一種復(fù)合型絮凝劑處理垃圾滲濾液的研究
摘要：以氯化鋁、雙氰胺、甲醛等為原料制備出一種有機(jī)無機(jī)復(fù)合型絮凝劑（OICF），并用于福州市紅廟嶺衛(wèi)生填埋場(chǎng)垃圾滲濾液的預(yù)處理試驗(yàn)，系統(tǒng)考察了其對(duì)滲濾液進(jìn)行處理時(shí)的最優(yōu)條件。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，OICF對(duì)滲濾液原水、厭氧池出水和二沉池出水有很強(qiáng)的絮凝和脫色效果，廢水的COD去除率可分別達(dá)到81.0%、34.86%和48.74%以上，色度去除率均可達(dá)到50%以上。對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明，OICF處理垃圾滲濾液的絮凝綜合性能明顯優(yōu)于聚合氯化鋁（PAC）。
關(guān)鍵詞：復(fù)合絮凝劑；絮凝沉降；垃圾滲濾液；去除；處理
隨著城市化的不斷加劇，全世界范圍內(nèi)的垃圾正日益增加[1]。目前，國內(nèi)外處理處置這些垃圾的方法主要有焚燒、堆肥、填埋和綜合利用等[2]。其中垃圾衛(wèi)生 填埋法因具有工藝簡單、技術(shù)成熟、處理費(fèi)用低、管理和運(yùn)輸方便等優(yōu)點(diǎn)而被國內(nèi)外廣泛采用[2-3]。垃圾填埋 后將產(chǎn)生大量垃圾滲濾液，其來源主要有以下三種方式：（1）進(jìn)入填埋場(chǎng)底部的大氣降水、地表水和地下水等；（2）垃圾本身攜帶的水分；（3）垃圾分解過程中產(chǎn)生的水。由其產(chǎn)生途徑可知垃圾滲濾液成分復(fù)雜，有機(jī)物濃度高且水質(zhì)水量變化較大，處理難度較大，尤其 是填埋后期，隨著氨氮和COD濃度加大，更增加了生化處理的難度[4]。在通常情況下，一般采取預(yù)處理→ 生物處理（SBR）→后續(xù)處理的工藝流程。絮凝沉降法 是水處理中常用的重要方法[5]，同樣適用于垃圾滲濾 液的處理。在垃圾滲濾液處理中引入絮凝劑預(yù)處理，不僅工藝簡單，且可預(yù)先去除部分COD、色度等有害物質(zhì)，大大提高了滲濾液的可生化性，減少了后續(xù)處理的負(fù)荷。無機(jī)高分子絮凝劑是一類非常有效的強(qiáng)化 固液分離物質(zhì)，因其高效低毒等特性常用于給水和排 水的物化處理工藝中[6]。但單純使用無機(jī)絮凝劑處理的成本較高，因此，本文旨在通過將有機(jī)和無機(jī)絮凝劑復(fù)合處理垃圾滲濾液，既能達(dá)到高效和價(jià)廉的預(yù)處理效果，又能將污泥量控制在一定的范圍使其不對(duì)環(huán) 境造成二次污染[7]，具有較好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值和推廣應(yīng)用前景。
1.實(shí)驗(yàn)部分
1.1實(shí)驗(yàn)原料
聚合氯化鋁、硫酸鋁、氯化鐵、雙氰胺、甲醛等為 工業(yè)純；硫酸亞鐵銨、硫酸、硝酸、鹽酸、高錳酸鉀、重 鉻酸鉀、過氧化氫、硫酸亞鐵、尿素、硫脲等為分析純。
1.2復(fù)合絮凝劑的制備
氯化鋁水解過程中釋放出H+，利用雙氰胺-甲醛縮聚物制備過程中需要消耗H+的機(jī)理促進(jìn)氯化鋁發(fā)生聚合反應(yīng)，進(jìn)而制備出有機(jī)無機(jī)復(fù)合型絮凝劑 OICF。制備工藝如下：將氯化鋁溶解于水中，在90℃ 下加入雙氰胺、硫脲、尿素和催化劑后慢慢滴加甲醛， 反應(yīng)4h后，降至常溫，即得黏稠透明的有機(jī)無機(jī)復(fù)合 型絮凝劑OICF。
1.3垃圾滲濾液水質(zhì)指標(biāo)
實(shí)驗(yàn)所處理垃圾滲濾液取自福州市紅廟嶺垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)污水處理廠，各池出水水質(zhì)如表1所示。
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1.4實(shí)驗(yàn)方法
采用燒杯攪拌試驗(yàn)[8]取1000mL水樣置于1000mL 燒杯中，按不同的絮凝劑投加量、廢水溫度及pH值等 實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行操作，以100~120r/min的速度攪拌1~2 min，待反應(yīng)平衡后，靜置沉降一定時(shí)間，然后分離上 清液進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)。
1.5水質(zhì)分析
污泥含水率的測(cè)定采用濾紙法[9]；COD測(cè)試參照 重鉻酸鉀法GB11914-89；色度測(cè)試參照稀釋倍數(shù)法 GB11903-89；pH值的測(cè)定參照電極法GB6920-86。
2 結(jié)果與討論
2.1絮凝條件的優(yōu)選
為了綜合研究OICF的絮凝性能，測(cè)定OICF對(duì)滲濾液的COD和色度等的去除率情況，以垃圾滲濾濾液原廢液、厭氧池出水、二沉池出水為處理對(duì)象，對(duì)各種影響絮凝作用的因素（如絮凝劑用量、廢水pH值 及廢水溫度）進(jìn)行了系統(tǒng)研究以獲得最佳的絮凝效果，為產(chǎn)品的進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供參數(shù)。
2.1.1 OICF投加量的影響
取1000mL三種廢水，在未采用酸或堿調(diào)節(jié)pH值、室溫的條件下，滴加不同量的OICF進(jìn)行處理，經(jīng)過相同的攪拌和靜置時(shí)間，其COD去除效果見圖1。由圖1可以看出，當(dāng)絮凝劑投加量在100~800 mg/L時(shí)，OICF對(duì)三種垃圾滲濾液的COD均有一定程度的去除。其中，由圖1中可以明顯看出，滲濾液原水的COD去除效果最佳，厭氧池出水和二沉池出水 的處理效果相當(dāng)；三者的COD去除率最高可分別達(dá) 到85.9%、40.8%和49.0%。三條曲線雖然沒有統(tǒng)一的升降規(guī)律，但是可以發(fā)現(xiàn)在超過一定投加量后，隨著OICF用量的增加，COD去除率的值都呈現(xiàn)出一種下降趨勢(shì)。 這是因?yàn)镺ICF是一種復(fù)合絮凝劑，在較小投加量范圍 時(shí)，絮凝劑的有機(jī)和無機(jī)部分能夠起到協(xié)同作用取得很好的處理效果；但是隨著用量不斷增加，其中無機(jī)部分去除COD的作用受到限制且有機(jī)部分反而增大了廢水的COD。因此，綜合考察確定OICF處理三種廢水的最佳用量分別為438mg/L、584mg/L和584mg/L。
2.1.2 pH值的影響
將三種滲濾液的pH值分別調(diào)節(jié)到4、5、6、7和8， 并依次加入各自最佳投加量的OICF進(jìn)行絮凝試驗(yàn)。 圖2為pH值與三種滲濾液COD去除率關(guān)系圖。
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由圖2可以看出，由于所處理對(duì)象的水質(zhì)差異， OICF處理三種垃圾滲濾液的效果隨pH值的增加并沒有相似的變化趨勢(shì)。對(duì)于高COD濃度的滲濾液原水，在pH＝4~8范圍內(nèi)，COD的去除率都能達(dá)到77% 以上，因此OICF處理滲濾液原水時(shí)，適用的pH值范圍廣泛。但是OICF處理厭氧池出水時(shí)，pH值的影響較為明顯。在pH＝4~7范圍內(nèi)，COD的去除率值都比 較低，在pH＝7時(shí)，該值取得最大43.3%。當(dāng)用于處理二沉池出水時(shí)，COD的去除率都能達(dá)到30%以上，但當(dāng)pH=8時(shí)獲得最佳效果，COD去除率為46.6%。試驗(yàn)結(jié)果說明，采用OICF處理三種垃圾滲濾液的實(shí)際 應(yīng)用過程中，必須先根據(jù)不同滲濾液的實(shí)際情況進(jìn)行酸堿調(diào)節(jié)處理。
2.1.3溫度的影響
分別取系列廢水樣品，在絮凝劑用量和廢水pH值相同的條件下加熱攪拌，使絮凝反應(yīng)在不同溫度下進(jìn)行，便于考察溫度對(duì)OICF處理垃圾滲濾液絮凝效果的影響。試驗(yàn)結(jié)果見圖3。
如圖3所示，在試驗(yàn)條件下，由于反應(yīng)及沉降時(shí) 間較為充分，OICF對(duì)三種垃圾滲濾液COD的去除率隨溫度變化并無明顯變化，溫度對(duì)OICF處理該垃圾滲濾液絮凝效果幾乎不存在影響，由此可知，OICF的實(shí) 際應(yīng)用可以在常溫下進(jìn)行，且不受季節(jié)和區(qū)域的限制。
2.1.4 攪拌速度和時(shí)間
攪拌速度和時(shí)間選擇得當(dāng)，有利于絮凝劑發(fā)揮作用，可以促進(jìn)絮凝效果的提高。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，OICF 絮凝試驗(yàn)的攪拌速度以80~120r/min為宜，攪拌時(shí)間 以3~5min為宜。若攪拌速度過快，時(shí)間過長，易將已生成的礬花打碎阻礙絮體沉降，降低絮凝效果；反之，則會(huì)使絮凝劑的固體顆粒不能充分接觸和捕集膠體 顆粒，也不能使絮體沉降，且絮凝劑的濃度分布不均也不利于絮凝作用的發(fā)揮。
2.2 對(duì)比試驗(yàn)
2.2.1 絮凝性能對(duì)比
為了進(jìn)一步驗(yàn)證OICF處理垃圾滲濾液效果的優(yōu)越性，本文將OICF和聚合氯化鋁（PAC）對(duì)三種垃圾滲濾液進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。
從表2中可以看出，OICF用于處理三種垃圾滲濾液的效果均優(yōu)于聚鋁，處理二沉池出水COD的去除率及厭氧池出水的色度去除率雖然相近或者等同，但用量大大小于PAC，且處理時(shí)幾乎不用進(jìn)行酸堿調(diào)節(jié)，既節(jié)約成本又簡化了操作。說明此絮凝劑可以被廣泛地用于垃圾滲濾液的無害化處理。
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2.2.2 化學(xué)污泥性能比較
用烘干法測(cè)定上述兩種絮凝劑處理三種垃圾滲濾液后產(chǎn)生的污泥含水率（表3）。結(jié)果表明用OICF處理后產(chǎn)生的污泥質(zhì)量小于用PAC處理后產(chǎn)生的污 泥質(zhì)量，且污泥含水率低。這說明用OICF處理垃圾滲濾液不但可以提高處理效果，而且還可以大大減少后續(xù)工段中污泥的處理成本。
3.結(jié)論
（1）以制備出的有機(jī)無機(jī)復(fù)合絮凝劑OICF處理三種垃圾滲濾液，發(fā)現(xiàn)其絮凝效果與OICF投加量密切相關(guān)。當(dāng)OICF投加量為438mg/L、584mg/L和584mg/L 時(shí)，滲濾液原液、厭氧池出水及二沉池出水的COD的 去除率可分別達(dá)到85.9%、40.8%和49.0%。OICF適用的pH值和溫度范圍較為寬泛，對(duì)上述三種廢水pH值可 取7、7、8；溫度取室溫即可。攪拌速度和時(shí)間的影響也較關(guān)鍵，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：OICF絮凝試驗(yàn)的攪拌速度以80~ 120r/min為宜，攪拌時(shí)間以3~5min為宜。
（2）與PAC處理三種垃圾滲濾液的對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，OICF的絮凝效果，性價(jià)比明顯優(yōu)于PAC。且經(jīng)OICF處理后的垃圾滲濾液含污泥質(zhì)量少，污泥含水率低，減少了后續(xù)構(gòu)筑物的負(fù)荷及處理污泥的成本。
（3）OICF處理垃圾滲濾液處理垃圾滲濾液具有投 藥量少、絮凝效果好、處理成本低、對(duì)環(huán)境無污染及減 少后續(xù)處理負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)，因此具有推廣應(yīng)用價(jià)值。
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