resembling manganese oxide (MnO) crystals. The main constituents detected were calcium oxide (55.24%) and manganese oxide (21.28%). Heavy metal accumulation in Fenton sludge was analyzed using Atomic Absorption Spectrophotometry (AAS). No accumulation of Cr, Mn, or Ni was detected across all Fenton molar ratios. However, Pb was found in the Fenton sludge at 0.1588 ± 0.03 mg Pb/g at a [Fe2+]:[H2O2] molar ratio of 15:1 and 0.1469 ± 0.1222 mg Pb/g at a 10:1 ratio, both after 150 minutes of settling.

The cost-effectiveness of each treatment method was assessed based on chemical and electricity consumption. Coagulation using Alum had the lowest treatment cost at 0.34 THB/L, followed by TISTR at 0.56 THB/L. In contrast, FeCl3 incurred a substantially higher cost at 13.14 THB/L. The Fenton process alone had a treatment cost of 4.92 THB/L. These results suggest that the TISTR coagulant offers not only high treatment efficiency but also economic advantages, making it a promising candidate for future leachate treatment applications.

น้ำชะขยะจากหลุมฝังกลบเป็นน้ำสียที่มีองค์ประกอบซับซ้อนและมีค่าความสกปรกสูง ประกอบด้วยสารอินทรีย์ สารอนินทรีย์ และโลหะหนัก ซึ่งมีผลทำให้การบำบัดด้วยวิธีทางชีวภาพไม่มีประสิทธิภาพ งานวิจัยนี้จึงมุ่งศึกษาการบำบัดน้ำชะขยะสังเคราะห์และน้ำชะขยะจากหลุมฝังกลบ ด้วยกระบวนการโคแอกกูเลชันและกระบวนการเฟนตัน โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาประสิทธิภาพการบำบัดน้ำชะขยะสังเคราะห์ และน้ำชะขยะจริงจากหลุมฝังกลบ โดยเปรียบเทียบการใช้สารเร่งตกตะกอน (Coagulant) ได้แก่ สารส้ม (Alum) เฟอรัสคลอไรด์ (FeCl3) และสารเร่งตกตะกอนจากวัสดุธรรมชาติของสถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศไทย (วว.) (TISTR) ที่ pH 4-9 และระยะเวลาตกตะกอน 30–150 นาที ศึกษาสภาวะและปัจจัยที่เหมาะสมของกระบวนการเฟนตัน ที่อัตราส่วนโดยโมล [Fe2+]:[H2O2] เท่ากับ 1:1, 3:1, 5:1, 10:1, 15:1 และ 20:1 ที่ pH 2, 3 และ 4 และระยะเวลาการตกตะกอน 30–150 นาที ศึกษาประสิทธิภาพการบำบัดน้ำชะขยะสังเคราะห์และน้ำชะขยะจริงจากหลุมฝังกลบด้วยกระบวนการโคแอกกูเลชั่นตามด้วยเฟนตัน และการบำบัดน้ำชะขยะสังเคราะห์และน้ำชะขยะจริงจากหลุมฝังกลบด้วยกระบวนการเฟนตันตามด้วยกระบวนการโคแอกกูเลชั่น โดยใช้สภาวะที่เหมาะสมของกระบวนการโคแอกกูเลชั่นและเฟนตัน ศึกษาลักษณะทางกายภาพและเคมีของกากตะกอนที่ได้จากกระบวนการโคแอกกูเลชั่นและแฟนตัน และศึกษาความคุ้มค่าเชิงเศรษฐศาสตร์ โดยเปรียบเทียบค่าใช้จ่ายด้านต้นทุนการผลิตและต้นทุนการใช้สารเร่งตกตะกอนสารส้ม (Alum) เฟอรัสคลอไรด์ (FeCl3) และสารเร่งตกตะกอนจากวัสดุธรรมชาติ ของสถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศไทย (วว.) (TISTR)

ผลการศึกษาสภาวะที่เหมาะสมที่สุดในการบำบัดน้ำชะขยะสังเคราะห์ด้วยกระบวนการโคแอกกูเลชั่น พบว่าการใช้สารเร่งตกตะกอนที่ความเข้มข้น 5 g/L และเวลาตกตะกอน 150 นาที ที่ pH แตกต่างกัน โดยสารเร่งตกตะกอน Alum และ FeCl3 มีประสิทธิภาพในการบำบัดสูงสุดที่ pH 6 และสารเร่งตกตะกอน TISTR มีประสิทธิภาพในการบำบัดสูงสุดที่ pH 7 โดยสารเร่งตกตะกอน Alum สามารถบำบัดความขุ่น สี และ Chemical Oxygen Demand (COD) ตามลำดับ เหลือเท่ากับ 10.23±0.02 NTU (ร้อยละ 92.66), 50.34±0.02 ADMI (ร้อยละ 65.29) และ 12,800±529.15 mg/L (ร้อยละ 84.82) ตามลำดับ และมีประสิทธิภาพการบำบัด Pb, Ni และ Mn ได้สูงสุดที่ pH 8 บำบัดได้ 0.18±0.01 mg/L (ร้อยละ 91.70), 0.15±0.00 mg/L (ร้อยละ92.97) และ 0.53 mg/L (ร้อยละ 90.19) ตามลำดับ ในขณะที่สารเร่งตกตะกอน FeCl3 สามารถบำบัดความขุ่น สี และ COD ตามลำดับ เหลือเท่ากับ 2.41±0.01 NTU (ร้อยละ 98.40), 61.08±0.02 ADMI (ร้อยละ 61.81) และ 21,400±155346.41 mg/L (ร้อยละ 71.02) ตามลำดับ และสามารถบำบัด Cr ได้สูงสุดที่ pH 9 เหลือเท่ากับ 0.20±0.02 mg/L (ร้อยละ 91.71) สำหรับสารเร่งตกตะกอน TISTR สามารถบำบัดความขุ่น สี Total Dissolved Solids (TDS) และ COD ตามลำดับ เหลือเท่ากับ 12.40±0.26 NTU (ร้อยละ 90.72), 34.81±0.04 ADMI (ร้อยละ 74.99), 5,548.33±4.73 mg/L (ร้อยละ 7.75) และ 40,066.67±115.47 mg/L (ร้อยละ 62.67) ตามลำดับ และสามารถลด Cr ได้สูงสุดที่ pH 7 เหลือเท่ากับ 0.51±0.01 mg/L (ร้อยละ 48.25) สำหรับการบำบัดน้ำชะขยะจากหลุมฝังกลบด้วยกระบวนการโคแอกกูเลชั่น พบว่าการใช้สารเร่งตกตะกอนที่ความเข้มข้น 10 g/L ระยะเวลาตกตะกอน 150 นาที เป็นสภาวะที่เหมาะสมที่สุดในการบำบัด โดยสารเร่งตกตะกอน Alum และ TISTR มีประสิทธิภาพสูงสุดที่ pH 7 ส่วนสารเร่งตกตะกอน FeCl3 มีประสิทธิภาพสูงสุดที่ pH 6 ในการศึกษาสารเร่งตกตะกอน Alum สามารถลดความขุ่น สี และ COD ตามลำดับ เหลือเท่ากับ 26.29±0.17 NTU (ร้อยละ 78.53), 483.53±0.03 ADMI (ร้อยละ 52.56) และ 1,886.67±41.63 mg/L (ร้อยละ 75.87) ตามลำดับ นอกจากนี้มีประสิทธิภาพบำบัด Mn ที่ pH 7 ได้เท่ากับ 0.0058±0.0002 mg/L (ร้อยละ 77.58) บำบัด Ni ได้เท่ากับ 0.0563±0.0020 mg/L (ร้อยละ 79.92) บำบัด Pb ที่ pH 6 บำบัดได้เท่ากับ 0.0267±0.0022 mg/L (ร้อยละ 88.13) ส่วนสารเร่งตกตะกอน TISTR สามารถลดความขุ่น สี และ COD ตามลำดับ เหลือเท่ากับ 101.17±1.44 NTU (ร้อยละ 42.52), 377.24±0.03 ADMI (ร้อยละ 62.98) และ 2,006.67±11.55 mg/L (ร้อยละ 79.30) ตามลำดับ และสารเร่งตกตะกอน TISTR สามารถบำบัด Cr ได้เท่ากับ 0.0082±0.0002 mg/L (ร้อยละ 66.76) สำหรับสารเร่งตกตะกอน FeCl3 ความเข้มข้น 10 g/L ที่ pH 6 ที่ระยะเวลาตกตะกอน 150 นาที สามารถลดความขุ่น สี และ COD ตามลำดับ เหลือเท่ากับ 56.67±3.21 NTU (ร้อยละ 61.28), 372.85±0.01 ADMI (ร้อยละ 77.72) และ 2,546.67±6.19 mg/L (ร้อยละ 69.63) ตามลำดับ นอกจากนี้สารเร่งตกตะกอนยังสามารถบำบัด Cr ได้สูงสุดที่ pH 7 บำบัดได้เท่ากับ 0.102±0.0001 mg/L (ร้อยละ 82.43)

ผลการศึกษาอัตราส่วนที่เหมาะสมต่อการเกิดปฏิกิริยาเฟนตันในน้ำชะขยะสังเคราะห์ คืออัตราส่วนโดยโมล [Fe2+]:[H2O2] เท่ากับ 10:1 ความเข้มข้นของ [Fe2+]:[H2O2] เท่ากับ 8:10 mg/L ที่ pH 3 ที่ระยะเวลาตกตะกอน 150 นาที โดย [Fe] = 31.69[COD] และอัตราส่วน [H2O2] = 26.16[COD] เป็นสัดส่วนที่ก่อให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุดในการบำบัดความขุ่น Total Suspended Solids (TSS) Chemical Oxygen Demand COD Biochemical Oxygen Demand (BOD) และสี ตามลำดับ เหลือเท่ากับ 8.64±0.04 NTU (ร้อยละ 17.42), 16.38 mg/L (ร้อยละ 15.80), 22,000±400 mg/L (ร้อยละ 74.52), 14,494.66±263.54 mg/L (ร้อยละ 74.52) และ 289.87±0.02 ADMI (ร้อยละ 55.78) ตามลำดับ สามารถบำบัด Mn เหลือเท่ากับ 1.19±0.09 mg/L (ร้อยละ 66.26) บำบัด Pb สูงสุดเหลือเท่ากับ 0.97±0.14 mg/L (ร้อยละ 44.74) บำบัด Ni เหลือเท่ากับ 1.01±0.05 mg/L (ร้อยละ 34.61) และบำบัด Cr เหลือเท่ากับ 0.48±0.03 mg/L ร้อยละ 33.47) สภาวะที่เหมาะสมต่อประสิทธิภาพการบำบัดของกระบวนการเฟนตันในการบำบัดน้ำชะขยะจากหลุมฝังกลบ พบว่าสภาวะที่เหมาะสมในการบำบัดสี และ COD ได้แก่ อัตราส่วนโดยโมล [Fe2+]:[H2O2] เท่ากับ 10:1 โดยมีความเข้มข้นของ [Fe2+]:[H2O2] เท่ากับ 8:10 mg/L ที่ pH 3 และระยะเวลาการตกตะกอน 150 นาที พบว่าการบำบัด COD ในน้ำชะขยะสังเคราะห์อัตราส่วนความเข้มข้นของ [Fe2+]:[H2O2] เท่ากับ 8:1 mg/L โดย [Fe]= 0.42[COD] และอัตราส่วน [H2O2] = 2.97[COD] มีประสิทธิภาพสูงสุดในการบำบัด COD เหลือเท่ากับ 183.33±4.16 mg/L (ร้อยละ 84.01) และมีประสิทธิภาพในการบำบัดสี เหลือเท่ากับ 441.49±0.44 ADMI mg/L (ร้อยละ 62.01)

ผลการศึกษาการบำบัดน้ำชะขยะสังเคราะห์ด้วยกระบวนการโคแอกกูเลชั่นด้วยสารเร่งตกตะกอน Alum ตามด้วยเฟนตัน (Alum-Fenton) สามารถลดค่า COD และ BOD เหลืออยู่ที่ 1,246.67±122.20 และ 788.77±52.75 mg/L ตามลำดับ และลดสีของน้ำชะขยะสังเคราะห์เหลือเท่ากับ 357.29±0.03 ADMI แต่ไม่สามารถลดความขุ่น และ TSS ได้ การบำบัดด้วยกระบวนการโคแอกกูเลชั่นด้วยสารเร่งตกตะกอน FeCl3 ตามด้วยกระบวนการเฟนตัน (FeCl3 -Fenton) สามารถลดความขุ่น และ TSS ได้สูง เหลือเท่ากับ 158±1.00 NTU และ 294.23±1.86 mg/L ตามลำดับ แต่ไม่สามารถลด COD และ BOD ได้ สำหรับกระบวนการโคแอกกูเลชั่นด้วยสารเร่งตกตะกอน TISTR ตามกระบวนการเฟนตัน (TISTR -Fenton) มีประสิทธิภาพสูงสุดในการลด COD เหลือเท่ากับ 606.67±46.19 mg/L และลด BOD เหลือเท่ากับ 419.28±1.54 mg/L และสามารถลดสีของน้ำชะขยะสังเคราะห์ได้ดีที่สุด เหลือเท่ากับ 183.01±0.03 ADMI และลดความขุ่น และ TSS เหลือเท่ากับ 340.33±0.17 NTU และ 632.44±0.32 mg/L ตามลำดับ

ผลการเปรียบเทียบประสิทธิภาพการบำบัดน้ำชะขยะสังเคราะห์ด้วยกระบวนการเฟนตันตามด้วยโคแอกกูเลชั่นด้วยสารเร่งตกตะกอน TISTR (Fenton-TISTR) มีประสิทธิภาพการบำบัดความขุ่น และ TSS เท่ากับร้อยละ 97.97 และ 97.90 ตามลำดับ และมีประสิทธิภาพบำบัดสี COD และ BOD ในน้ำชะขยะสังเคราะห์เท่ากับร้อยละ 61.05, 17.36 และ 15.36 ตามลำดับ สำหรับกระบวนการเฟนตันตามด้วยโคแอกกูเลชั่นด้วยสารเร่งตกตะกอน FeCl3 (Fenton- FeCl3) มีประสิทธิภาพในการบำบัดความขุ่น และ TSS เท่ากับ ร้อยละ 97.44 และ 97.43 ตามลำดับ และประสิทธิภาพในการบำบัดสี COD และ BOD ในน้ำชะขยะสังเคราะห์เท่ากับ ร้อยละ 70.57, 22.92 และ 21.39 ตามลำดับ ส่วนกระบวนการเฟนตันตามด้วยโคแอกกูเลชั่นด้วยสารเร่งตกตะกอน Alum (Fenton-Alum) มีประสิทธิภาพในการบำบัดความขุ่น และ TSS เท่ากับร้อยละ 65.07 และ 64.79 ตามลำดับ และมีประสิทธิภาพบำบัดสี COD และ BOD ในน้ำชะขยะสังเคราะห์เท่ากับร้อยละ 77.72, 10.42 และ 8.84 ตามลำดับ สำหรับประสิทธิภาพในการบำบัดด้วยกระบวนการโคแอกกูเลชั่นด้วยสารเร่งตกตะกอน TISTR ตามด้วยเฟนตัน (TISTR-Fenton) มีประสิทธิภาพในการบำบัดความขุ่นและ TSS เท่ากัน เท่ากับร้อยละ 92.4 และมีมีประสิทธิภาพบำบัดสีในน้ำชะขยะสังเคราะห์เท่ากับร้อยละ 29.08 ส่วนกระบวนการโคแอกกูเลชั่นด้วยสารเร่งตกตะกอน FeCl3 ตามด้วยเฟนตัน (FeCl3 -Fenton) มีประสิทธิภาพในการบำบัดความขุ่นและ TSS เท่ากัน เท่ากับร้อยละ 42.99 และมีประสิทธิภาพในการบำบัดสีร้อยละ 63.07 สำหรับกระบวนการโคแอกกูเลชั่นด้วยสารเร่งตกตะกอน Alum ตามด้วยเฟนตัน (Alum -Fenton) ไม่สามารถลดความขุ่น และ TSS ในน้ำชะขยะสังเคราะห์ได้ สำหรับกระบวนการเฟนตันตามด้วยกระบวนการโคแอกกูเลชั่นในน้ำชะขยะสังเคราะห์ พบว่ากระบวนการเฟนตันตามด้วยกระบวนการโคแอกกูเลชั่นด้วยสารเร่งตกตะกอน TISTR (Fenton- TISTR) มีประสิทธิภาพสูงสุดในการลดความขุ่น และ TSS โดยลดความขุ่นเหลือเท่ากับ 545.03±0.00 NTU (ร้อยละ 97.97) ลด TSS เหลือเท่ากับ 1,002.83±0.50 mg/L (ร้อยละ 97.90) ส่วนในการบำบัดสีด้วยกระบวนการเฟนตันตามด้วยโคแอกกูเลชั่น Alum ตามด้วยเฟนตัน (Fenton–Alum) มีประสิทธิภาพสูงสุดในการบำบัดสี สามารถลดสีลงเหลือ 545.84±0.01 ADMI (ร้อยละ 77.72) สำหรับกระบวนการเฟนตันตามด้วยกระบวนการโคแอกกูเลชั่นด้วยสารเร่งตกตะกอน FeCl3 (Fenton- FeCl3) มีประสิทธิภาพสูงสุดในการลด COD และ BOD เหลือเท่ากับ 2200±80 mg/L (ร้อยละ 22.92) และ 1322.64±5.06 (ร้อยละ 221.39) ตามลำดับ ในขณะที่การใช้กระบวนการโคแอกกูเลชั่นตามด้วยเฟนตันส่งผลให้ประสิทธิภาพการบำบัดความขุ่น และTSS ลดลง โดยกระบวนการโคแอกกูเลชั่นด้วยสาร TISTR ตามด้วยเฟนตัน (TISTR-Fenton) สามารถลดความขุ่น และTSS ลงเหลือ 340.33±0.17 NTU (ร้อยละ 92.4) และ 632.44±46.19 mg/L (ร้อยละ 92.4) ตามลำดับ ส่วนกระบวนการโคแอกกูเลชั่นด้วยสาร Alum ตามด้วยเฟนตัน (Alum-Fenton) มีประสิทธิภาพในการลดสีลง โดยบำบัดสีลงเหลือ 357.29±0.03 (ร้อยละ 56.77) กระบวนการโคแอกกูเลชั่นด้วยสาร FeCl3 ตามด้วยเฟนตัน (FeCl3 -Fenton) ส่งผลให้ COD และ BOD เพิ่มสูงขึ้น จากผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าลำดับขั้นตอนกระบวนการมีผลต่อประสิทธิภาพอย่างมีนัยสำคัญ โดยกระบวนการเฟนตันตามด้วยกระบวนการโคแอกกูเลชั่นด้วย FeCl3 และ TISTR (Fenton- FeCl3 และ Fenton-TISTR) ให้ผลดีที่สุดในการลดความขุ่น สี TSS COD และ BOD เนื่องจากกลไกของกระบวนการเฟนตันช่วยออกซิไดซ์สารอินทรีย์ก่อนเข้าสู่กระบวนการโคแอกกูเลชั่นได้อย่างมีประสิทธิภาพ สำหรับประสิทธิภาพการบำบัด Cr, Mn, Ni และ Pb ในน้ำชะขยะสังเคราะห์ด้วยกระบวนการเฟนตันตามด้วยโคแอกกูเลชั่นด้วยสารเร่งตกตะกอน TISTR (Fenton-TISTR) มีประสิทธิภาพสูงสุดในการลด Cr และ Pb เหลือเท่ากับ 0.0436 mg/L (ร้อยละ 92.37) และ 0.1604 mg/L (ร้อยละ 49.85) ตามลำดับ ส่วนกระบวนการเฟนตันตามด้วยโคแอกกูเลชั่นด้วยสารเร่งตกตะกอน Alum (Fenton-Alum) มีประสิทธิภาพสูงสุดในการลด Mn เหลือเท่ากับ 0.3576 mg/L (ร้อยละ 84.65) และพบว่าสารเร่งตกตะกอนทั้ง 3 ชนิด มีประสิทธิภาพบำบัด Ni ใกล้เคียงกันอยู่ในช่วง ร้อยละ 89.45–89.91 สำหรับการบำบัดน้ำชะขยะจากหลุมฝังกลบด้วยกระบวนการโคแอกกูเลชั่นด้วยสารเร่งตกตะกอน FeCl3 ตามด้วยเฟนตัน (FeCl3-Fenton) มีประสิทธิภาพสูงสุดในการลดความขุ่นเหลือเท่ากับ 3.10 NTU ในขณะที่กระบวนการโคแอกกูเลชั่นด้วยสารเร่งตกตะกอน TISTR ตามด้วยเฟนตัน (TISTR-Fenton) มีประสิทธิภาพสูงสุดลด TSS เหลือเท่ากับ 5.19 mg/L ส่วนกระบวนการโคแอกกูเลชั่นด้วยสารเร่งตกตะกอน Alum ตามด้วยเฟนตัน (Alum-Fenton) มีประสิทธิภาพสูงสุดในการลด COD และ BOD เหลือ 485.33 และ 319.57 mg/L ตามลำดับ ในขณะที่การบำบัดน้ำชะขยะจากหลุมฝังกลบด้วยกระบวนการเฟนตันตามด้วยโคแอกกูเลชั่นด้วยสารเร่งตกตะกอน FeCl3 (Fenton- FeCl3) มีประสิทธิภาพสูงสุดในการลดความขุ่น ร้อยละ 90.87 ลด COD ร้อยละ 78.95 และบำบัด Cr และ Mn ได้สูงสุดเท่ากับ ร้อยละ 84.44 และ 81.48 ตามลำดับ เมื่อเทียบกับการใช้สารเร่งตกตะกอน Alum และ TISTR ซึ่งมีประสิทธิภาพบำบัดน้อยกว่าการใช้สารเร่งตกตะกอน FeCl3 ทั้งนี้การใช้กระบวนการโคแอกกูเลชั่นตามด้วยเฟนตัน (Coagulation–Fenton) แม้จะมีข้อดีบางประการ เช่น การลด BOD และ COD ได้ดีเมื่อใช้สารเร่งตกตะกอน TISTR ซึ่งมีประสิทธิภาพบำบัด BOD และ COD ร้อยละ 91.89 และ 92.50 ตามลำดับ แต่กลับมีประสิทธิภาพลดลง เมื่อใช้กระบวนการเฟนตันตามด้วยกระบวนการโคแอกกูเลชั่น (Fenton–Coagulatio) ส่งผลให้ประสิทธิภาพการบำบัด COD และ BOD ลดลงเหลือร้อยละ 31.96 และ 32.06 ตามลำดับ เนื่องจากข้อจำกัดด้าน pH ที่ส่งผลต่อการตกตะกอนของสารอินทรีย์ขนาดเล็ก สำหรับการลดสีในน้ำชะขยะจากหลุมฝังกลบด้วยกระบวนการโคแอกกูเลชั่นตามด้วยเฟนตัน (Coagulation–Fenton) โดยใช้สารเร่งตกตะกอนทั้ง 3 ชนิด มีประสิทธิภาพในการบำบัดสีสูงสุด โดยเฉพาะการใช้สารเร่งตกตะกอน FeCl3 (FeCl3–Fenton) มีประสิทธิภาพสูงสุดเท่ากับ ร้อยละ 96.96 ในด้านการลดโลหะหนักในน้ำชะขยะจากหลุมฝังกลบด้วยกระบวนการโคแอกกูเลชั่นด้วยสารเร่งตกตะกอน FeCl3 ตามด้วยเฟนตัน (FeCl3–Fenton) ให้ประสิทธิภาพสูงสุดในการบำบัด Cr และ Mn เท่ากับ ร้อยละ 82.69 และ 82.35 ตามลำดับ ในขณะที่กระบวนการโคแอกกูเลชั่นด้วยสารเร่งตกตะกอน Alum ตามด้วยเฟนตัน (Alum–Fenton) มีประสิทธิภาพสูงสุดในการบำบัด Ni ร้อยละ 9.66 และกระบวนการโคแอกกูเลชั่นด้วยสารเร่งตกตะกอน TISTR ตามด้วยเฟนตัน (TISTR–Fenton) มีประสิทธิภาพสูงสุดในการบำบัด Pb ร้อยละ 39.3 จากผลทั้งหมดนี้แสดงให้เห็นว่า ลำดับกระบวนการบำบัดน้ำชะขยะและชนิดของสารเร่งตกตะกอนเป็นปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อประสิทธิภาพการบำบัดน้ำชะขยะอย่างมีนัยสำคัญ และสามารถใช้เป็นแนวทางพัฒนาเทคโนโลยีบำบัดน้ำเสียในอนาคตได้อย่างเหมาะสม

ผลการวิเคราะห์ลักษณะทางกายภาพของสารเร่งตกตะกอนและตะกอนที่เกิดขึ้นจากกระบวนการเฟนตันในน้ำชะขยะจากหลุมฝังกลบด้วยเครื่อง Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) พบว่าสารเร่งตกตะกอน Alum มีหมู่ฟังก์ชันหลักคือ O–H, H–O–H, S=O และ Al–O ส่วนสารเร่งตกตะกอน FeCl3 มีหมู่ฟังก์ชันหลักคือ Fe–Cl สำหรับสารเร่งตกตะกอน TISTR พบว่าประกอบด้วยหมู่ O–H, S=O และพันธะโลหะ–ออกซิเจน (Al–O, Fe–O) โดยผลวิเคราะห์ด้วย Scanning Electron Microscope/ Energy Dispersive X-ray Spectroscopy พบสารประกอบ Aluminum oxide (Al2O3), Silicon dioxide (SiO2) และ Calcium oxide (CaO) เป็นองค์ประกอบหลัก ร้อยละ 53.00, 26.87 และ 11.61 ตามลำดับ ซึ่งเป็นลักษณะของวัสดุคล้ายซีโอไลต์ที่มีคุณสมบัติดูดซับโลหะหนักได้ดี สำหรับองค์ประกอบของสารเร่งตกตะกอน TISTR หลังการนำไปบำบัดน้ำชะขยะจากหลุมฝังกลบ พบว่าสารประกอบ Aluminum oxide (Al2O3) และ Silicon dioxide (SiO2) ลดลงเหลือร้อยละ 38.48 และ 19.61 ส่วน Calcium oxide (CaO) เพิ่มขึ้นเป็น ร้อยละ 20.23 ผลการศึกษาปริมาณโลหะหนักในตะกอนจากการบำบัดน้ำชะขยะสังเคราะห์ด้วยกระบวนการโคแอกกูเลชั่นด้วยสารเร่งตกตะกอน TISTR พบว่ามี Mn สะสมสูงสุดในตะกอน ที่ pH 8 ที่ระยะเวลาตกตะกอน 150 นาที เท่ากับ 0.4594 ± 0.008 mg Mn/g ตะกอน พบการสะสม Cr สูงสุดที่ pH 5 ที่ระยะเวลาตกตะกอน 150 นาที เท่ากับ 0.0256 ± 0.012 mg Cr/g ตะกอน พบการสะสม Ni สูงสุดที่ pH 8 ที่ระยะเวลาตกตะกอน 150 นาที เท่ากับ 0.0235 mg Ni/g ตะกอน ขณะที่พบการสะสม Pb สูงสุดที่ pH 7 ที่ระยะเวลาตกตะกอน 150 นาที เท่ากับ 0.1271 mg Pb/g ตะกอน สำหรับผลการวิเคราะห์ลักษณะทางกายภาพของตะกอนที่เกิดขึ้นจากกระบวนการเฟนตันในน้ำชะขยะจากหลุมฝังกลบด้วยเครื่อง Scanning Electron Microscope/ Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (SEM/EDX) พบว่ามีลักษณะเป็นก้อนขนาดเล็กเกาะติดกันเป็นก้อนกลมรี คล้ายผลึกแมงกานีสออกไซด์ (MnO) โดยมีองค์ประกอบหลักที่ตรวจพบ ได้แก่ Calcium oxide ร้อยละ 55.24 และ Manganese oxide ร้อยละ 21.28 และจากการวิเคราะห์ปริมาณโลหะหนักในตะกอนทุกอัตราส่วนเฟนตันด้วยเทคนิค Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS) ไม่พบการสะสมของ Cr, Mn และ Ni ในตะกอน พบเฉพาะ Pb เท่ากับ 0.1588±0.03 mg Pb/g ตะกอนเฟนตัน ที่อัตราส่วนโดยโมลของ [Fe2+]:[H2O2] เท่ากับ 15:1 ที่ระยะเวลาตกตะกอน 150 นาที และพบในตะกอนเฟนตันที่อัตราส่วนโดยโมลของ [Fe2+]:[H2O2] เท่ากับ 10:1 พบการสะสมของ Pb เท่ากับ 0.1469±0.1222 mg Pb/g ตะกอนเฟนตัน

ผลการศึกษาความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์จากการประเมินต้นทุนของการใช้สารเคมีและไฟฟ้าในกระบวนการโคแอกกูเลชั่นและเฟนตัน พบว่ากระบวนการโคแอกกูเลชั่นด้วยสารเร่งตะกอน Alum มีต้นทุนการบำบัด 0.34 บาท/ลิตร กระบวนการโคแอกกลูเลชั่นด้วยสารเร่งตะกอน FeCl3 มีต้นทุนการบำบัด 13.14 บาท/ลิตร กระบวนการโคแอกกลูเลชั่นด้วยสารเร่งตะกอน TISTR มีต้นทุนการบำบัด 0.56 บาท/ลิตร และกระบวนการเฟนตัน มีต้นทุนการบำบัดเท่ากับ 4.92 บาท/ลิตร ทั้งนี้สารเร่งตกตะกอน TISTR มีศักยภาพสูงทั้งในด้านประสิทธิภาพการบำบัดและความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ จึงเป็นทางเลือกที่เหมาะสมในการนำไปใช้บำบัดน้ำชะขยะในอนาคต