混凝吸附作用在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用淺析

孫雷軍 孫鳳茹

（1 蘭州交通大學(xué)研究生學(xué)院，甘肅 蘭州730070；2 蘭州城市學(xué)院城市經(jīng)濟(jì)與旅游文化學(xué)院，甘肅 蘭州730070）

1 緒 論

我國(guó)普遍采用衛(wèi)生填埋法處置垃圾，所產(chǎn)生的垃圾滲濾液的主要特性:有機(jī)污染物種類多，水質(zhì)復(fù)雜，污染物的濃度高、范圍變化大，水質(zhì)水量隨季節(jié)變化大，且隨填埋時(shí)間發(fā)生變化。由于我國(guó)的垃圾未經(jīng)嚴(yán)格分選，滲濾液中的金屬含量高，氨氮濃度高，營(yíng)養(yǎng)元素比例失調(diào)，不適宜生化處理中微生物的生長(zhǎng)，以至在生化處理后COD 的濃度仍然較高，達(dá)不到滿意的去除效果。

混凝一吸附法是一種易操作、效率高的處理方法。將混凝劑投加到垃圾滲濾液中，經(jīng)過(guò)混凝一沉淀的過(guò)程，再將吸附劑投加到沉淀所得上清液中，通過(guò)吸附劑對(duì)滲濾液中污染物的充分吸附，能大大降低垃圾滲濾液中的難降解物含量。經(jīng)過(guò)多項(xiàng)研究證明，混凝處理和吸附過(guò)程在垃圾滲濾液的處理中有顯著效果，處理出水大部分指標(biāo)能達(dá)到可生化性要求。而且，該技術(shù)具有工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，工程投資低，運(yùn)行成本少等特點(diǎn)。

2 混凝、吸附機(jī)理研究

水處理中的混凝現(xiàn)象十分復(fù)雜?；炷齽┓N類不同，作用機(jī)理不同;同一種混凝劑，在不同條件下作用機(jī)理也不同。在環(huán)境中研究水的混凝機(jī)理，不像膠體化學(xué)中膠體凝聚那樣單純，DLVO理論不能解釋所有現(xiàn)象。在混凝作用中，還有其他幾種作用機(jī)理，共同解釋了混凝機(jī)理。

2.1 壓縮雙電層作用

在水處理中，雙電層壓縮作用相當(dāng)于混凝劑所離解的金屬離子如AL3+、Fe3+的作用。A13+、Fe3+具有很強(qiáng)的壓縮雙電層的能力，使膠體脫穩(wěn)凝聚，但在混凝過(guò)程中，金屬離子還要繼續(xù)發(fā)生水解，并短暫存在，轉(zhuǎn)化為一系列的其他帶有輕基的較簡(jiǎn)單子以及聚合離子之后，最終產(chǎn)生Al(oH)3、Fe(OH)3等帶正電的膠體。因此，使膠體脫穩(wěn)凝聚不止是金屬離子的作用，還有所有中間產(chǎn)物中的帶正電的高價(jià)離子。

2.2 吸附一中和作用

高價(jià)電解質(zhì)在水中經(jīng)水解縮聚而形成的高分子物，無(wú)論是否帶電或所帶電荷符號(hào)與膠體電荷符號(hào)是否相同，都能吸附在膠體粒子上。帶有正電荷的高分子物質(zhì)或高聚合粒子吸附了負(fù)電荷膠體粒子后，產(chǎn)生電性中和作用，導(dǎo)致膠粒心電位的降低，失去穩(wěn)定性。同時(shí)，由于膠粒和高分子或聚合離子之間的吸附不僅只由靜電引力引起，還來(lái)自于氫鍵、共價(jià)鍵、極性鍵、范德華引力等各種吸附力，因此膠?？赡芪礁嗟木酆想x子以至使膠體顆粒電荷改變符號(hào)，能由原來(lái)負(fù)電荷膠體變成帶正電荷膠體。

2.3 吸附一架橋作用

高分子物質(zhì)對(duì)膠體的強(qiáng)烈吸附，起到在膠粒與膠粒之間的架橋連接作用。吸附架橋作用包括兩種情形:一是高分子絮凝劑把許多較小的膠體吸附起來(lái)，形成更大的顆粒，特別還指非離子型以及與膠體同電號(hào)的離子型高分子絮凝劑所起的吸附作用;二是兩個(gè)大的同號(hào)膠體中間，由于有一個(gè)較小的異號(hào)膠體而連在一起。

但是，當(dāng)膠粒表面被高分子全部覆蓋后，兩膠粒接近時(shí)，會(huì)因膠粒表面吸附的高分子受到壓縮變形而具有排斥能，也會(huì)因高分子帶電而相互排斥，因此產(chǎn)生膠體不能凝聚的“膠體保護(hù)”現(xiàn)象。盡管有國(guó)外研究者提出，膠粒表面高分子的覆蓋率為50%時(shí)，絮聚效果最好，但在實(shí)際處理中，投加量只能由試驗(yàn)決定。

2.4 絮體網(wǎng)捕作用

隨著混凝劑投加量較多，高價(jià)離子經(jīng)水解縮聚可形成大量的氫氧化物聚合體(如[Fe(OH)3]n、[AI(OH)3]n)，從水中析出，可以網(wǎng)捕、卷帶水中的細(xì)小膠粒形成絮狀物，加速絮體的增長(zhǎng)和沉淀。因此，水中膠體雜質(zhì)多時(shí)，需要的混凝劑較少;而水中膠體雜質(zhì)少，所需混凝量更多。在水處理中，這幾種混凝機(jī)理各自不是孤立存在的，往往會(huì)幾種同時(shí)存在，只是在某些特定情況下會(huì)以其中一種機(jī)理為主。

3 混凝效果影響因素分析

3.1 COO 濃度對(duì)混凝效果的影響

當(dāng)稀釋2 倍，使COD 濃度變?yōu)樵瓉?lái)的一半時(shí)，去除率最高，能達(dá)到41.1%。可以看出，稀釋倍數(shù)增加，COD 的濃度降低，其去除率并不會(huì)隨之提高。這是因?yàn)?，稀釋倍?shù)增加，致使水中污染物濃度降低，投加相同數(shù)量的混凝劑，對(duì)稀釋倍數(shù)較高的水樣而言，混凝劑會(huì)投加過(guò)量，使失穩(wěn)的膠體又發(fā)生了復(fù)穩(wěn)，使COD 的去除效果不明顯。說(shuō)明COD 的濃度對(duì)混凝效果有一定影響，但同樣受水中其它復(fù)雜成分的影響。對(duì)濁度去除率而言，稀釋倍數(shù)到10 倍的時(shí)候，可以達(dá)到89.73%。當(dāng)稀釋倍數(shù)提高，濁度的去除率會(huì)相應(yīng)的提高，混凝后的上層清液顯得清澈，濁度得到了較大程度的降低。

3.2 助凝劑的投加對(duì)混凝效果的影響

通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，對(duì)于高濃度的垃圾滲濾液而言，加助凝劑能取得更佳的混凝效果效果。這是由于PAM 具有優(yōu)異的架橋性能，能降細(xì)小散落的礬花通過(guò)吸附架橋作用結(jié)合在一起，形成較大的磯花，使其能迅速在水中沉降，在沉降過(guò)程中大的磯花還能捕集到更多小的膠體顆?；蛴袡C(jī)分子，從而使水樣中COD 的含量降低得更多。

3.3 pH 對(duì)混凝效果的影響

當(dāng)pH=7.0 左右時(shí)，濁度的去除率達(dá)到最高的68.3%，在原水pH 不變的情況下，COD 達(dá)到最高的去除率為12.64%，并且在整個(gè)pH 為6.0-9.0 的區(qū)間COD 的去除率變化都不明顯。認(rèn)為在pH 為7.0-8.0 時(shí)，就能取得較好的效果，證明了FS 對(duì)pH 的適應(yīng)性較強(qiáng)，實(shí)際操作中無(wú)須調(diào)節(jié)pH，可節(jié)約成本。

3.4 投加量對(duì)混凝效果的影響

隨著投加量的增加，COD 的去除率逐漸增加，當(dāng)投加量為600mg/L，COD 的去除率達(dá)到最高為58.06%;到投加量為700mg/L 時(shí)，COD 的去除率并沒有隨之增高;而當(dāng)投加量繼續(xù)增高到800mg 時(shí)，COD 的去除率反而下降。說(shuō)明，到800mg/L 時(shí)，PAFS 投加已經(jīng)過(guò)量，使水樣中本來(lái)己經(jīng)脫穩(wěn)的膠體粒子復(fù)穩(wěn)，因而使COD 的去除率又降低。

另外，當(dāng)投加量為800mg/L，濁度的去除率達(dá)到最高為66.6%。但其變化情況無(wú)明顯規(guī)律。

4 吸附材料選擇

處理含高濃度COD 的滲濾液，無(wú)論是泥炭或粉煤灰都能取得相對(duì)較好的處理效果。但在保證減少用量的前提下，固液比為1:20 即吸附劑質(zhì)量濃度為50g/L 時(shí)，在實(shí)驗(yàn)中采用的吸附時(shí)間內(nèi)，經(jīng)粉煤灰吸附的混凝出水，能使COD 的去除率達(dá)到55.7%，而泥炭卻不能降低水中COD，反而使水樣中COD 含量在混凝的基礎(chǔ)上有所增加。說(shuō)明在對(duì)COD 的吸附方面，粉煤灰優(yōu)勢(shì)明顯，通過(guò)計(jì)算可得，在吸附時(shí)間為8h 時(shí)，粉煤灰的平均吸附量為10.06mgCOD/90，在吸附氨氮方面，兩種吸附劑都能吸附水樣中含有的氨氮。在8h 的吸附時(shí)間內(nèi)，泥炭的平均吸附量為7.87mgNH3-N/g，其吸附速率為0.98mgNH3-N/g·h，粉煤灰的平均吸附量為11.43mgNH3-N/g，吸附速率為1.43mgNH3-N/g·h。因此說(shuō)明，粉煤灰對(duì)氨氮的吸附能力強(qiáng)于泥炭。

綜上所述，選擇粉煤灰作為混凝一吸附工藝吸附環(huán)節(jié)的吸附劑，剛開始進(jìn)行吸附時(shí)，由于水中各種雜質(zhì)及未經(jīng)處理的粉煤灰中本身含有的各種物質(zhì)的干擾，使吸附效果不明顯，隨著吸附時(shí)間增加，COD 和氨氮的去除率逐漸增加。到吸附時(shí)間為3h 時(shí)，對(duì)COD 吸附基本達(dá)到最高，過(guò)了3h 后，COD 的吸附率沒有變化，說(shuō)明在吸附時(shí)間為3h 時(shí)，吸附達(dá)到飽和。

計(jì)算得出粉煤灰的平均吸附量為10.06mgCOD/g，其吸附速率為3.53mgCOD/g·h，達(dá)平衡時(shí)COD 的去除率達(dá)到55.57%。但隨時(shí)間的增加，氨氮的去除率逐漸增加，原因除了粉煤灰對(duì)氨氮有良好的吸附效果外，長(zhǎng)時(shí)間的攪拌也有利于游離態(tài)的氨氮排出水體，使水中氨氮含量降低，當(dāng)攪拌吸附時(shí)間為5h 時(shí)，氨氮的去除率達(dá)到55.94%，此時(shí)粉煤灰對(duì)氨氮的平均吸附量為6.64mgNH3-N/g。

5 結(jié) 論

本文采用聚合硫酸鋁鐵做混凝劑、粉煤灰做吸附劑，經(jīng)過(guò)本實(shí)驗(yàn)工藝進(jìn)行預(yù)處理后的垃圾滲濾液，COD 和氨氮的最終去除率分別最高能達(dá)到61.40%和96.26%。在不調(diào)節(jié)pH 的情況下，粉煤灰對(duì)COD 的吸附3 小時(shí)達(dá)到飽和，吸附飽和時(shí)COD 去除率能達(dá)到55.57%。實(shí)驗(yàn)證明此工藝能改善水質(zhì)，能夠?yàn)楹罄m(xù)生物處理提供較好的條件。

[1]孟了，熊向隕，馬箭.我國(guó)垃圾滲濾液處理現(xiàn)狀及存在問題[J].給水排水，2003，29(10):26-29.

[2]張富韜，方少明，松全元.混凝一吸附法處理垃圾滲濾液的實(shí)驗(yàn)研究[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，27(l):21-23.