(上饒師范學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，江西 上饒 334001)

隨著城市化建設(shè)進程的加快，產(chǎn)生了一系列困擾居民生活的垃圾排放問題，城市生活垃圾若得不到妥善處理，“垃圾圍城”的現(xiàn)象將日益嚴(yán)重[1]，目前垃圾處理方式有填埋、堆肥、焚燒等[2]。由于雨水和地表水的淋溶和滲透，加上垃圾本身的化學(xué)反應(yīng)，不管是填埋還是焚燒都將產(chǎn)生一定量的具有高色度和高濃度的有機液體，即滲濾液，也叫滲瀝液。垃圾滲濾液具有色度大、濃度高、惡臭、水質(zhì)復(fù)雜等特點，且含有多種有毒有害物質(zhì)，如難降解的萘、菲等芳香族化合物，滲濾液中的COD(化學(xué)需氧量)最高值可達數(shù)千至幾萬[3-4]。垃圾滲濾液不經(jīng)處理直接排放，能夠造成水體、土壤、大氣、生物等多方面的污染，因此，垃圾滲濾液的處理至關(guān)重要并已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點。目前垃圾滲濾液的處理方法是以“物化+生化”為主流工藝，物化法常作為滲濾液的預(yù)處理和深度處理方法，常用的物化法有吸附法、絮凝法、膜分離法、高級氧化法等，吸附法適合處理低濃度小分子有機物，對于未經(jīng)處理的垃圾滲濾液效果不佳，且多用于深度處理中，吸附劑容易飽和再生困難，因此處理費用較高。膜分離法利用膜的篩分作用截留水體中的污染物達到凈化的作用，膜分離根據(jù)截留孔徑大小分為微濾、超濾、納濾和反滲透，膜分離法對水質(zhì)要求低，能達到較高的去除率，但存在膜污染、濃差極化等現(xiàn)象使膜的壽命縮短成本較高，不適合作為垃圾滲濾液的預(yù)處理。高級氧化法是近年來發(fā)展較迅速的方法，主要有光催化、Fenton氧化、臭氧等，雖然在垃圾滲濾液的應(yīng)用中也有文獻報道[5-6]，但也存在許多不足，如光催化效率不高，催化劑難降解，僅限于紫外光譜區(qū)；Fenton氧化法藥劑量消耗大，且產(chǎn)生大量的化學(xué)污泥致使成本高昂?；炷恋矸ㄍㄟ^投加混凝劑和水體中有機物反應(yīng)，形成絮凝體沉淀從水體中去除，其對大分子有機物去除效率較高，且價格低廉，特別適合垃圾滲濾液的預(yù)處理?；炷A(yù)處理垃圾滲濾液雖已有文獻報道[7-8]，多是單個影響因素的考察，混凝劑類型的篩選過程鮮見報道，且不同填埋場產(chǎn)生的滲濾液性質(zhì)不同，關(guān)鍵在于篩選出最佳混凝劑及最佳投藥量。本文以上饒市某垃圾填埋場滲濾液為研究對象，著重考察了不同混凝劑及助凝劑的加入對混凝效果的影響，確定最佳操作條件，為當(dāng)?shù)靥盥駡隼鴿B濾液的處理提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 儀器和藥品

儀器： PHS-3E型pH計(上海精科雷磁儀器廠)，HY-7012型COD恒溫加熱器(青島恒遠(yuǎn)科技發(fā)展有限公司)，梅穎浦94-2定時恒溫磁力攪拌器(上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司)，722SP型可見分光光度計(上海棱光技術(shù)有限公司)，ZR4-6混凝試驗攪拌機(深圳中潤水工業(yè)技術(shù)發(fā)展有限公司)。

藥品：PAC(市售分析純，天津光復(fù)化工有限公司，≥99.5%質(zhì)量分?jǐn)?shù))，硫酸鋁(市售分析純，西隴化工有限公司，≥99.5%質(zhì)量分?jǐn)?shù))，PAM(市售分析純，上海山浦化工有限公司，≥99.5%質(zhì)量分?jǐn)?shù))，結(jié)晶氯化鋁(市售分析純，西隴化工有限公司，≥99.5%質(zhì)量分?jǐn)?shù))，三氯化鐵(市售分析純，西隴化工有限公司，≥99.5%質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

水樣：取自上饒市某生活垃圾衛(wèi)生填埋場未經(jīng)處理的垃圾滲濾液，其部分水質(zhì)參數(shù)為：COD:3900～4100 mg/L，NH3-N:398 mg/L，TP:57 mg/L，pH:7.40，色度:128倍，以上數(shù)據(jù)平行測三次，取平均值。

1.2 燒杯混凝實驗

分別取100 mL滲濾液置于6個燒杯中，依次改變混凝劑的種類、投藥量、初始pH、沉降時間及添加助凝劑，然后進行攪拌混凝反應(yīng)，以260 r/min快速攪拌5 min，180 r/min慢速攪拌20 min，靜沉30 min，取上清液進行測試分析。

1.3 分析方法

COD、TP和NH3-N的測定分別采用重鉻酸鉀法、磷鉬雜多酸分光光度法和納氏試劑分光光度法。

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

2.1.1 總磷標(biāo)準(zhǔn)曲線

向50 mL具塞比色管中依次加入磷標(biāo)準(zhǔn)使用液(2.0 ug/mL)0、0.50、1.00、3.00、5.00、7.00、10.00 mL，加水稀釋至50 mL。分別加入1.0 mL 10%抗壞血酸溶液，混合均勻。靜置30 s后加2.0 mL鉬酸鹽溶液混勻，放置15 min，在波長700 nm處，使用20 mm的比色皿，以去離子水為參比，測量吸光度。以吸光度為縱坐標(biāo)，總磷質(zhì)量為橫坐標(biāo)作圖，圖1為總磷標(biāo)準(zhǔn)曲線:y= 0.009 9x+ 0.004，R2= 0.999 7。

圖1 總磷標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.1.2 氨氮標(biāo)準(zhǔn)曲線

向50 mL具塞比色管中依次加入氨氮標(biāo)準(zhǔn)使用液(0.01 mg/mL)0、0.50、1.00、3.00、5.00、7.00、10.00 mL，稀釋至50 mL。分別加入1.0 mL酒石酸鉀鈉溶液和納氏試劑，混合均勻。放置10 min，在波長420 nm處，使用20 mm的比色皿，以去離子水為參比，測量吸光度。以吸光度為縱坐標(biāo)，氨氮質(zhì)量為橫坐標(biāo)作圖，圖2為氨氮標(biāo)準(zhǔn)曲線:y= 3.86x+ 0.055，R2= 0.999 1。

圖2 氨氮標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.2 混凝劑種類對混凝效果的影響

分別取100 mL滲濾液置于6個燒杯中，加入混凝劑，使加入后混凝劑濃度依次為0、0.5、0.7、1.0、1.5、2.0 g/L，然后進行攪拌混凝操作，以260 r/min快速攪拌5 min，180 r/min 慢速攪拌20 min，靜置30 min，取上清液進行測試分析。

圖3為不同混凝劑對COD去除率的影響。從圖3中能夠看出，隨著混凝劑用量的加大，不同混凝劑處理后的滲濾液上清液COD均有較大的去除，其中結(jié)晶氯化鋁的去除率增幅最大，COD去除率由6.67%增加至33.69%，增加了27.02%；其他混凝劑隨著濃度的升高COD去除率也有不同程度的提高。與此同時，在相同的投藥量下，PAC帶來的COD去除率都要高于其他三種混凝劑，當(dāng)PAC的濃度為1.0 g/L時，COD去除率最大，達到38.19%，這是因為PAC是一種無機高分子聚合物，在濃度較低時形成的絮體較小，網(wǎng)捕、架橋作用不明顯，不易沉降；繼續(xù)加大混凝劑投加量，Al3+與水中膠體顆粒帶的負(fù)電荷進行中和作用，使?jié)B濾液中有機物膠體脫穩(wěn)[9]，同時Al3+與溶液中氫氧根離子形成氫氧化鋁膠體，由于氫氧根架橋作用和多價陰離子聚合作用使得其吸附架橋作用加強，加上氫氧化鋁膠體的共沉淀作用使其對COD的去除率優(yōu)于其他幾種混凝劑，因此，PAC為最佳混凝劑。

圖3 不同混凝劑對COD去除率影響

2.3 滲濾液pH對混凝效果的影響

分別取100 mL滲濾液置于6個燒杯中，調(diào)節(jié)好滲濾液的初始pH值為：2.0、4.0、6.0、7.4(原滲濾液)、8.0、10.0，并加入同等劑量同一濃度(10.0 g/L)的混凝劑PAC，以260 r/min快速攪拌5 min，180 r/min 慢速攪拌20 min，靜置30 min，取上清液進行測試分析，結(jié)果如圖4所示。從圖4可知，總體而言，COD去除率隨初始pH值呈先增加后減小的趨勢，當(dāng)初始pH值低于6.0時，隨著初始pH值的提高，COD去除率隨之增大并在pH值為6.0時達到最大，此時COD去除率為40.79%，TP的去除率為76.67%，NH3-N的去除率為27.26%。進一步增加初始pH值，COD去除率隨之減小。研究表明，當(dāng)pH<3.75時，鋁鹽的水解產(chǎn)物為Al3+；當(dāng)3.757.75時，主要形態(tài)為Al(OH)4-。綜上可知，即pH低時，主要形態(tài)為單體如Al3+、Al(OH)2+、Al(OH)2+；中性范圍時為多核水解產(chǎn)物如Al7(OH)174+，高pH時，Al(OH)3溶膠或Al(OH)4-。當(dāng)pH處于6.0至7.0時，Al13(OH)345+形態(tài)最多，其混凝效果最佳[10]。當(dāng)水體堿性過強時，氫氧化鋁膠體與OH-反應(yīng)產(chǎn)生偏鋁酸根，從而失去吸附沉淀的作用[11-12]。因此，最佳初始pH值為6.0。

圖4 初始pH值對COD去除率的影響

2.4 混凝投藥量對去除效果影響

分別取100 mL滲濾液置于6個燒杯中，調(diào)節(jié)滲濾液的初始pH值為6.0，變化每組混凝劑的加入量，使加入后燒杯中混凝劑濃度依次為0.5、0.7、1.0、1.5、2.0 g/L，以260 r/min快速攪拌5 min，180 r/min 慢速攪拌20 min，靜置30 min，取上清液進行測試分析。

圖5中曲線所表示的是COD去除率隨PAC濃度的變化關(guān)系。隨著PAC濃度的變化，COD的去除率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，當(dāng)PAC的濃度小于1.0 g/L 的時候，隨著PAC濃度的增加，COD的去除率也隨之增大，當(dāng)PAC的濃度達到1.0 g/L時，COD去除率達到最大值為42.49%；繼續(xù)增加PAC的濃度，COD的去除率隨之減小，這是因為PAC是無機高分子化合物，其長鏈兩端吸附膠體和懸浮物質(zhì)，形成絮體礬花，從水中脫穩(wěn)沉降。當(dāng)投加量少時，不能夠?qū)⒛z體架橋連接起來，太多時，會產(chǎn)生膠體保護作用，不利于沉降[13]，這與李贊忠等[14]人的研究結(jié)果一致。

圖5 不同濃度對COD去除率的影響

因此，可以確定在1.0 g/L投加濃度條件下的混凝效果最佳，與此同時，TP去除率為90.00%，NH3-N的去除率為34.13%。

2.5 混凝效果隨沉降時間的變化

分別取100 mL滲濾液置于6個燒杯中，調(diào)節(jié)滲濾液的初始pH值為6.0，在每組滲濾液中加入PAC，使加入后濃度為1.0 g/L，以260 r/min快速攪拌5 min，180 r/min 慢速攪拌20 min，改變沉降時間分別為5、10、20、30、40、50 min，取上清液進行測試分析。

圖6曲線表示COD去除率隨著混凝沉降時間的變化關(guān)系。在最佳混凝劑、最佳投藥量以及最佳初始pH值條件下，隨著混凝沉降時間的延長，COD的去除率呈先上升而后趨于穩(wěn)定的態(tài)勢。當(dāng)沉降時間從10 min增加至30 min時，COD去除率增速最為突出，繼續(xù)延長沉降時間，COD的去除率雖然有所提高，但增速緩慢，考慮到工程上較長的沉降時間勢必帶來更高的基建成本，因此，最佳沉降時間為30 min。經(jīng)測定，在PAC濃度為1.0 g/L，初始pH值為6.0，沉降時間為30 min時，對應(yīng)的COD去除率為44.10%，TP去除率為93.42%，NH3-N的去除率為36.41%。

圖6 沉降時間對COD去除率的影響

2.6 助凝劑對混凝效果影響

分別取100 mL滲濾液置于8個燒杯中，平均分成2組，同時加入相同量的濃度為10.0 g/L的PAC、三氯化鐵、硫酸鋁、結(jié)晶氯化鋁，使加入后燒杯中混凝劑濃度為1.0 g/L，再在其中一組加入PAM助凝劑，使加入后助凝劑濃度為1.0 g/L，另一組作空白對照，以260 r/min快速攪拌5 min，180 r/min 慢速攪拌20 min，沉降30 min,沉降結(jié)束后取上清液進行測試分析，實驗結(jié)果見表1。從表1可以看出，加入助凝劑對COD、TP以及NH3-N的去除都有一定程度的促進作用，其中增幅最明顯的是與PAC的作用，其COD去除率達到50.10%，TP去除率95.11%，NH3-N去除率39.35%，其余的混凝劑也有不同程度的增加。助凝劑與混凝劑的聯(lián)合使用，由于多種作用如吸附電中和、壓縮雙電子層、吸附架橋和網(wǎng)捕沉淀等協(xié)同使混凝效果達到強化，各絮體之間相互結(jié)合拉攏吸附周圍的大分子有機物，使絮體變大、穩(wěn)定，最后沉降下來，這與李捷等[15]人的處理結(jié)果類似。經(jīng)過混凝預(yù)處理后，滲濾液中COD、TP和NH3-N均得到一定程度的去除，可生化性有所提高，有利于后續(xù)生化處理。

表1 助凝劑對混凝效果的影響

3 結(jié)論

在相同的投藥量條件下，PAC在四種混凝劑中對滲濾液的混凝效果最佳；助凝劑PAM的投加在一定程度上對COD、TP以及NH3-N的去除都有促進作用。當(dāng) PAC 的濃度為1.0 g/L，滲濾液初始pH值為6，沉降時間為30 min，PAM濃度為1.0 g/L時，COD、TP、NH3-N的去除率分別為50.10%、95.11%和 39.35%。