垃圾滲濾液的混凝－吸附預(yù)處理研究

1、垃圾滲濾液的混凝吸附預(yù)處理研究    摘要：研究表明，采用PAC作混凝劑、焦炭作吸附劑，可有效去除滲濾液中的COD和各部分重金屬子。PAC和焦炭投量分別為400mg/L和810g/L時(shí)，COD去除率達(dá)58.9，重金屬離子的去除率均達(dá)60左右，其中對(duì)Cu的去除近100。混凝和吸附對(duì)各污染物的去除具有互補(bǔ)性，因而此工藝具有良好的運(yùn)行靈活性和穩(wěn)定性。混凝對(duì)滲濾液色度具有明顯的去除效果(68)；焦炭吸附中存在明顯的競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象，其中對(duì)COD的吸附具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。 關(guān)鍵詞：垃圾滲濾液 物化預(yù)處理 PAC 焦炭 Pretreatment of Landfill Le

2、achate by Coagulation-Adsorption ProcessAbstract:A study on the pretreatment of landfill leachate by coagulationadsorption was carried out and reported in this paper. The results showed that the effective removal of COD and heavy metals could be obtained by using PAC as coagulant and processed coke

3、as absorbent. With PAC dosage of 400 mg/L and processed coke dosage of 810 g/L, 58.9% ofCOD and about 60% of heavy metals removals were achieved, of which the removal of Cu was nearly 100%. The mutually complement action of coagulation and adsorption processes was found which would promote the stabl

4、e and flexible operation. In addition, 68% of color reduction was achieved by coagulation at PAC dosage of 400 mg/L. In adsorption process, the obvious competitive adsorption phenomenon was observed and COD possessed a b competitive potential because of its high concentration in leachate.Keywords:la

5、ndfill leachate;physicochemical pretreatment;PAC;coke     滲濾液是一種水質(zhì)水量變化大、成分復(fù)雜的高濃度有機(jī)廢水，其水質(zhì)水量特征決定了須采用物化和生化組合工藝加以處理1。物化法預(yù)處理可有效削減滲濾液中的COD、氨氮、重金屬離子、色度等，為其后續(xù)的生物處理工藝創(chuàng)造良好的條件。本文對(duì)混凝焦炭吸附預(yù)處理滲濾液的效果及機(jī)理進(jìn)行了研究。 1 研究工藝及方法滲濾液取自杭州天子嶺垃圾填埋場(chǎng)，其水質(zhì)情況見(jiàn)表1(各指標(biāo)的測(cè)定分析方法按標(biāo)準(zhǔn)法進(jìn)行)，混凝吸附間歇處理工藝流程見(jiàn)圖1。表1 滲濾液水質(zhì)情況1.1 混凝試驗(yàn)混

6、凝的目的是去除滲濾液中的COD和部分重金屬離子，以COD的去除作為主要考察對(duì)象和指標(biāo)?；炷囼?yàn)過(guò)程中先對(duì)不同類(lèi)型的混凝劑進(jìn)行篩選，最后選擇具有高效、低耗、價(jià)廉及對(duì)pH適應(yīng)性較好的聚合氯化鋁(PAC)作為混凝劑?；炷僮鳁l件為：向裝有600mL水樣的燒杯中加入不同量混凝劑的同時(shí)，快速攪拌3060s(轉(zhuǎn)速為300 r/min)，接著在中速條件下攪拌10min(轉(zhuǎn)速為100r/min)，最后在慢速條件下攪拌15min(轉(zhuǎn)速為50r/min)。攪拌結(jié)束并靜置沉降30min后，取上清液進(jìn)行分析測(cè)定(作三次平行測(cè)定)。1.2 吸附試驗(yàn)滲濾液經(jīng)混凝沉淀處理后進(jìn)行吸附處理。采用廉價(jià)的焦炭作為吸附劑(焦炭取自蘇

7、州鑄造機(jī)械廠鍋爐間)，將焦炭研成細(xì)顆粒粉末狀，用100200目孔徑分子篩進(jìn)行篩分，再用0.05mol/L的HNO3溶液洗滌以去除其中的可溶性金屬氧化物，最后用蒸餾水洗滌數(shù)次以去除溶液中的酸，在100下置于干燥箱中烘干待用。焦炭經(jīng)過(guò)粉碎及活化處理后具有較高的比表面積(225500m2/g)，且呈多孔結(jié)構(gòu)，其主要成分及典型含量為SiO2:63.87%、Al2O3:14.39%、Fe2O3：4.62%、CaO：3.70%、MgO：0.22%、其他氧化物：2.31%、有機(jī)物：11.5%、濕度：0.1%，故可借助其結(jié)構(gòu)內(nèi)部較多的堿性基團(tuán)起到良好的絮凝吸附作用2、3。在室溫條件下以不同吸附時(shí)間和焦炭投量對(duì)

8、重金屬離子的去除情況進(jìn)行了考察(濾紙過(guò)濾分析)。 2 結(jié)果及分析2.1 混凝試驗(yàn)圖2所示為不同混凝劑投量對(duì)滲濾液中COD和色度的去除效果。 由圖2可見(jiàn)，當(dāng)PAC投量為50100 mg/L時(shí)，COD去除率由18.4%上升至37.3%；當(dāng)投量為200280mg/L時(shí)，COD的去除率較為穩(wěn)定，達(dá)38%左右；投量繼續(xù)提高，COD去除率明顯下降。因而，就COD的去除效果而言，其適宜的PAC投量為200800mg/L，最優(yōu)投量為200mg/L。對(duì)色度去除效果的測(cè)定結(jié)果表明，隨混凝劑投量的增加，色度的去除率呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)投量為400mg/L時(shí)色度去除率最高(68%)。對(duì)混凝出水中重金屬離子的測(cè)

9、定結(jié)果表明，當(dāng)PAC投量為400mg/L時(shí)，各重金屬離子的去除率均較其他投量時(shí)高(見(jiàn)表2)。對(duì)混凝反應(yīng)過(guò)程中絮體性能的觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PAC投量為200800mg/L時(shí)，絮體較多；而投量為400mg/L時(shí)絮體出現(xiàn)速度較快、尺寸大且沉降速度最快，沉淀后上清液清澈，呈淡黃色，投量200或800mg/L時(shí)，絮體顆粒較小且沉降速度均較慢，上清液色度較高。表2 混凝對(duì)重金屬離子的去除效果 金屬離子 原水濃度（mg/L） 混凝出水濃度（mg/L） 去除率（%） Cu 0.207 0.15525.12 Pb 0.196 0.140 28.57 Cd 0.012 0.010 16.67 Cr 0.049 0.03

10、9 20.41 Zn 0.462 0.399 13.64 注 溫度22.5，原水PH7.2，PAC投量400mg/L。滲濾液中所含各種有機(jī)物大多為腐殖質(zhì)類(lèi)高分子碳水化合物和中等分子量的灰黃霉酸類(lèi)物質(zhì)。這些物質(zhì)由于其結(jié)構(gòu)的不同而存在不同的混凝劑適宜投量。從滲濾液的水質(zhì)來(lái)看，其TS濃度較高(為4000mg/L)，而SS濃度較低(為350mg/L)，大部分為溶解性固體。因而根據(jù)SS中COD的大致含量可知，混凝所去除的COD中非懸浮部分的比例較高。研究表明，PAC對(duì)重金屬離子有一定的處理效果。據(jù)報(bào)道，混凝過(guò)程中由于較快速攪拌而引起的充氧促進(jìn)了重金屬離子的氧化，利于它們?cè)谛躞w表面的吸附。由于滲濾液中的有

11、機(jī)物量大、種類(lèi)多，它們將與重金屬離子在絮體表面的吸附發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)而影響后者的去除。此外，滲濾液的pH值在中性附近，重金屬離子大多處于離解狀態(tài)，導(dǎo)致上述作用更為明顯。根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果及綜合考慮對(duì)各指標(biāo)的去除效果可知，在PAC投量為400mg/L時(shí)處理效果最佳COD去除率可達(dá)38.1%，色度去除率達(dá)68.0%，混凝后上清液pH為6.8。將此條件下所得的處理出水進(jìn)行吸附試驗(yàn)。2.2 吸附試驗(yàn)不同焦炭投量下吸附平衡時(shí)的各重金屬離子及COD去除率如圖3所示。由圖可見(jiàn)，通過(guò)焦炭吸附后，各重金屬離子及COD均得到較大幅度的去除。去除率隨焦炭投量的增加而提高。當(dāng)焦炭投量為810g/L時(shí)(試驗(yàn)條件：溫度22.5，原

12、水pH6.8，吸附時(shí)間120min)，對(duì)Cu、Pb、Cd、Cr、Zn和CODCr的去除率分別為近100%、55.0%56.4%、51%、28.2%48.7%、51.1%54.9%、34.4%35.0%。焦炭對(duì)Cu具有極好的吸附性能，對(duì)Cr的去除率則較低。研究中的吸附為多組分吸附，不能應(yīng)用Frendlich或Langmuir吸附等溫式加以分析(有關(guān)對(duì)雙組分有機(jī)物的研究也表明了這一點(diǎn)4)?，F(xiàn)僅就焦炭對(duì)不同重金屬離子的吸附能力及去除效果結(jié)合吸附機(jī)理及影響因素作如下分析。表3列出了各重金屬離子和COD吸附平衡時(shí)的吸附量。焦炭對(duì)Cu、Pb、Zn的吸附能力要高于Cd和Cr，前者的吸附能力為0.0110.0

13、22 7 mg/g炭，后者要比前者低一個(gè)數(shù)量級(jí)。其中對(duì)Zn的吸附能力最強(qiáng)，對(duì)Cd的吸附能力最差。焦炭對(duì)COD具有良好的吸附能力，吸附容量為70.9596.46mgCOD/g，平均為83.86mgCOD/g。表3 不同焦炭投量吸附平衡時(shí)的吸附量及平均值 炭投量（g/L) 4 6 8 10 平均值 Cu 0.013 0.0171 0.019 0.0155 0.016 Pb 0.015 0.011 0.0096 0.0079 0.011 Cd 0.0005 0.0007 0.0006 0.0005 0.00057 Cr 0.001 0.0017 0.0014 0.0019 0.001 Zn 0.02

14、2 0.0216 0.0255 0.0219 0.0227 CODcr 70.95 89.58 96.46 78.43 83.86 注 a重金屬離子濃度與本研究在同一個(gè)數(shù)量級(jí)，但研究中將它們調(diào)整至50mg/L。吸附劑高嶺土、PH=8.3、T=25b 吸附劑焦炭、PH=6.9、T=22.5、焦炭投量10g/L。研究表明，焦炭對(duì)滲濾液中的重金屬離子具有較好的吸附去除效果，但對(duì)不同重金屬離子的去除效果和吸附能力有所不同，且總體上各離子的去除率和吸附容量要比有關(guān)研究報(bào)道2的單組分吸附低，這說(shuō)明滲濾液中各重金屬離子對(duì)焦炭存在競(jìng)爭(zhēng)吸附的現(xiàn)象。Majone利用高嶺土對(duì)滲濾液中重金屬離子的吸附研究亦表明了這一

15、點(diǎn)5。焦炭對(duì)Cr去除效果較其他離子差，其原因在于混凝后滲濾液的pH在6.8左右。此時(shí)鉻主要以CrO42-的六價(jià)鉻形式存在。當(dāng)pH6時(shí)，其吸附能力將受到影響。焦炭對(duì)COD具有一定的吸附去除能力。焦炭投量為210 g/L時(shí)，COD去除率由12.7%增加到35.0%，其最大吸附容量可高達(dá)96.46mgCOD/g焦炭。吸附劑對(duì)廢水中污染物的吸附效果與污染物的分子量及其濃度有關(guān)，分子量越大、污染物濃度越高，則吸附量越大。滲濾液中的COD大多由腐殖酸類(lèi)高分子有機(jī)物構(gòu)成，且經(jīng)混凝處理后COD濃度仍較高，因而具有較強(qiáng)的吸附競(jìng)爭(zhēng)能力。雖然COD的去除率低于重金屬離子，但其去除量則遠(yuǎn)高于重金屬離子。經(jīng)焦炭吸附處理

16、后的出水pH有所上升，在試驗(yàn)的焦炭投量范圍內(nèi)，處理后水的pH由原來(lái)的6.8升高至7.27.8。pH的升高與焦炭的成分及其對(duì)污染物、尤其是重金屬離子的吸附機(jī)理有關(guān)。焦炭中含有較多的堿性基團(tuán)，它們具有很強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)活性，對(duì)廢水中陽(yáng)離子以較強(qiáng)的化學(xué)和物理化學(xué)吸附作用為主，從而導(dǎo)致pH的升高。根據(jù)路易斯酸堿理論，吸附過(guò)程中存在一定程度的對(duì)H+的競(jìng)爭(zhēng)作用。這種競(jìng)爭(zhēng)作用使溶液的pH得到“緩沖”，并使吸附體系的pH向吸附劑的等電點(diǎn)方向變化，由此可說(shuō)明在吸附過(guò)程中溶液pH有所上升的原因。Dimitrova等人對(duì)高爐渣蒸餾水浸泡實(shí)驗(yàn)亦發(fā)現(xiàn)溶液的pH由6.2增高至10.010.56。Smith和Gray等人的研究

17、也發(fā)現(xiàn)同樣的現(xiàn)象，且pH的升高幅度與原水pH、吸附劑投量及離子濃度有關(guān)7。不同焦炭投量下各污染物濃度隨時(shí)間的變化表明，在2 h的攪拌接觸后，它們均已達(dá)到吸附平衡，但吸附速率是不同的。焦炭對(duì)Cu、Zn和COD具有較快的吸附速度，達(dá)到吸附平衡的時(shí)間分別為45、75、45 min左右，對(duì)Pb和Cr的吸附速度較慢，吸附平衡時(shí)間約為105120 min，對(duì)Cd的吸附速度最慢，所需的吸附平衡時(shí)間為120 min左右。以上結(jié)果說(shuō)明，焦炭是一種良好的吸附劑。當(dāng)其處理混凝工藝出水且投量為810 g/L時(shí)，對(duì)所研究的各重金屬離子和COD具有良好的處理效果。表4列出了本研究與Majone等人的研究結(jié)果比較，說(shuō)明焦炭

18、具有比高嶺土更好的吸附效果。表4 本研究與高嶺土吸附處理結(jié)果比較 分析指標(biāo) Majone等人的研究a 本研究b D1=16g/L D2=192g/L Cu 20.4 37.0 100 Pb 57.1 82.9 56.4 Cd 20.5 36.7 51.0 Cr 48.7 Zn 54.9 Ni 7.9 53.6 CODcr 60.2 35.0 注 a 重金屬離子濃度與本研究在同一個(gè)數(shù)量級(jí)，但研究中將它們調(diào)整至50mg/L。吸附劑高嶺土、pH=8.3、T=25b 吸附劑焦炭、PH=6.9、T=22.5、焦炭投量10g/L。2.3 混凝吸附試驗(yàn)結(jié)果綜合分析圖4示出了各階段對(duì)各指標(biāo)的去除效果。由圖可見(jiàn)

19、，經(jīng)混凝吸附處理，各污染物均可達(dá)到60%左右的去除率?；炷龑?duì)COD、Pb和Cr有較好的處理效果，其中對(duì)COD的去除量占總?cè)コ康?3.78%。PAC對(duì)各重金屬離子的去除率高低排序?yàn)椋篜bCuCrCdZn。吸附階段對(duì)重金屬離子的去除效果和去除量明顯高于混凝，且對(duì)Cu、Zn和Pb具有50%以上的吸附去除率，其中對(duì)Cu的去除效果尤為顯著。焦炭吸附對(duì)重金屬離子的去除率高低排序?yàn)椋篊uPbZnCdCr。3 結(jié)論P(yáng)AC混凝焦炭吸附處理對(duì)滲濾液有良好的預(yù)處理效果。在PAC投量為400 mg/L、焦炭投量為810 g/L的條件下，各污染物的去除率分別達(dá)：COD 59.8%、Cu近100%、Pb 68.9%、C

20、d59.2%、Cr 59.1%、Zn61.0%。因而它作為一種經(jīng)濟(jì)和運(yùn)行靈活的處理工藝，應(yīng)用于該滲濾液的預(yù)處理是可行的。混凝和吸附對(duì)污染物的去除(本研究中所分析考察的重金屬)具有良好的互補(bǔ)性。PAC對(duì)重金屬離子的去除率高低排序?yàn)镻bCuCrCdZn，焦炭對(duì)重金屬離子的吸附去除率排序?yàn)镃uPbZnCdCr，說(shuō)明該工藝具有較強(qiáng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，可獲得對(duì)多種重金屬離子的良好去除效果。滲濾液含有多種污染物質(zhì)，其吸附屬于多組分吸附過(guò)程，吸附過(guò)程中存在較強(qiáng)烈的競(jìng)爭(zhēng)吸附現(xiàn)象，而COD則具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。 參考文獻(xiàn)： 1Wang B Z et al.A pilot scale study on the treatment of high strength sanitary landfill leac