(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(jìn)程的加快，產(chǎn)生了一系列困擾居民生活的垃圾排放問(wèn)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(jī)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(diǎn)，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(dá)數(shù)千至幾萬(wàn)[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(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。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(jí)氧化法等，吸附法適合處理低濃度小分子有機(jī)物，對(duì)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(fèi)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(dá)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(duì)水質(zhì)要求低，能達(dá)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(jí)氧化法是近年來(lái)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(xiàn)報(bào)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^(guò)投加混凝劑和水體中有機(jī)物反應(yīng)，形成絮凝體沉淀從水體中去除，其對(duì)大分子有機(jī)物去除效率較高，且價(jià)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(xiàn)報(bào)道[7-8]，多是單個(gè)影響因素的考察，混凝劑類(lèi)型的篩選過(guò)程鮮見(jiàn)報(bào)道，且不同填埋場(chǎng)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(chǎng)滲濾液為研究對(duì)象，著重考察了不同混凝劑及助凝劑的加入對(duì)混凝效果的影響，確定最佳操作條件，為當(dāng)?shù)靥盥駡?chǎng)垃圾滲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(jì)(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(shí)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(jiàn)分光光度計(jì)(上海棱光技術(shù)有限公司)，ZR4-6混凝試驗(yàn)攪拌機(jī)(深圳中潤(rùn)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(chǎng)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(cè)三次，取平均值。

1.2 燒杯混凝實(shí)驗(yàn)

分別取100 mL滲濾液置于6個(gè)燒杯中，依次改變混凝劑的種類(lèi)、投藥量、初始pH、沉降時(shí)間及添加助凝劑，然后進(jìn)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(jìn)行測(cè)試分析。

1.3 分析方法

COD、TP和NH3-N的測(cè)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(xiàn)繪制

2.1.1 總磷標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)

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(zhǎng)700 nm處，使用20 mm的比色皿，以去離子水為參比，測(cè)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(xiàn):y= 0.009 9x+ 0.004，R2= 0.999 7。

圖1 總磷標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)

2.1.2 氨氮標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)

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(zhǎng)420 nm處，使用20 mm的比色皿，以去離子水為參比，測(cè)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(xiàn):y= 3.86x+ 0.055，R2= 0.999 1。

圖2 氨氮標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)

2.2 混凝劑種類(lèi)對(duì)混凝效果的影響

分別取100 mL滲濾液置于6個(gè)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(jìn)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(jìn)行測(cè)試分析。

圖3為不同混凝劑對(duì)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(shí)，在相同的投藥量下，PAC帶來(lái)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(shí)，COD去除率最大，達(dá)到38.19%，這是因?yàn)镻AC是一種無(wú)機(jī)高分子聚合物，在濃度較低時(shí)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(jìn)行中和作用，使?jié)B濾液中有機(jī)物膠體脫穩(wěn)[9]，同時(shí)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(jià)陰離子聚合作用使得其吸附架橋作用加強(qiáng)，加上氫氧化鋁膠體的共沉淀作用使其對(duì)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(duì)COD去除率影響

2.3 滲濾液pH對(duì)混凝效果的影響

分別取100 mL滲濾液置于6個(gè)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(jìn)行測(cè)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(shì)，當(dāng)初始pH值低于6.0時(shí)，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(shí)達(dá)到最大，此時(shí)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(jìn)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(shí)，鋁鹽的水解產(chǎn)物為Al3+；當(dāng)3.757.75時(shí)，主要形態(tài)為Al(OH)4-。綜上可知，即pH低時(shí)，主要形態(tài)為單體如Al3+、Al(OH)2+、Al(OH)2+；中性范圍時(shí)為多核水解產(chǎn)物如Al7(OH)174+，高pH時(shí)，Al(OH)3溶膠或Al(OH)4-。當(dāng)pH處于6.0至7.0時(shí)，Al13(OH)345+形態(tài)最多，其混凝效果最佳[10]。當(dāng)水體堿性過(guò)強(qiáng)時(shí)，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(duì)COD去除率的影響

2.4 混凝投藥量對(duì)去除效果影響

分別取100 mL滲濾液置于6個(gè)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(jìn)行測(cè)試分析。

圖5中曲線(xiàn)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(shì)，當(dāng)PAC的濃度小于1.0 g/L 的時(shí)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(dá)到1.0 g/L時(shí)，COD去除率達(dá)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?yàn)镻AC是無(wú)機(jī)高分子化合物，其長(zhǎng)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(shí)，不能夠?qū)⒛z體架橋連接起來(lái)，太多時(shí)，會(huì)產(chǎn)生膠體保護(hù)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(duì)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(shí)，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(shí)間的變化

分別取100 mL滲濾液置于6個(gè)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(shí)間分別為5、10、20、30、40、50 min，取上清液進(jìn)行測(cè)試分析。

圖6曲線(xiàn)表示COD去除率隨著混凝沉降時(shí)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(shí)間的延長(zhǎng)，COD的去除率呈先上升而后趨于穩(wěn)定的態(tài)勢(shì)。當(dāng)沉降時(shí)間從10 min增加至30 min時(shí)，COD去除率增速最為突出，繼續(xù)延長(zhǎng)沉降時(shí)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(zhǎng)的沉降時(shí)間勢(shì)必帶來(lái)更高的基建成本，因此，最佳沉降時(shí)間為30 min。經(jīng)測(cè)定，在PAC濃度為1.0 g/L，初始pH值為6.0，沉降時(shí)間為30 min時(shí)，對(duì)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(shí)間對(duì)COD去除率的影響

2.6 助凝劑對(duì)混凝效果影響

分別取100 mL滲濾液置于8個(gè)燒杯中，平均分成2組，同時(shí)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(duì)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(jìn)行測(cè)試分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可以看出，加入助凝劑對(duì)COD、TP以及NH3-N的去除都有一定程度的促進(jìn)作用，其中增幅最明顯的是與PAC的作用，其COD去除率達(dá)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(dá)到強(qiáng)化，各絮體之間相互結(jié)合拉攏吸附周?chē)拇蠓肿佑袡C(jī)物，使絮體變大、穩(wěn)定，最后沉降下來(lái)，這與李捷等[15]人的處理結(jié)果類(lèi)似。經(jīng)過(guò)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(duì)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(duì)滲濾液的混凝效果最佳；助凝劑PAM的投加在一定程度上對(duì)COD、TP以及NH3-N的去除都有促進(jìn)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(shí)間為30 min，PAM濃度為1.0 g/L時(shí)，COD、TP、NH3-N的去除率分別為50.10%、95.11%和 39.35%。