張淵,郭掌珍

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,山西太谷 030801)

垃圾滲濾液是指垃圾經(jīng)過堆積或填埋后因壓實(shí)和生物降解作用使垃圾中原有的水、垃圾降解反應(yīng)生成的水、場內(nèi)滲入的雨水、地下水和地表水經(jīng)過垃圾層過濾后滲出的污水等的總稱。其水質(zhì)具有污染物濃度高、持續(xù)時間長、流量不均勻、水質(zhì)變化大等特點(diǎn)。其水質(zhì)水量特征決定了需采用物化和生化組合工藝加以處理[1]。

物化處理的目的主要是去除滲濾液中的有毒有害重金屬離子、化學(xué)需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)及氨氮等,目的是為滲濾液后續(xù)的生物處理系統(tǒng)有效運(yùn)行和達(dá)標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)造良好的條件。國內(nèi)蔣建國等人用復(fù)合混凝劑(90%PAC+10%PAM)和殼聚糖試劑,在不同pH及不同投加量的情況下實(shí)驗表明,對COD的去除率一般為60%左右。也有文獻(xiàn)指出采用以改性膨潤土作吸附劑,可吸附去除垃圾滲濾液中50%以上的COD和色度[2]。隋智慧等[3]用混凝與吸附聯(lián)合的方法對北京安定垃圾填埋場滲濾液進(jìn)行了預(yù)處理,該方法對廢水COD的去除率穩(wěn)定在70%左右。

目前混凝沉淀法使用的混凝劑普遍存在處理效率低,相對成本高,且由于在處理過程中普遍使用鋁鹽為混凝劑,從而帶來一定的生態(tài)風(fēng)險。因此開發(fā)新型安全、高效混凝劑是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。

鐵鋁共聚物(Inorganic Polymer Flocculation Aluminum and Ferrum Copolymer,PAFC)是一種新型的無機(jī)高分子絮凝劑[4],已普遍應(yīng)用于廢水的物化處理并取得良好的效果[5～7],但對其應(yīng)用于垃圾滲濾液的處理卻鮮有報道。因此,本文采用室內(nèi)試驗的方法,以濁度和CODCr為觀測指標(biāo),探討PAFC對垃圾滲濾液的絮凝效果及最佳絮凝條件,并與市售聚合氯化鋁(Polymer of Aluminum Copolymer,PAC)進(jìn)行比較,以期尋求一種安全、高效的滲濾液預(yù)處理工藝,并探討以 PAFC代替PAC作為垃圾滲濾液物化處理用絮凝劑的可能性。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用垃圾滲濾液采自太原市東山新溝垃圾衛(wèi)生填埋場。滲濾液基本指標(biāo)為:CODCr2051.23 mg?L-1;濁度521;色度200;pH 8.15。試驗所需的藥品均為AR級。試驗所采用的絮凝劑及其性能指標(biāo)見表1。

表1 絮凝劑及其性能指標(biāo)Table 1 Characters of the inorganic-polymer-flocculants

1.2 試驗方法

1.2.1 絮凝實(shí)驗

取一定量的滲濾水原水,在攪拌條件下加入絮凝劑,快攪30 s,慢攪 10 min,靜置 10 min,取上清液測濁度和CODCr。

1.2.2 絮凝劑絮凝性能比較

取5個250 mL燒杯,加入相同體積的滲濾液,分別投加等量PAC、PAFC、聚合氯化鐵(Polymer of Ferrum Copolymer,PAF),快攪 30 s,慢攪10 min,靜置10 min,取上清液測濁度和CODCr。

1.2.3 絮凝劑沉降速度的比較

取一定量的滲濾水加入絮凝劑,絮凝,轉(zhuǎn)入到試管中,記錄時間,同時測定上清液高度的增長,計算其沉降速度。

1.2.4 絮凝劑的劑量-效應(yīng)關(guān)系

取6個250 mL燒杯,加入250 mL滲濾液,加入不同體積的絮凝劑,絮凝,取上清液測定濁度去除率和CODCr去除率。

1.2.5 絮凝劑最佳pH范圍

取6個250 mL燒杯,用石灰乳和硫酸(1∶1)調(diào)pH值至不同值,加入絮凝劑絮凝。取上清液測定濁度去除率和CODCr去除率。

1.2.6 分析方法

濁度、CODCr和色度的測定均采用水利部國際合作與科技司編《水利技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)匯編-水資源水環(huán)境卷分析方法》中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)方法,其中濁度測定采用分光光度法(GB13200-91),CODCr分析采用重鉻酸鹽法(GB11914-89),色度測定采用目視比色法(GB11903-89)。

2 實(shí)驗結(jié)果及討論

2.1 絮凝劑性能比較

不同絮凝劑絮凝性能的比較結(jié)果見圖1和圖2。

圖1 不同絮凝劑去濁率Fig.1 Removal rate for turbidity by different flocculant

由圖1可以看出,試驗用絮凝劑對濁度的去除率都較高,均大于95%,差別不大。

圖2 不同絮凝劑 CODCr去除率Fig.2 Removal rate for CODCrby different flocculant

由圖2可以看出,不同絮凝劑CODCr去除率以PAFC3(7/3)最高,為 16.76%,比 PAC(CODCr去除率 12.38%)提高 35.38%,比聚合氯化鐵(PAF,CODCr去除率7.23%)提高131.81%。

2.2 絮凝劑沉降速度的比較

不同絮凝劑沉降速度的比較結(jié)果見圖3。

圖3 不同絮凝劑的沉降速度Fig.3 The settling character of various flocculants

由圖3可以看出:絮凝劑隨著含鐵量的增加,沉降速度逐漸加快。綜合以上,PAFC3(7/3)較PAC具有更好的絮凝效果和沉降性能。

2.3 絮凝劑的劑量-效應(yīng)關(guān)系

絮凝劑投加量和絮凝效果之間的劑量-效應(yīng)關(guān)系見圖4和圖5。

圖4 絮凝劑投加量與去濁率的關(guān)系Fig.4 The relationship between Removal rate of turbidityand dosage of flocculant

由圖4可以看出,絮凝劑投加量大于5 mL,曲線開始變得平緩,所以選擇5 mL為絮凝劑的最佳用量,此時絮凝劑的加入量相當(dāng)于20 mL?L-1

圖5中,隨著絮凝劑投加量的增加,CODCr去除率先增后減,這說明絮凝劑去除CODCr符合化學(xué)架橋理論[8]。絮凝劑加入到滲濾液中,很快形成多核多分支的水解產(chǎn)物,這些分支可分別吸附在幾個污染物膠粒表面的活性空位上,使膠體脫穩(wěn),凝集形成礬花,達(dá)到除污目的。投加量過多,膠粒表面活性空位被占滿,水解產(chǎn)物的分支自相作用,使膠粒復(fù)穩(wěn),去除率就降低。

2.4 最佳pH適用范圍

用石灰乳和硫酸(1:1)調(diào)pH值至不同值,進(jìn)行絮凝實(shí)驗,試驗結(jié)果見圖6。

圖5 絮凝劑投加量與CODCr去除率的關(guān)系Fig.5 The relationship between Removal rate of CODCr and dosage of flocculant

圖6 pH與去濁率的關(guān)系Fig.6 The relationship between Removal rate of turbility and pH

由圖6可以看出,當(dāng)6≤pH≤8時,曲線出現(xiàn)峰值,說明當(dāng)污水呈中性時絮凝劑的處理效果最好,因此確定絮凝最佳酸堿條件為pH=6～8。

3 討論

衛(wèi)生填埋是我國城市生活垃圾無害化處理的主要方式。國務(wù)院發(fā)展研究中心課題組2008年關(guān)于《城市生活垃圾處理現(xiàn)狀與對策建議》的研究報告指出,2005年全國城市共有垃圾處理廠(場)470座(剔除誤報數(shù)),其中城市生活垃圾填埋場365座,處理能力21.3萬t?d-1,占全國垃圾無害化處理比重的85.2%。垃圾衛(wèi)生填埋已經(jīng)成為我國城市生活垃圾無害化處理的主要方式。垃圾的衛(wèi)生填埋會產(chǎn)生大量的垃圾滲濾液。垃圾滲濾液中含有多種污染物,尤其是重金屬離子和有機(jī)物,如不妥善處理,會污染地表水體、土壤和大氣,甚至污染地下飲用水源。垃圾滲濾液處理難度極大,其水質(zhì)特點(diǎn)決定了需采用“預(yù)處理-主處理-后處理”的組合工藝進(jìn)行處理,當(dāng)前采用的預(yù)處理方法主要有混凝吸附法、化學(xué)沉淀法、離子交換法、電化學(xué)氧化法、生物脫氮法等。由于混凝吸附法具有處理效果好,運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn),因此受到人們的普遍重視。

聚合氯化鋁是目前廢水處理和飲用水供給中普遍使用的高效混凝劑,它具有用量少、除濁率高、污水pH對其影響小等特點(diǎn)[9]。但在實(shí)際應(yīng)用過程中存在鋁鹽二次污染的問題,對人體健康和生態(tài)平衡具有一定的負(fù)面效應(yīng)。70年代中期,聚合硫酸鐵問世并應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際,但在實(shí)際應(yīng)用過程中表現(xiàn)出腐蝕性強(qiáng),影響設(shè)備使用壽命,絮凝產(chǎn)生的污泥脫水性差,沉淀含水率高等問題[10]。為此,研究人員開發(fā)了新型的無機(jī)高分子絮凝劑聚合氯化鋁鐵,并應(yīng)用于處理污染河水[6,11,12]和城市供水[13]等多領(lǐng)域并取得了一定效果,但對其應(yīng)用于垃圾滲濾液的處理卻鮮有報導(dǎo)。

本研究以聚合氯化鋁、聚合氯化鐵和不同配比的聚合氯化鋁鐵為研究對象,研究其對垃圾滲濾液的混凝吸附效果,對垃圾滲濾液的處理具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

4 結(jié)論

由以上分析可以得出以下結(jié)論:

①試驗用絮凝劑對垃圾滲濾液濁度去除率均達(dá)到95%以上,CODCr去除率以PAFC3(7/3)最高,為16.76%,其余依次為PAC和PAF,CODCr去除率分別為12.38%和7.23%。

②隨著絮凝劑含鐵量的增加,沉降速度逐漸加快。

③絮凝劑的最佳投加量為20 mL?L-1,其最適pH值為6～8。

④PAFC3(Fe/AL=7/3)是一種高效絮凝劑,它具有絮凝效果好,含鋁量少的特點(diǎn),可以代替目前普遍使用的PAC。

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