一种复合型絮凝剂处理垃圾渗滤液的研究

Posted 2023-01-14 絮凝

篇首语：人的天职在勇于探索真理。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了一种复合型絮凝剂处理垃圾渗滤液的研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

摘要：以氯化铝、双氰胺、甲醛等为原料制备出一种有机无机复合型絮凝剂（OICF），并用于福州市红庙岭卫生填埋场垃圾渗滤液的预处理试验，系统考察了其对渗滤液进行处理时的最优条件。试验发现，OICF对渗滤液原水、厌氧池出水和二沉池出水有很强的絮凝和脱色效果，废水的COD去除率可分别达到81.0%、34.86%和48.74%以上，色度去除率均可达到50%以上。对比试验结果表明，OICF处理垃圾渗滤液的絮凝综合性能明显优于聚合氯化铝（PAC）。

关键词：复合絮凝剂；絮凝沉降；垃圾渗滤液；去除；处理

随着城市化的不断加剧，全世界范围内的垃圾正日益增加[1]。目前，国内外处理处置这些垃圾的方法主要有焚烧、堆肥、填埋和综合利用等[2]。其中垃圾卫生填埋法因具有工艺简单、技术成熟、处理费用低、管理和运输方便等优点而被国内外广泛采用[2-3]。垃圾填埋后将产生大量垃圾渗滤液，其来源主要有以下三种方式：（1）进入填埋场底部的大气降水、地表水和地下水等；（2）垃圾本身携带的水分；（3）垃圾分解过程中产生的水。由其产生途径可知垃圾渗滤液成分复杂，有机物浓度高且水质水量变化较大，处理难度较大，尤其是填埋后期，随着氨氮和COD浓度加大，更增加了生化处理的难度[4]。在通常情况下，一般采取预处理→ 生物处理（SBR）→后续处理的工艺流程。絮凝沉降法是水处理中常用的重要方法[5]，同样适用于垃圾渗滤液的处理。在垃圾渗滤液处理中引入絮凝剂预处理，不仅工艺简单，且可预先去除部分COD、色度等有害物质，大大提高了渗滤液的可生化性，减少了后续处理的负荷。无机高分子絮凝剂是一类非常有效的强化固液分离物质，因其高效低毒等特性常用于给水和排水的物化处理工艺中[6]。但单纯使用无机絮凝剂处理的成本较高，因此，本文旨在通过将有机和无机絮凝剂复合处理垃圾渗滤液，既能达到高效和价廉的预处理效果，又能将污泥量控制在一定的范围使其不对环境造成二次污染[7]，具有较好的社会经济价值和推广应用前景。

1.实验部分

1.1实验原料

聚合氯化铝、硫酸铝、氯化铁、双氰胺、甲醛等为工业纯；硫酸亚铁铵、硫酸、硝酸、盐酸、高锰酸钾、重铬酸钾、过氧化氢、硫酸亚铁、尿素、硫脲等为分析纯。

1.2复合絮凝剂的制备

氯化铝水解过程中释放出H+，利用双氰胺-甲醛缩聚物制备过程中需要消耗H+的机理促进氯化铝发生聚合反应，进而制备出有机无机复合型絮凝剂 OICF。制备工艺如下：将氯化铝溶解于水中，在90℃ 下加入双氰胺、硫脲、尿素和催化剂后慢慢滴加甲醛，反应4h后，降至常温，即得黏稠透明的有机无机复合型絮凝剂OICF。

1.3垃圾渗滤液水质指标

实验所处理垃圾渗滤液取自福州市红庙岭垃圾卫生填埋场污水处理厂，各池出水水质如表1所示。

1.4实验方法

采用烧杯搅拌试验[8]取1000mL水样置于1000mL 烧杯中，按不同的絮凝剂投加量、废水温度及pH值等实验条件进行操作，以100～120r/min的速度搅拌1～2 min，待反应平衡后，静置沉降一定时间，然后分离上清液进行各项指标的检测。

1.5水质分析

污泥含水率的测定采用滤纸法[9]；COD测试参照重铬酸钾法GB11914-89；色度测试参照稀释倍数法 GB11903-89；pH值的测定参照电极法GB6920-86。

2 结果与讨论

2.1絮凝条件的优选

为了综合研究OICF的絮凝性能，测定OICF对渗滤液的COD和色度等的去除率情况，以垃圾渗滤滤液原废液、厌氧池出水、二沉池出水为处理对象，对各种影响絮凝作用的因素（如絮凝剂用量、废水pH值及废水温度）进行了系统研究以获得最佳的絮凝效果，为产品的进一步推广应用提供参数。

2.1.1 OICF投加量的影响

取1000mL三种废水，在未采用酸或碱调节pH值、室温的条件下，滴加不同量的OICF进行处理，经过相同的搅拌和静置时间，其COD去除效果见图1。由图1可以看出，当絮凝剂投加量在100～800 mg/L时，OICF对三种垃圾渗滤液的COD均有一定程度的去除。其中，由图1中可以明显看出，渗滤液原水的COD去除效果最佳，厌氧池出水和二沉池出水的处理效果相当；三者的COD去除率最高可分别达到85.9%、40.8%和49.0%。三条曲线虽然没有统一的升降规律，但是可以发现在超过一定投加量后，随着OICF用量的增加，COD去除率的值都呈现出一种下降趋势。这是因为OICF是一种复合絮凝剂，在较小投加量范围时，絮凝剂的有机和无机部分能够起到协同作用取得很好的处理效果；但是随着用量不断增加，其中无机部分去除COD的作用受到限制且有机部分反而增大了废水的COD。因此，综合考察确定OICF处理三种废水的最佳用量分别为438mg/L、584mg/L和584mg/L。

2.1.2 pH值的影响

将三种渗滤液的pH值分别调节到4、5、6、7和8，并依次加入各自最佳投加量的OICF进行絮凝试验。图2为pH值与三种渗滤液COD去除率关系图。

由图2可以看出，由于所处理对象的水质差异， OICF处理三种垃圾渗滤液的效果随pH值的增加并没有相似的变化趋势。对于高COD浓度的渗滤液原水，在pH＝4～8范围内，COD的去除率都能达到77% 以上，因此OICF处理渗滤液原水时，适用的pH值范围广泛。但是OICF处理厌氧池出水时，pH值的影响较为明显。在pH＝4～7范围内，COD的去除率值都比较低，在pH＝7时，该值取得最大43.3%。当用于处理二沉池出水时，COD的去除率都能达到30%以上，但当pH=8时获得最佳效果，COD去除率为46.6%。试验结果说明，采用OICF处理三种垃圾渗滤液的实际应用过程中，必须先根据不同渗滤液的实际情况进行酸碱调节处理。

2.1.3温度的影响

分别取系列废水样品，在絮凝剂用量和废水pH值相同的条件下加热搅拌，使絮凝反应在不同温度下进行，便于考察温度对OICF处理垃圾渗滤液絮凝效果的影响。试验结果见图3。

如图3所示，在试验条件下，由于反应及沉降时间较为充分，OICF对三种垃圾渗滤液COD的去除率随温度变化并无明显变化，温度对OICF处理该垃圾渗滤液絮凝效果几乎不存在影响，由此可知，OICF的实际应用可以在常温下进行，且不受季节和区域的限制。

2.1.4 搅拌速度和时间

搅拌速度和时间选择得当，有利于絮凝剂发挥作用，可以促进絮凝效果的提高。试验结果发现，OICF 絮凝试验的搅拌速度以80～120r/min为宜，搅拌时间以3～5min为宜。若搅拌速度过快，时间过长，易将已生成的矾花打碎阻碍絮体沉降，降低絮凝效果；反之，则会使絮凝剂的固体颗粒不能充分接触和捕集胶体颗粒，也不能使絮体沉降，且絮凝剂的浓度分布不均也不利于絮凝作用的发挥。

2.2 对比试验

2.2.1 絮凝性能对比

为了进一步验证OICF处理垃圾渗滤液效果的优越性，本文将OICF和聚合氯化铝（PAC）对三种垃圾渗滤液进行了实验室对比试验，试验结果见表2。

从表2中可以看出，OICF用于处理三种垃圾渗滤液的效果均优于聚铝，处理二沉池出水COD的去除率及厌氧池出水的色度去除率虽然相近或者等同，但用量大大小于PAC，且处理时几乎不用进行酸碱调节，既节约成本又简化了操作。说明此絮凝剂可以被广泛地用于垃圾渗滤液的无害化处理。

2.2.2 化学污泥性能比较

用烘干法测定上述两种絮凝剂处理三种垃圾渗滤液后产生的污泥含水率（表3）。结果表明用OICF处理后产生的污泥质量小于用PAC处理后产生的污泥质量，且污泥含水率低。这说明用OICF处理垃圾渗滤液不但可以提高处理效果，而且还可以大大减少后续工段中污泥的处理成本。

3.结论

（1）以制备出的有机无机复合絮凝剂OICF处理三种垃圾渗滤液，发现其絮凝效果与OICF投加量密切相关。当OICF投加量为438mg/L、584mg/L和584mg/L 时，渗滤液原液、厌氧池出水及二沉池出水的COD的去除率可分别达到85.9%、40.8%和49.0%。OICF适用的pH值和温度范围较为宽泛，对上述三种废水pH值可取7、7、8；温度取室温即可。搅拌速度和时间的影响也较关键，试验发现：OICF絮凝试验的搅拌速度以80～ 120r/min为宜，搅拌时间以3～5min为宜。

（2）与PAC处理三种垃圾渗滤液的对比试验发现，OICF的絮凝效果，性价比明显优于PAC。且经OICF处理后的垃圾渗滤液含污泥质量少，污泥含水率低，减少了后续构筑物的负荷及处理污泥的成本。

（3）OICF处理垃圾渗滤液处理垃圾渗滤液具有投药量少、絮凝效果好、处理成本低、对环境无污染及减少后续处理负荷等优点，因此具有推广应用价值。

[参考文献]
[1]Dong Jun，Zhao Yong-sheng，Rotich K Henry，et al.Im－ pacts of aeration and active sludge addition on leachate re－ circulation bioreactor[J].Journal of Hazardous Materials, 2007,（147）：240-248.
[2]张东翔，陆英梅，黎汉生.硫酸铝絮凝剂处理垃圾渗滤液的特性研究[J].辽宁化工，2004，33（10）：601.
[3]Hamidi Abdul Aziz，et al.Colour removal from landfill leachate by coagulation and flocculation process[J].Biore－ source Technology，2007,（98）：218-220.
[4]黄亚玲，黎志华，陈振雄.混凝剂在垃圾渗滤液处理中的可行性探讨[J].环境卫生：74.
[5]刘明华，张宏.一种复合絮凝剂的絮凝性能及应用研究[J]. 化学研究与应用，2003，15（4）：475-478.
[6]李广科，赵由才.应用铁铝共聚物对垃圾渗滤液进行预处理的研究[J].农业环境科学学报，2004，23（1）：104-106.
[7]Huan Jung-fan，Ien Whei Chen，Ming Hsien Lee，et al. Using FeGAC/H2O2 process for landfill leachate treatment [J].Chemosphere，2007,（67）：1647-1652.
[8]姚重华.混凝剂与絮凝剂[M].北京：中国环境科学出版社， 1991：45-46.
[9]林润惠.纸浆造纸分析与测验[M].北京：中国轻工业出版社，2000，51：314-315. 来源：池明霞，陈国飚，刘明华，姚梅宾，陈国奋