活化钢渣处理垃圾渗滤液的研究

梁文文

（防城港市环境监测站，广西 防城港 538001）

活化钢渣处理垃圾渗滤液的研究

梁文文

（防城港市环境监测站，广西 防城港 538001）

文章分析了以钢渣为原料的吸附剂。实验结果表明，静态试验中垃圾渗滤液的pH呈酸性，投加活化钢渣为10g，反应时间为3h时，六价铬的去除率可达到42.9%，氨氮的去除率可到达63.0%。动态试验中活化钢渣对六价铬的最大吸附量为0.077mg/L，对氨氮的最大吸附量为108.32mg/L，与活性碳吸附效果相差不大，在处理垃圾渗滤液具有一定的经济适用价值。

活化钢渣；垃圾渗滤液；六价铬；氨氮；吸附

（一）前言

随着城乡经济水平的不断提高，固体废弃物的产量也越来越大，尤其是城市生活垃圾更是以惊人的速度增长。目前最常见也最能在短时间内缓解垃圾处理问题的方法就是进行固体废物卫生填埋。然而由此产生的垃圾渗滤液对天然水体以及周围环境产生严重的污染。因此，找到一种行之有效而价格低廉的处理方法一直是国内外污水处理的一大难题。

目前我国处理垃圾渗滤液的方法是主要使用活性炭，但其吸附剂成本高，难以重复利用。现今垃圾渗滤液处理技术更多偏向于低成本，效率高的吸附剂。我国作为矿藏储量和重工业发展的大国，钢产量产生的废弃钢渣数量高。钢渣除了自身在钢厂内部循环利用，还用作铁路、公路铺设或者水泥制造和改良土壤。目前钢渣更多受到研究者的关注和开发成为一种新型吸附材料。

研究尝试了利用活化钢渣吸附垃圾渗滤液中的 Cr6+和氨氮，考察了活化钢渣在不同静态试验条件下对垃圾渗滤液中的 Cr6+和氨氮吸附效果的影响以及动态条件下对钢渣对垃圾渗滤液中的Cr6+和氨氮吸附效果的影响。

（二）实验部分

1.试剂与仪器

（1）试剂

氢氧化锌共沉淀剂、高锰酸钾、溴百里酚蓝、氢氧化钠、盐酸、氨标准储备液、铬标准储备液、铬标准使用液；硫酸、磷酸、二苯碳酰二肼、无氨水、硼酸、重铬酸钾、轻质氧化镁、酒石酸钾钠、纳氏试剂。上述试剂均为分析纯。

圾渗滤液取自桂林市冲口垃圾填埋场好氧池，Cr6+=0.427mg/L，NH4+-N=148.1mg/L，pH=8.4-8.6。垃圾渗滤液经氢氧化锌共沉淀液进行褪色处理后备用。钢渣取自柳州市广西钢铁集团公司炼钢分厂，炼钢废渣。

（2）实验仪器

分光光度计；HJ-3数显恒温磁力搅拌器；定氮仪器

2.活性钢渣样品的制备

将钢渣粉碎至平均粒径 1cm左右后浸泡在稀盐酸里放置24小时后用蒸馏水冲洗至冲洗液pH值为7.0。在105℃下烘干，用马弗炉在 500～600℃的情况下煅烧 2h后取出冷却备用。

3.实验内容

（1）静态处理

分别称取50g活化钢渣放入五个100mL烧杯中，改变垃圾渗滤液pH范围在5.0-9.0，反应3h后取样测定Cr6+与氨氮的吸光度；控制垃圾渗滤液的pH在8.0，每小时取样测定Cr6+与氨氮的吸光度；将垃圾渗滤液依次稀释1倍、2倍、5倍、10倍、20倍，控制pH在8.0，反应3h后取样测定Cr6+与氨氮的吸光度。

（2）动态试验

将活化钢渣填入高75cm、直径4.5cm的玻璃柱内，填充高度为20cm。控制流速从液柱顶端向下注入渗滤液使其缓缓通过吸附质，吸附后的溶液每达到100mL时测定Cr6+和氨氮的浓度。

（3）分析方法

用分光光度法测定Cr6+，根据下式计算Cr6+的含量：

其中：m——从标准曲线上查得的Cr6+量，μg；V——水样的体积，mL。

其中：m——由标准曲线查得的氨氮量，mg；V——水样体积，mL。

（三）结果与讨论

1.静态试验分析

（1）吸附时间对吸附的影响：

由图 1可知，对 Cr6+的吸附量在 1h时较低，仅为0.166mg/L，随着吸附反应时间的延长，2h后对Cr6+吸附量快速升高，去除率提高近5%，当吸附量达到0.183mg/L后基本保持不变。从图2可以看出，氨氮则相对要稳定一些，前3h氨氮吸附量迅速达到87.97mg/L，之后的氨氮吸附量趋于平稳并达到饱和，吸附量为92.86mg/L。

图1 Cr6+去除率随时间关系变化

图2 氨氮去除率随时间变化关系

（2）渗滤液pH对吸附的影响

由图 3可看出，酸性和中性条件适合吸附过程的进行。当渗滤液的pH在5.0～6.0时，钢渣对Cr6+的吸附效果基本稳定在0.35mg/L，pH中性时开始略有下降达到0.34mg/L，当垃圾渗滤液呈碱性时吸附量急速下降到0.17mg/L。氨氮的吸附变化趋势如图4，在pH为6.0～7.0时吸附量可达最高，为102.93mg/L，当垃圾渗滤液呈碱性时吸附量迅速降低到了77.01mg/L。由此可以看出，渗滤液pH较低时，对Cr6+和氨氮的吸附较好，而碱性吸附效果较差。

图3 溶液pH对去除Cr6+的影响

图4 溶液pH对去除氨氮的影响

在酸性条件下，钢渣中的Ca、Fe、Mg、Al等元素形成金属盐，易与渗滤液中的 Cr6+离子反应，将 Cr6+还原成无毒的Cr3+，与钙盐、镁盐等形成稳定的盐，从而从渗滤液中除去。渗滤液中Cr6+的含量才比较稳定的保持在较低的范围，去除率较好。到了中性至碱性的阶段，由于钙盐、镁盐逐渐形成了氢氧化物沉淀，刚开始还可以较少的溶解一部分与Cr3+形成氢氧化物沉淀从而除去渗滤液中的Cr6+，但是随着碱性的增大，钙盐、镁盐自身的氢氧化物沉淀趋于稳定不再溶解，从而不能达到降解Cr6+的目的。而氨氮由于在酸性条件下可以进行反应形成较为稳定的盐类，可从渗滤液中除去，因此在酸性及中性条件下去除率较好；而碱性条件导致氨氮结构趋于稳定，去除率降低，这也是垃圾填埋场到了老龄期氨氮含量极其高的原因。

由以上两个实验结论，垃圾渗滤液pH为5.0～7.0，反应时间为3h时，钢渣吸附Cr6+和氨氮效果最好，可作为后续试验的基础条件。

（3）渗滤液浓度对吸附的影响

由图5和图6可知，随着渗滤液浓度的增加，钢渣吸附的量就逐渐增加，曲线逐渐上升直至较为平缓，钢渣吸附量趋于饱和。静态条件下垃圾渗滤液 pH=7.0、反应时间为 3h时，稀释20倍后对Cr6+去除量为0.35mg/L，去除率可达42.9%；对氨氮去除量为104.26mg/L，去除率可达63.0%。

图5 渗滤液浓度对吸附Cr6+的影响

图6 渗滤液浓度对吸附氨氮的影响

2.动态试验分析

投加的活化钢渣是461.7675g（h为20cm），占总吸附柱的三分之一。控制从吸附柱上流下的渗滤液流速为0.052mL/s，得到Cr6+和氨氮的动态吸附曲线如图7和图8。

图7 渗滤液浓度对吸附Cr6+的影响

图8 渗滤液浓度对吸附氨氮的影响

由图7可知，动态条件下，对Cr6+的吸附迅速达到较为平稳的状态，即流速为 0.053ml/s、pH为 7.0、填充钢渣为461.7675g时，Cr6+的吸附量为0.077mg/L。而图8可看到氨氮则呈现出水浓度逐渐上升的趋势，表明钢渣的吸附逐渐达到饱和状态，最后达到平稳，穿透点出现在900毫升的位置，此时吸附量为74.94mg/L。即流速为0.053ml/s、pH为7.0、填充钢渣为461.7675g时，氨氮的吸附量为108.32mg/L。

最后使用活性碳作比较进行了一组动态试验，活性碳投加重量为 241.2303g（h=20cm），占总吸附柱的 1/3，以1.23mL/s的流速自上向下通过活性炭吸附层。即流速为1.23ml/s、pH为7、活性碳投加重量为241.2303g时，对Cr6+吸附量为0.248mg/L，对氨氮的吸附量为115.82mg/L。

（四）结束语

（1）静态试验。投加活化钢渣10g于pH为5.0-7.0的垃圾渗滤液中，反应时间为3h，稀释20倍，钢渣对Cr6+的去除率达到42.9%，对氨氮的去除率可达63.0%。

（2）在动态试验中，活化钢渣对 Cr6+的最大吸附量为0.077mg/L,对氨氮的最大吸附量为108.32mg/L。与活性碳吸附效果相差不大。大于一目的钢渣颗粒比表面积较小，吸附能力较弱；小于80目的钢渣粉末比表面积大，但通透性差，反应耗时长，不能较好的进行吸附。

（3）动态试验中，钢渣与活性炭相比吸附效果相差不大，在实际应用中，由于活性炭需要专门制备又无法重复利用，耗费的资金庞大。而钢渣是钢铁企业的剩余产品，各企业产生的钢渣成分相同，因此来源广泛，无需专门制备。粉碎在40目以下的钢渣对多种重金属和有机物吸附效果几乎达到90%以上，吸附效果好，虽然不能重复利用，但是更节约资金，可以作为废弃物品再利用，有更大的经济效益。

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1008-1151(2011)04-0106-02

2011-01-11

梁文文（1984－），男，防城港市环境监测站助理工程师，研究方向为环境监测、环境影响评价及相关环保研究。