李壹竹，賈學(xué)斌，徐井良

(黑龍江大學(xué) 建筑工程學(xué)院，哈爾濱 150080)

不同混凝劑對垃圾滲濾液的處理效果比較

李壹竹，賈學(xué)斌，徐井良

(黑龍江大學(xué) 建筑工程學(xué)院，哈爾濱 150080)

利用廢棄的粉煤灰制備混凝劑對垃圾滲濾液進(jìn)行預(yù)處理.考察了不同pH值、溫度和投量下，垃圾滲濾液中COD和氨氮的去除率，并與傳統(tǒng)混凝劑進(jìn)行比較.研究發(fā)現(xiàn)pH值在6～7之間時(shí)，三種混凝劑的處理效果達(dá)到最佳，粉煤灰混凝劑的處理效果好于傳統(tǒng)混凝劑，COD和氨氮最大去除率分別可達(dá)73.8%和65.5%；通常溫度下，改變溫度不會(huì)影響混凝劑的處理效果；各混凝劑均存在最佳投加量(約1.5×10-3mol/L)，在相同投量下，自制粉煤灰的處理效果好于傳統(tǒng)混凝劑.該項(xiàng)研究不僅解決了垃圾滲濾液的預(yù)處理問題，也為粉煤灰的資源化利用探索了新途徑.

粉煤灰；混凝劑；垃圾滲濾液；COD；氨氮

隨著GB16889-2008的實(shí)施，以及進(jìn)一步對垃圾滲濾液自行處理的要求，對填埋場垃圾滲濾液的處理更為嚴(yán)格.根據(jù)垃圾滲濾液的排放要求，通常的處理分三步，即預(yù)處理、生化處理和深度處理，常用的工藝包括化學(xué)氧化、膜處理、好氧生物處理和厭氧生物處理等[1].目前，垃圾滲濾液的處理主要存在高氨氮，可生化性差等問題[2].垃圾滲濾液總的高氨氮質(zhì)量濃度可導(dǎo)致碳氮比的失衡，可抑制起生化作用微生物的活性，從而導(dǎo)致垃圾滲濾液的生化處理系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定.另外，尤其對于“老齡”垃圾滲濾液，BOD5/COD值較低，增加了生化處理的難度.因此，尋找一種經(jīng)濟(jì)可行的方法，在生物處理之前降低滲濾液中的氨氮，預(yù)處理去除難生物降解的有機(jī)物是十分必要的.

粉煤灰是一種固體廢棄物，是指煤粉燃燒過程中所排出的灰渣以及從燃燒的煙霧中沉積下來的灰塵，隨著其產(chǎn)量的不斷增加，不僅污染土壤環(huán)境，也會(huì)對水體和大氣造成污染，因此找到一種有效途徑，將廢棄的粉煤灰再利用是十分必要的.目前，在建材制品、建設(shè)工程、道路工程、農(nóng)業(yè)、化工等方面，粉煤灰得到了較好的綜合利用[3-5].由于粉煤灰具有比表面積大，吸附性能好等特點(diǎn)，主要化學(xué)成分為氧化硅、氧化鋁、氧化鐵等[6]，以其為原料改性后制備鐵系混凝劑和鋁系混凝劑，對廢水中的COD、SS、色度、重金屬等具有良好的去除效果.徐勛等[7]利用粉煤灰制備成混凝劑處理乳品廢水，對COD和SS的去除率均高于傳統(tǒng)混凝劑.李亞強(qiáng)等[6]利用酸溶粉煤灰制備混凝劑處理生活污水，實(shí)現(xiàn)COD、TP的去除率分別為69%、95%，剩余SS低于20 mg/L.

本文利用廢棄的粉煤灰制備成混凝劑預(yù)處理垃圾滲濾液，考察不同條件下對滲濾液中COD和氨氮的去除率，并與傳統(tǒng)的硫酸鋁、PAC混凝劑進(jìn)行比較.本研究不僅完成了垃圾滲濾液的預(yù)處理，為其后續(xù)處理提供了保障，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了粉煤灰的綜合利用，從能源和環(huán)境角度而言符合當(dāng)今可持續(xù)發(fā)展的需要[8].

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)用粉煤灰及廢水

實(shí)驗(yàn)所用粉煤灰取自哈爾濱某燃煤電廠，灰白色，呈粉末狀，通過X-熒光全成分分析可知該粉煤灰的成分如表1所示[7].

表1 粉煤灰的化學(xué)組成

實(shí)驗(yàn)用的廢水來自哈爾濱某垃圾填埋場的滲濾液.其典型水質(zhì)指標(biāo)如表2所示.

該垃圾滲濾液有如下特點(diǎn)：該填埋場垃圾滲濾液為中齡滲濾液，是由垃圾在填埋過程中經(jīng)雨水沖淋、生物化學(xué)作用以及垃圾水解等一系列綜合作用產(chǎn)生的廢水，COD質(zhì)量濃度較高，氨氮質(zhì)量濃度中

等，pH值中性偏弱堿.

表2 實(shí)驗(yàn)用垃圾滲濾液指標(biāo)

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1粉煤灰混凝劑的制備

將粉煤灰與固體碳酸鈉以一定比例混合均勻后置于坩堝中，經(jīng)馬弗爐高溫焙燒2 h后冷卻到室溫取出，粉碎成粉末待用.將適量的硫酸溶液加入到熟料中，配制成料漿，用沸騰回流的方法進(jìn)行溶出反應(yīng).沸騰反應(yīng)0.5 h后，關(guān)閉電爐，冷卻到室溫后進(jìn)行抽濾.

混凝實(shí)驗(yàn)方法：將廢水水樣置于燒杯中，加入各混凝劑，通過加入強(qiáng)酸強(qiáng)堿來調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)所需pH值，通過調(diào)節(jié)廢水和混凝劑的投加比例來改變投加量，通過水浴加熱調(diào)節(jié)混凝所需溫度，計(jì)時(shí)開始后，先快速攪拌30 s，后慢速攪拌5 min，攪拌結(jié)束后，靜沉30 min后，取上清液進(jìn)行COD和氨氮值的測定.

1.2.2測定方法

COD的測定采用GB11914-89中的重鉻酸鉀法，氨氮的測定采用HJ535-2009中的納氏試劑分光光度法，F(xiàn)e3+和Al3+濃度分別采用鄰菲啰啉分光光度法[9]和NaF掩蔽法[10]進(jìn)行測定，pH值利用pH計(jì)檢測.為了保證分析的準(zhǔn)確性，各組試驗(yàn)均平行進(jìn)行3次，并取平均值.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同pH值下各混凝劑對垃圾滲濾液中COD和氨氮的去除效果

選擇傳統(tǒng)混凝劑中的硫酸鋁和PAC與粉煤灰混凝劑做比較，考察pH值對混凝劑處理垃圾滲濾液混凝效果的影響.硫酸鋁和PAC混凝劑中僅含有Al3+，粉煤灰混凝劑中則同時(shí)含有Al3+和Fe3+.采用相同三價(jià)鋁和三價(jià)鐵離子濃度之和作為投加標(biāo)準(zhǔn)，各混凝劑投加量均為2.496×10-3mol/L.混凝反應(yīng)中pH值得變化范圍為4～11之間，觀察各混凝劑對垃圾滲濾液中COD和氨氮的去除效果，結(jié)果如圖1所示.

圖1 不同pH值下三種混凝劑對滲濾液中COD和氨氮的去除率

由圖1可以看出，pH值的改變對垃圾滲濾液的混凝效果有很大影響，中性偏酸的環(huán)境對COD和氨氮的去除率最高.過高的pH值不利于混凝反應(yīng)的進(jìn)行.對比三種混凝劑，其對垃圾滲濾液中COD和氨氮的去除效果有一定的差別，尤其對氨氮的去除率，當(dāng)pH值大于9時(shí)，硫酸鋁混凝效果直線下降，速度明顯快于PAC和粉煤灰兩種混凝劑.其中，pH值為7時(shí)粉煤灰混凝劑獲得最大的COD去除率和氨氮去除率，分別為73.8%和65.5%.總體來看，粉煤灰混凝劑混凝效果要好于另外兩種傳統(tǒng)混凝劑.這是因?yàn)榉勖夯一炷齽┲袣埓娴念w粒物可以吸附去除廢水中的COD和氨氮，而且從粉煤灰的成分及溶出液的檢測結(jié)果可以看出，粉煤灰混凝劑中起作用的無機(jī)鹽為鋁鹽和鐵鹽，與鋁鹽混凝劑相比，鐵鹽混凝劑能適應(yīng)偏堿性的環(huán)境，取得一定的混凝效果[11].

2.2 不同溫度下各混凝劑對垃圾滲濾液中COD和氨氮的去除效果

Al2(SO4)3混凝劑在溫度較低的條件下的對廢水的處理效果較差[12]，因此本研究只比較PAC和粉煤灰兩種混凝劑在不同溫度下的混凝效果.采用相同三價(jià)鋁和三價(jià)鐵離子濃度之和作為投加標(biāo)準(zhǔn)，各混凝劑投加量均為2.496×10-3mol/L.反應(yīng)溫度通過水浴加熱改變，實(shí)驗(yàn)溫度控制在12～28 ℃之間，且每隔4 ℃觀察1次.觀察粉煤灰混凝劑和PAC混凝劑對垃圾滲濾液中COD和氨氮的去除效果，結(jié)果如圖2所示.

圖2 不同溫度下粉煤灰混凝劑和PAC混凝劑對垃圾滲濾液中COD和氨氮的去除率

由圖2可知，反應(yīng)溫度在12～28 ℃之間變化時(shí)，垃圾滲濾液中COD和氨氮的去除率隨水溫升高略有變化，但變化幅度不超過2%，12 ℃時(shí)粉煤灰混凝劑對氨氮去除率最大為66.6%，20 ℃時(shí)粉煤灰混凝劑對COD去除率最大為73.1%.因此，通常的溫度范圍內(nèi)，溫度不會(huì)成為粉煤灰混凝劑和PAC混凝劑混凝效果的限制因素，可不予考慮.

但是，如果反應(yīng)溫度過高或過低就會(huì)對混凝反應(yīng)產(chǎn)生不利的影響.這是由于過高的水溫會(huì)增加化學(xué)反應(yīng)的速率，使凝結(jié)的絮體變得細(xì)小，并且會(huì)增加絮體的水和作用，導(dǎo)致污泥含水率高，污泥體積大，脫水困難，增加了污泥后續(xù)處理的難度.另一方面，過低的水溫會(huì)使水的黏度增大，從而將增加混凝攪拌對剪切動(dòng)力的需求，動(dòng)力增大，絮體將變小，與水分離困難.但是由本實(shí)驗(yàn)可知，在通?？赡艽嬖诘姆磻?yīng)溫度下，溫度不會(huì)成為混凝反應(yīng)的限制因素.

2.3 不同投加量下各混凝劑對垃圾滲濾液中COD和氨氮的去除效果

由于混凝劑的投加量也是影響混凝效果的重要因素，配制三種混凝劑，以三價(jià)鋁和三價(jià)鐵離子濃度之和作為投加量衡量標(biāo)準(zhǔn)，其中各混凝劑中鋁、鐵離子濃度之和如表3所示.

表3 三種混凝劑中Al3++Fe3+濃度

分別應(yīng)用以上配置的各混凝劑，在pH值為中性、水溫為常溫20 ℃的條件下，觀察不同投加量下垃圾滲濾液中COD和氨氮的去除效果，結(jié)果如圖3所示.

圖3 不同投加量下三種混凝劑對垃圾滲濾液中COD和氨氮的去除率

由圖3可以看出，Al2(SO4)3混凝劑、PAC混凝劑和粉煤灰混凝劑均存在最佳投加量，以三價(jià)鋁和三價(jià)鐵離子濃度之和計(jì)，此最佳投量約1.5×10-3mol/L.當(dāng)各混凝劑的投加量小于1.5×10-3mol/L時(shí)，隨著混凝劑投加量的增加，去除率增加顯著，幾乎呈直線；當(dāng)投加量大于1.5×10-3mol/L時(shí)，隨著混凝劑投加量的增加，去除率增加十分緩慢，尤其在考察投加量對氨氮的影響時(shí)，混凝劑投加大于最佳投量之后，去除率基本不變.這是主要是因?yàn)楫?dāng)混凝劑投加量不足時(shí)，廢水中成膠體狀態(tài)的污染物質(zhì)脫穩(wěn)不徹底，使得混凝反應(yīng)進(jìn)行不完全；但當(dāng)混凝劑投加過量時(shí)，會(huì)使已經(jīng)脫穩(wěn)的膠體顆粒物造成“返穩(wěn)”現(xiàn)象，重新回到廢水中.從圖3中可以看到，Al2(SO4)3混凝劑、PAC混凝劑和粉煤灰混凝劑達(dá)到相同COD和氨氮去除率時(shí)，粉煤灰混凝劑的用量最少，硫酸鋁用量最多.

3 結(jié) 語

通過利用固體廢物粉煤灰制備成混凝劑，預(yù)處理垃圾滲濾液，并與傳統(tǒng)混凝劑進(jìn)行比較.考察了pH值、溫度和投加量三個(gè)因素對垃圾滲濾液中COD和氨氮的去除率的影響，得出結(jié)論：各混凝劑均在弱酸性和中性的條件下獲得較好的混凝效果，硫酸鋁、PAC、粉煤灰對COD的最大去除率分別為63.9%、66.4%、73.8%，對氨氮的最大去除率分別為60.1%、64.2%、65.5%；在相同pH值條件下，粉煤灰混凝劑的混凝效果好于傳統(tǒng)混凝劑.在通常溫度范圍內(nèi)，溫度對PAC混凝劑和粉煤灰混凝劑的混凝效果影響很小.Al2(SO4)3混凝劑、PAC混凝劑和粉煤灰混凝劑均存在最佳投加量，以三價(jià)鋁和三價(jià)鐵離子濃度之和計(jì)，此最佳投量約1.5×10-3mol/L.當(dāng)達(dá)到相同COD和氨氮去除率時(shí)，粉煤灰混凝劑的用量最少，硫酸鋁用量最多.粉煤灰混凝劑可以替代傳統(tǒng)混凝劑用于垃圾滲濾液的預(yù)處理.

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Comparison among treatment effects of different coagulants on landfill leachate

LI Yi-zhu, JIA Xue-bin, XU Jing-liang

(School of Constructional Engineering, Heilongjiang University, Harbin 150080, China)

In this paper, the coagulant made of waste fly ash was used to dispose the landfill leachate as a pretreatment method. The COD and NH3—N removal rates of landfill leachate using fly ash coagulant was measured on the conditions of different pH, temperatures and dosages, which was compared with the effects of traditional coagulants. From pH 6 to pH 7, COD and NH3—N removal rates of the three coagulants were the best, and the result of fly ash coagulant was better than the traditional coagulants, and the best COD and NH3—N removal rates were 73.8% and 65.5%, respectively. In usual conditions, temperature would not become the limit factor. The optimum dosage of all the three coagulants was existent (about 1.5×10-3mol/L), and the effect of fly ash coagulant was better than the traditional coagulants under the same condition of dosage. This paper not only solve the problem of landfill leachate pretreatment, but also explore a new way of fly ash utilization.

fly ash; coagulant; landfill leachate; COD; ammonia nitrogen

2014-12-23.

李壹竹(1994-)，女，研究方向：廢水處理.

賈學(xué)斌(1971-)，男，副教授，碩導(dǎo)，研究方向：廢水處理.

X703

A

1672-0946(2015)03-0323-04