聚合氯化铝和聚丙烯酰胺混凝处理垃圾渗滤液的研究

发布日期:2015-03-31 11:54:46
垃圾渗滤液是垃圾在堆放和填埋过程中由于发酵和降 水的冲刷,地表水和地下水的浸泡而渗出来的污水[1 。它 对地下水和地表水具有极大的潜在危害性,已成为目前环境领域研究的热点[~。垃圾渗滤液的特点主要有有机物浓度高、金属含量高、水质水量变化大等。垃圾渗滤液中COD浓 度较高,为100至几万mg/L不等,聚合氯化铝氨氮浓度有时甚至高达 10 000 mg/L以上w。高浓度的氨氮对微生物具有一定毒性,并且渗滤液中磷的含量相对偏低,导致营养元素比例 失衡W,这也是渗滤液生化处理的难点所在。.
物理化学处理不受水质影响,出水水质比较稳定,尤其 是对B0D/C0D比值较低、难以生物处理的渗滤液有较好的 处理效果,主要目的是去除渗滤液中的有毒有害物质、重金 属离子及氨氮l7i。物化法常作为预处理或深度处理来减轻 生物处理的负荷、冲击作用或进一步提高出水水质,常用的 有吸附法[8]、氧化法191和混凝法U°]。在混凝处理中,无机混 凝剂比有机混凝剂的价格低廉[11]。聚合氯化铝(PAC)是一 种新型高效无机高分子净水剂,已广泛用于生活饮用水和工 业废水M。聚丙烯酰胺(PAM)是现在最常用的助凝剂[131。 笔者研究PAC和PAM复合混凝剂处理垃圾渗滤液,通过调 节混凝的pH和混凝剂投加量来确定最佳的混凝条件及 COD的去除效果,以期为实际的工程试验提供理论参考。
;1材料与方法
1.1垃圾渗滤液水质垃圾渗滤液取自上海江桥垃圾焚烧 厂,试验期间垃圾渗滤液的水质为:pH 4. 73,COD 62 884
mg/L。采用避光保存。
1.2仪器及药品所用仪器有H97-A恒温磁力搅拌器(上 海梅颖浦仪器仪表制造有限公司)、pH3210便携式pH计 (WTW)、KDB-HI C0D&微波消解仪(青岛科迪博电子科技有 限公司)。试验药品有NaOH(上海联试化工试剂有限公 司)、重铬酸钾(上海金联精细化工厂)、硫酸亚铁铵(上海试 四赫维化工有限公司)、PAC和PAM。
1.3试验方法取垃圾渗滤液300 ml于1L烧杯中,用 20% NaOH调节至所需pH。加入一定量的PAC和PAM后, 用磁力搅拌器快速搅拌(200 r/min)l min,慢速搅拌(80 r/min)15 rain,沉淀1 h后取上清液分析检 2结果与分析
2.1最佳PAC投加最的确定在PH8.0,PAC投加量分别 为15、20、25、30和35时,考察COD的去除率和出水pH。
由图1可见,PAC混凝法能够去除垃圾渗滤液中的部分 COD。当PAC投加量为15 g/L时,COD的去除率为19.0%, 随着PAC投加量的增加,COD的去除率先升高后降低,在 PAC投加量为20 g/L时,COD去除率达到最大,为24.1%。 其原因可能为:①PAC是高分子物质,其长链两端吸附胶粒 和悬浮物,形成絮体矾花,最后从水中脱稳沉淀。当PAC投 加量少时,不足以将胶粒架桥连接起来;PAC投加量太多时, 又会产生胶体保护作用,不利于絮体沉淀。②在pH 8.0时, Al3t在水中水解后生成A1(0H)3胶体,A1(0H)3在1>11<8.2 时带正电,水中胶体带负电,它们相互吸引,电性中和,在布 朗运动的作用下相互碰撞形成大的絮体,从水中沉淀;PAC 投加量达到最佳投加量后,继续增大投加量,AI (OH) 3吸附 絮体使絮体带上正电,静电斥力的作用下不利于絮体的沉 淀,从而使COD的去除率降低。③A1(0H)3胶体具有长的 条形结构,表面积很大,活性较高,可以吸附废水中的悬浮颗 粒,使呈分散状态的颗粒形成网状结构,成为更粗大的矾花 而沉淀。但PAC投加量太大时,形成的絮体之间相互支撑, 使胶体颗粒恢复稳定不能沉淀。
PAC混凝沉淀后,出水pH都降低了,并且随着PAC投 加量的增加,出水pH降低的越多(图1)。主要原因是:在 |^8.0时,铝离子在水中幸要以“(〇11)3形式存在,^ +在 水解过程中与水中的0H结合,水中的H +增加,出水的pH 降低。
围1 PAC投加量对COD去除率和出水pH的彩响 Fig. 1 Effects of PAC dosage on CXX) removal rate and effluent pH 2.2最佳初始pH的确定 PAC投加量为20 g/L时,不同
初始pH条件下,考察PAC混凝作用对垃圾渗滤液COD的 去除情况。由图2可见,初始PH对混凝作用有很大的影响, 随着初始pH的增加,COD的去除率逐渐增加,在pH 8.0时, COD的去除率达到最高,为24. 1% ;之后,初始pH继续增 加,COD的去除率降低。
图2初始pH对COD去除率的彩响 Fig. 2 Effects of initial pH on COD ranoval rate
研究表明,pH <3.75时铝盐的水解产物为Al>、 AUOH)2*、A1(0H)/ ;3.75 <PH <5.50 时铝盐的水解产物 为从(0印17“、AIJ(0H)2“ ;5.50<pH<6.75 时铝盐的水 解产物为;6.75 <pH<7.75时铝盐的水解产物 为出现多核聚集体或A1(0H)3溶胶; pH>7.75时铝盐的水解产物为Al ( OH)3溶胶、 Al(〇H)4-[w1。可见,在pH 6. 5时,A1在水中主要以 AU0H),形式存在,高价阳离子AUOH),与垃圾渗 滤液中带负电的胶粒电性中和,粒子在水中不断运动碰撞, 凝结成大的絮体,最后沉淀从水中去除。随pH的增加,A1 开始水解成A1(0H)3 ,A1(0H)3通过电性中和和网捕作用吸 附垃圾渗滤液中的胶粒,最后从水中脱稳,沉淀下来。COD 去除率随着初始pH的增加而逐渐升高,说明了 PAC混凝处 理中Al(OH)3起主要作用。pH 8.5时,A1水解成的A1 (〇H)4_增加,它与胶粒结合,静电斥力影响了絮体的沉降, 故COD去除率降低。
2.3 PAM投加置对混凝效果的彩响鉴于PAC混凝后泥
层较厚和絮体松散,投加PAM来改善混凝效果。PAM作为 一种助凝剂,能够改善絮体结构,促使细小而松散的絮粒变 得粗大而密实,增强絮凝的效果。当pH为8.0,PAC投加量 为20时,PAM投加量与COD去除率的关系见图3。
图3 PAM投加最对COD去除率的彩响 Fig. 3 Effects of PAM dosage on COD removal rate
由图3可见,投加PAM明显增大了 COD的去除率,当 投加5 ml 0.1% PAM后,COD的去除率增大到43,6% ;PAM 投加量增加,COD的去除率也随之升高。PAM投加量为15 ml时,COD的去除率为47.4%。PAC混凝产生的絮体细小、 松散,PAM投加后,长链的PAM通过网捕作用增大絮体的体 积,改善絮体的结构,使絮体变大且密实,提高其沉淀性能, 提高了 COD的去除率。
2.4 PAM投加时间对COD去除率的影响当pH为8.0, PAC投加量为20 g/L,0.1%PAM投加量为15 ml时,bbo必博_bbo必博官网_bbo必博娱乐:考察 PAM不同投加时间对COD去除的影响。由图4可见,不同 时间投加PAM得到不同的COD去除率,PAM投加时间影响 混凝效果。混合阶段投加PAM,COD去除率最大,为47.4% ; 沉淀阶段投加PAM,COD的去除率最小,为42.3%。混合阶 段投加PAM,PAM的长链结构吸附水中的胶粒和悬浮物,另 外PAM的存在改善PAC絮体结构,使PAC吸附形成的絮体 密实。沉淀阶段投加PAM,高分子长链PAM吸附絮体容易 形成胶体保护,胶体间相互支撑,使脱稳的絮体再稳定,降低 COD的去除率。
3结论
(1)在pH为8.0,PAC投加量为20 g/L时,PAC混凝法 处理垃圾渗滤液的效果最好,COD去除率为24.1% ;出水的 pH都有所降低。
(2)投加PAM提高了混凝效果,随着PAM投加量的增 加,COD的去除率随之增加。在pH为8.0,PAC投加量为20 g/L时,投加0.1%PAM 15 ml,COD的去除率达到47.4% ,远 髙于单纯PAC混凝。
(3)PAM在混合阶段投加,COD的去除率最高;在絮凝 阶段投加次之;在沉淀阶段投加,COD去除率最低。
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