PFZSSB无机高分子絮凝剂在垃圾渗滤液处理中的应用

© 2014由Elsevier B.V.发布。信息工程研究院负责评选和同行评议可在www.sciencedirect.com上在线获取ScienceDirectIERI Procedia 9（2014）64 - 702014年环境系统科学与工程PFZSSB在垃圾渗滤液李素琴a*，方素珍a，何赛a，郝英俊a，熊国宏ba北京科技大学冶金与生态工程学院，北京，100083b北京迈尔德科技有限公司，中国北京，邮编：摘要难降解垃圾渗滤液具有成分复杂、微纳米颗粒污染物含量高的特点.目前采用生化法处理，但由于难降解有机物的存在，使出水难以达标排放和回用。研制了一种新型无机高分子絮凝剂-含硼酸基的聚硅酸硫酸锌铁（PFZSSB）。特别适用于微纳米级有机污染物的去除。研究了垃圾渗滤液深度处理中这些污染物的去除。结果表明，PFZSSB处理效果良好，对NH3-N、COD和浊度的去除率分别达到13.68%、51.09%和59.09%。该处理工艺高效、简便、成本大大降低。© 2014作者。由爱思唯尔公司出版 这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/）。信息工程研究院负责评选和同行评议关键词：废水;絮凝; PFZSSB ;深度处理; GC-MS1. 介绍垃圾填埋法是城市生活垃圾处理的一种常用方法[1]。虽然现在使用其他替代方法，包括焚烧，堆肥和热解，但并不是所有的城市生活垃圾都可以根据不同的条件进行处理。焚烧后约有10~20%的残留物必须填埋[2]。** 通讯作者。电话：+ 86 10 82376226;传真：+86 10 62332786邮箱地址：lisuqin@metall.ustb.edu.cn2212-6678 © 2014作者由爱思唯尔公司出版 这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/）。信息工程研究所负责的选择和同行评审Suqin Li等/ IERI Procedia 9（2014）6465垃圾渗滤液是一个重大的环境问题，因为它的排放可能会对地表水和地下水造成严重污染[3]。渗滤液中含有大量的有机物和无机物，如氨氮、腐殖质、氯代有机物、重金属以及无机盐等[4-5]。渗滤液存在一定的潜在危险性已被证实。因此，通常需要对其进行处理，以达到排放到天然水域的标准。确定最合适的处理方法和最佳的运行条件，实现垃圾渗滤液污染物的最大去除率与处理工艺的相容性是非常重要的。为了去除垃圾渗滤液中的污染物，该工艺中采用了多种方法，即混凝-絮凝法[6-8]、生物法、SBR及其改性法[9-12]、气提法、上流式厌氧污泥床（UASB）[13]、吸附法[14-15]、离子交换法等。混凝-絮凝法是一种相对简单的物理化学技术，主要用于去除垃圾渗滤液中的重金属和难生物降解的有机物。垃圾渗滤液作为高浓度难降解有机废水，在实际生产中，采用普通生物法处理后的渗滤液水质状况难以达标排放。针对生化处理后渗滤液的特点，研制了一种新型高效无机复合絮凝剂-聚硅酸硫酸铝硼酸锌（PFZSSB）。2. 材料和方法试剂：1%NaOH和HCl溶液、硅酸钠（AR）、硫酸铁（AR）、硫酸铝（AR）等试剂，用蒸馏水配制成溶液。所用絮凝剂为自制絮凝剂。实验仪器：絮凝搅拌装置（JBY-“）、恒温磁力搅拌器（HJ-3）、紫外多参数智能速测仪（5 B-3B（V））、便携式pH计。原污水样品取自安定垃圾填埋场，置于调压池中。原水COD、NH3-N、pH和浊度分别为1500 mg/L、284 mg/L、8.1和6.3NTU。絮凝实验使用程序控制的烧杯试验装置-絮凝和搅拌装置（JBY-“）在室温下进行。采用扫描电镜（SEM）对处理前后的物质进行分析，采用气相色谱-质谱（GC-MS）对渗滤液和絮凝处理后的上清液中的有机物进行分析。3. 结果和讨论3.1. 实验结果对于渗滤液生化处理后的废水，当投加量为4 mL/L，pH值为6左右时，COD、NH3-N和浊度的去除率分别为51.09%、13.68%和59.09%。与其它絮凝剂相比，PFZSSB的深度处理效果最好。66Suqin Li等/ IERI Procedia 9（2014）64图1不同絮凝剂3.2. PFZSSB剂量不同的废水需要不同的絮凝剂投加量，因为投加量与废水中的污染物有关。为了获得更好的效果，选择合适的剂量是很重要的。图2表明，随着絮凝剂投加量的增加，COD和浊度的去除率增强，当絮凝剂投加量为4 ml/L（100 mg/L）时，COD和浊度的去除率达到最大。当絮凝剂用量过大时，会产生胶体保护作用。完整胶体颗粒的吸附表面被聚合物包裹后，如果两个颗粒过于封闭，则会发生聚合物互斥现象。综合成本和实际效果，PFZSSB投加量为100 mg/L时，COD、氨氮和浊度的去除率分别为51.09%、13.68%和59.09%。在混凝过程中，PFASSB投加量为100 mg/L时，絮体迅速形成，沉降速度最快。根据絮凝机理，絮凝剂可以压缩胶体颗粒表面的双电层，使其厚度减小。粒子间的静电斥力也随之减小。当絮凝剂浓度达到一定值时，颗粒开始凝聚，凝聚电位为0，胶体排斥电位消失，颗粒间的相互吸引占主导地位。Suqin Li等/ IERI Procedia 9（2014）64674y42图2不同实验条件3.3. 初始pH值pH值对胶粒表面电荷的Z电位、絮凝剂的性质等有较大的影响，从而影响絮凝效果。pH值不同，水解液的形态各异，絮凝效果也不同。pH值较低时，矾花不易形成。结果表明，在初始pH值时，COD、NH3- N和浊度的去除率最大，分别为51.09%、13.68%和59.09%。同时，溶液中的Fe3+、Al2+能迅速水解，生成大量水解产物，充分发挥絮凝性能。在酸性条件下，Fe3+的水解反应式为xFe3+ +yH2 O=Fex（OH）3x-y+yH+，水解产物为Fe（OH）2+→Fe2（OH）4+，Fe3（OH）5+。水解液表面的正电荷可以中和胶体污染物的负电荷，絮凝剂可以很好地发挥絮凝作用。在碱性条件下，水解产物主要为Fe（OH）3·Fe（OH）-。 然后效果很差，因为中和消失了。如pH68Suqin Li等/ IERI Procedia 9（2014）64聚合度高的无机聚合物和荷电点的形成，并发展成氢氧化物沉淀。此时，絮凝剂的性能表现为吸附架桥和结网机理。3.4. 动力学因素图2显示慢速搅拌时间对浊度去除率影响不大，随着慢速时间的延长，浊度去除率下降。10 min时COD去除率为31.06%，20 min时COD去除率为23.95%。综合考虑，慢速搅拌时间为10min时，COD和浊度的去除率最佳。同样，快速搅拌时间几乎没有影响。而COD的去除率在1min内达到最大值35.45%。混凝过程中的动力学因素对絮体的生成有影响。整个混凝过程分为混合和反应两个阶段。为了使絮凝剂均匀地扩散到水中，需要在短时间内快速完成混合。在反应过程中，为避免絮体飞散，应降低搅拌强度。最后，通过对动力学因素的筛选，确定了最佳搅拌条件为200 r/min快速搅拌1 min，50 r/min慢速搅拌10 min。3.5. 有机体成分分析经GC-MS检测，生化处理后的废水中有机物种类为29种（图3）。高级絮凝后，一些有害污染物被絮凝体去除。烷烃多为高级饱和烃类，属难降解有机物。RT：0.00 - 25.02SM：7G10090807060504030201000.722.603.856.307.518.669.3711.3912.9714.5516.1417.9121.1322.6224.17NL：3.13E7TIC F：MS红色20分钟-不分流-No-090 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24时间（分钟）图3絮凝后有机污染物的GC-MS形态渗滤液絮凝前后有机物的形态物种烯烃酯醛酮眼科学絮凝前11122絮凝后01011相对丰度Suqin Li等/ IERI Procedia 9（2014）6469由表1可知，检测有机物多为烷烃、烯烃、酯类、醛类、酮类、醚类和邻苯二甲酸类，分子量基本在500以下。絮凝后，烯烃、醛、酮和邻苯二甲酸类化合物的种类减少。推测大分子有机物以絮体的形式沉降，部分化合物与金属离子络合后分解为小分子有机物。经絮凝处理后，部分难降解化合物得到有效去除。一些有害污染物被去除以降低毒性。3.6. SEM分析图4表明，处理前，渗滤液中的污染物以颗粒状或胶体状分散。而PFZSSB投加后，絮体结构更加紧密。由于絮凝作用，颗粒物质和胶体物质被包装在大而密的絮体中。从絮体形态角度可以看出，PFZSSB具有较强的吸附架桥和沉淀缠结作用，有利于不稳定颗粒的聚集和沉降。悬浮物、胶体颗粒和混凝剂水解产物形成的絮体结构上紧密附着着大量的小颗粒。由于其在颗粒间的稳定性较强，不易被破坏图4 PFZSSB（a）、处理前污染物（b）和处理后絮体（c）的扫描电镜4. 结论对PFZSSB投加量、动力学条件和pH进行了试验，在最佳投加量为4 ml/L，快速搅拌时间为1 min（200 r/min），慢速搅拌时间为10 min（50 r/min），不调节pH的条件下，COD、NH3-N和浊度的去除率分别为51.09%、13.68%和59.09%。扫描电镜分析表明，PFZSSB是由硫酸根、硅酸根、硼、锌、铁等基团聚合而成。由于这些基团相互聚集，絮凝剂对胶体的稳定性有较强的破坏能力，且絮体较大，易于吸附和桥接污染物颗粒。金属离子在水中水解，中和悬浮物和胶体颗粒的电荷。总之，新型絮凝剂在不改变原有常规处理工艺的情况下，具有COD去除率高、投资和运行费用低、操作简便等优点，具有很好的应用前景。70Suqin Li等/ IERI Procedia 9（2014）64确认本研究得到了国家自然科学基金（51174031）的资助引用[1] A. Kurniawan，W.罗，G.Y.S. Chan，Radicals-catalyzed oxidation reactions for degradation ofammonia citrant compounds from wrench leachate，Chem. Eng. J. 125（2006）35[2] Primo，A. Rueda，M.J. Rivero，I.林文辉，垃圾渗滤液处理中的Fenton反应-超滤联合工艺，北京，北京，2003。Eng. Chem. Res. 47（2008）946[3] Y. Deng，J.D.恩格尔哈特Fenton法处理垃圾渗滤液，Water Res. 40（2006）3683-3694。[4] D.放大图片作者：J.P. Quemeneur，通过组合物理化学-纳米过滤工艺处理稳定的垃圾渗滤液[5] F. 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