氧化-混凝-吸附聯(lián)合處理垃圾滲濾液的實驗研究*

鄧紅梅，陳　志

(重慶理工大學化學化工學院，重慶　400054)

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氧化-混凝-吸附聯(lián)合處理垃圾滲濾液的實驗研究*

鄧紅梅，陳志

(重慶理工大學化學化工學院，重慶400054)

采用氧化、混凝、吸附及其聯(lián)合處理工藝去除垃圾滲濾液COD和色度。研究結果表明：(1)單獨采用混凝法，COD和色度的去除率較低，分別僅有0.33%和4.62%；(2)使用高錳酸鉀化學氧化法，COD和色度的去除率分別為83.84%，96.05%，最佳投放濃度為0.48 g/L；(3)氧化-混凝-吸附聯(lián)合法處理實驗結果較為理想，高錳酸鉀投加量為0.48 g/L，粉末活性炭投加量為0.9 g/L，COD和色度去除率分別達到93.31%和98.82%。

陽離子聚丙烯酰胺；垃圾滲濾液；化學需氧量；色度；去除率

衛(wèi)生填埋因操作簡便、費用低而被廣泛采用，是現(xiàn)行垃圾特別是固體垃圾處理的主要方法，而由此產生的垃圾滲濾液因水質水量變化大、有機物濃度高、重金屬及氨氮含量高，對填埋場及周邊環(huán)境產生嚴重污染，因而滲濾液的收集和處理成為城市環(huán)境亟待解決的問題[1-2]。目前垃圾滲濾液處理方法很多，按進程可分為預處理、主處理、深度處理，其中物理-化學聯(lián)合處理方法常用于垃圾滲濾液的深度處理[3-7]，以達到廢水治理及資源化利用。本文以生化預處理后的垃圾滲濾液為研究對象，垃圾滲濾液COD及色度的深度去除為考察指標，探討陽離子改性聚丙烯酰胺(Cationic Polyacrylamide,CPAM)為絮凝劑用于處理垃圾滲濾液的可行性，并采用氧化、混凝、吸附及其聯(lián)合處理工藝深度處理垃圾滲濾液，通過研究CPAM、氧化劑、吸附劑用量對COD 和色度去除效果的影響，為行業(yè)廢水處理的實際應用提供可靠的實驗數(shù)據(jù)支撐和技術選擇。

1　實驗部分

1.1材料及儀器

主要化學試劑：過硫酸鉀、丙烯酰胺、重鉻酸鉀、溴代正丁烷、鄰苯二甲酸氫鉀、硫酸、七水硫酸亞鐵、六次甲基四胺、硫酸亞鐵銨、硫酸肼、1-10菲啰啉、硫酸銀均購自國藥集團化學試劑有限公司；甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯購自江蘇飛翔化工有限公司;陽離子功能單體(DM4)，自制。其余試劑均為分析純，使用前未經處理。

垃圾滲濾液取自重慶市同興垃圾焚燒發(fā)電廠生化預處理后的廢液，為淡黃透明液體，有異味?；緟?shù)見表1。

表1　垃圾滲濾液試樣基本參數(shù)

主要儀器包括：LAB860 pH計；TU-1901紫外可見分光光度計；85-2集熱式恒溫磁力攪拌器；EDZZ4-WS高速臺式離心機。

1.2實驗原理

1.2.1陽離子改性聚丙烯酰胺(CPAM)的制備[8]

稱取可聚合陽離子功能單體(DM4)及丙烯酰胺(AM)，溶于去離子水中并置于裝有機械攪拌裝置的反應器中，控制固含量為10%。稱取0.1%的過硫酸鉀(KPS)為引發(fā)劑并溶于一定量的水中，置于滴液漏斗中。打開機械攪拌開關，通入N2至少0.5 h，升溫至40℃，打開分液漏斗，緩慢滴加過硫酸鉀溶液，控制在1 h內滴加完畢，反應保溫3～4 h，反應結束降溫，得到粘稠狀透明聚合物——改性陽離子聚丙烯酰胺共聚物溶液，稀釋至所需濃度備用，基本性質如表2所示。

1.2.2實驗方法

(1)混凝：預處理后的滲濾液中含有的大分子有機物及分解產物易吸附帶陰離子的表面活性劑，致使微粒表面負電荷過剩，故本實驗選取自制CPAM進行研究。在室溫下，取多個100 mL的燒杯，加入50 mL的垃圾滲濾液，然后分別加入不同濃度的CPAM溶液，磁力攪拌10 min，靜置0.5 h，取15 mL上層清液離心15 min(轉速為3500 rpm)，取上層清液用于測定COD及色度。

(2)氧化：取100 mL燒杯，加入50 mL垃圾滲濾液，濃硫酸調節(jié)溶液一定酸性，再分別加入不同濃度的KMnO4溶液，電爐上加熱煮沸反應10 min，并不斷攪拌，抽濾取濾液進行COD和色度測定。

(3)吸附：室溫下選取粉末活性炭為吸附劑，分別取50 mL 氧化處理后的垃圾滲濾液，加入不同量的粉末活性炭，在磁力攪拌器上攪拌吸附1 h，取抽濾過后的濾液測定其COD和色度。

氧化-混凝-吸附聯(lián)合處理 根據(jù)上述實驗確定的最佳條件，采用混凝-氧化-吸附法對垃圾滲濾液進行聯(lián)合處理后，考察該工藝的處理效果，并確定最佳吸附劑濃度。

1.2.3測定方法

(1)COD測定采用重鉻酸鉀氧化法[9]，去除率(η)采用如下公式計算獲得：

COD0、COD——垃圾滲濾液處理前、后的化學需氧量，mol/L

(2)色度測定采用鉻鈷標準溶液法[10]繪制色度標準曲線(10°～100°)，曲線方程為：y=0.0016x-0.0016(R2=0.9994)，色度去除率(%)計算采用如下公式計算：

色度=a×b

式中：a——稀釋后水樣相當于鈷鉑標準色列的色度

b——水樣稀釋倍數(shù)

A0——垃圾滲濾液處理前的色度

A——垃圾滲濾液處理后的色度

2　結果與討論

2.1CPAM混凝處理垃圾滲濾液

隨著陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)投入量的增加，垃圾滲濾液COD處理前后并沒有太大變化，降解率都低于0.5%，表明單獨使用CPAM的混凝效果較差(如圖1所示)。主要是因為所選擇的垃圾滲濾液為生化處理后的，其中所含還原性物質大多為可溶性小分子有機物，CPAM對其絮凝沉淀作用不明顯；同樣，單獨使用CPAM，對其脫色率也低于5%，可見CPAM對垃圾滲濾液的處理幾乎沒什么效果。這是因為CPAM主要對大分子有機物有良好的去除效果，而實驗中的垃圾滲濾液由于經過生物處理，只含有小分子有機物和極少量微粒，當水中的有機物質全部溶解，且也沒有以顆粒狀形式存在的情況下，CPAM的混凝作用不明顯。

圖1　CPAM的用量對垃圾滲濾液COD及色度去除的影響

2.2氧化處理垃圾滲濾液COD及色度

單獨采用混凝對去除垃圾滲濾液COD和脫色效果較差，不能滿足實驗要求。選擇以高錳酸鉀在酸性條件下氧化處理(酸性環(huán)境下，KMnO4氧化性最強)，實驗結果如圖2所示。隨著高錳酸鉀(16 g/L)投加量的增加，垃圾滲濾液的COD降解率不斷增大，當投入量為30 mL時，降解率達到最大值為83.84%，此后再增加高錳酸鉀的量，COD降解率不發(fā)生變化。在反應過程中有大量沉淀物產生，這是因為高錳酸鉀氧化有機物時自身一部分被還原為二氧化錳沉淀，以及一小部分有機物與錳離子產生共沉淀。

圖2　KMnO4用量對垃圾滲濾液COD及色度去除的影響

2.3吸附處理垃圾滲濾液COD 及色度

單獨使用粉末狀活性炭對垃圾滲濾液COD的去除仍不明顯，在實驗范圍內降解率最高不超過5%，表明單獨使用活性炭對溶液中有機物的吸附作用效果較差。相反，活性炭對色度去除效果有較大提高，脫色率達到40%，但低于實驗預期。這是因為活性炭對有色物質的物理吸附作用則較為明顯，但對還原性小分子有機物的物理吸附作用較差。

圖3　活性炭用量對垃圾滲濾液COD及色度去除的影響

2.4氧化-共混-吸附聯(lián)合處理垃圾滲濾液COD 及色度

表3　幾種處理方法對COD及色度去除效果比較

單獨采用混凝、氧化和吸附均不能很好的去除滲濾液的COD及色度。按單獨處理實驗確定的最佳工藝條件，采用先氧化，再用CPAM混凝，最后活性炭吸附的氧化-混凝-吸附聯(lián)合處理工藝，經過對垃圾滲濾液進行多次重復實驗，得出水COD 為121.3 mg/L，色度為51.8°，去除率分別可達93.3%和98.8%，較單獨使用氧化處理提高COD去除率近10%，實驗效果顯著增強，達到實驗預期且運行穩(wěn)定。幾種處理方法的效果比較，如表3所示。

3　結　論

不同的處理方法對生化處理后垃圾滲濾液COD和色度的深度去除效果有較大差異，化學氧化法明顯優(yōu)于物理法。以高錳酸鉀化學氧化法處理的COD和色度最大去除率為83.84%和96.1%；氧化-混凝-吸附聯(lián)合處理為代表的物-化聯(lián)合處理效果最好，其COD和色度去除率分別達到93.3%和98.8%。由此可見，對于垃圾滲濾液的深度處理，選用以物理-化學聯(lián)合處理的氧化-混凝-吸附聯(lián)合處理法對垃圾滲濾液的深度處理能取得理想結果。由于高錳酸鉀氧化后會產生氧化錳沉淀及錳離子，導致環(huán)境污染，可以考慮選用清潔高效臭氧氧化代替高錳酸鉀氧化，為其在工業(yè)廢水資源化利用提供新的技術支持。

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Experimental Study on the Treatment of Landfill Leachate by Oxidation-coagulation-adsorption Combined Treatment Process*

DENG Hong-mei,CHEN Zhi

(School of Chemistry and Chemical Engineering,Chongqing University of Technology,Chongqing 400054,China)

The oxidation,coagulation,adsorption and three combined treatment processes were applied to remove the COD and chroma of landfill leachate.The results showed that the removal rates of COD and chroma were poor when only using coagulation method,only 0.33% and 4.62% respectively.The removal rates of COD and chroma were significantly improved when using potassium permanganate oxidation,83.84% and 96.05% respectively,and the optimal concentration was 0.48 g/L.The experimental results were satisfactory when using oxidation-coagulation-adsorption combined treatment process,and the potassium permanganate optimal dosage was 0.48 g/L,the dosage of activated carbon was 0.9 g/L,the removal rates of COD and chroma were 93.31% and 98.82%,respectively.

cationic polyacrylamide(CPAM);landfill leachate;COD;chroma;removal rate

重慶市教委科學技術研究項目(No：KJ130814)。

鄧紅梅(1992-)，女，主要從事水處理藥劑的研發(fā)。

陳志(1979-)，男，副教授，博士，碩導，主要從事工業(yè)水處理藥劑等精細化工產品的開發(fā)研究。

X703.1

A

1001-9677(2016)04-0034-03