不同混凝剂对垃圾渗滤液的处理效果比较

李壹竹，贾学斌，徐井良

(黑龙江大学 建筑工程学院，哈尔滨 150080)

不同混凝剂对垃圾渗滤液的处理效果比较

李壹竹，贾学斌，徐井良

(黑龙江大学 建筑工程学院，哈尔滨 150080)

利用废弃的粉煤灰制备混凝剂对垃圾渗滤液进行预处理.考察了不同pH值、温度和投量下，垃圾渗滤液中COD和氨氮的去除率，并与传统混凝剂进行比较.研究发现pH值在6～7之间时，三种混凝剂的处理效果达到最佳，粉煤灰混凝剂的处理效果好于传统混凝剂，COD和氨氮最大去除率分别可达73.8%和65.5%；通常温度下，改变温度不会影响混凝剂的处理效果；各混凝剂均存在最佳投加量(约1.5×10-3mol/L)，在相同投量下，自制粉煤灰的处理效果好于传统混凝剂.该项研究不仅解决了垃圾渗滤液的预处理问题，也为粉煤灰的资源化利用探索了新途径.

粉煤灰；混凝剂；垃圾渗滤液；COD；氨氮

随着GB16889-2008的实施，以及进一步对垃圾渗滤液自行处理的要求，对填埋场垃圾渗滤液的处理更为严格.根据垃圾渗滤液的排放要求，通常的处理分三步，即预处理、生化处理和深度处理，常用的工艺包括化学氧化、膜处理、好氧生物处理和厌氧生物处理等[1].目前，垃圾渗滤液的处理主要存在高氨氮，可生化性差等问题[2].垃圾渗滤液总的高氨氮质量浓度可导致碳氮比的失衡，可抑制起生化作用微生物的活性，从而导致垃圾渗滤液的生化处理系统运行不稳定.另外，尤其对于“老龄”垃圾渗滤液，BOD5/COD值较低，增加了生化处理的难度.因此，寻找一种经济可行的方法，在生物处理之前降低渗滤液中的氨氮，预处理去除难生物降解的有机物是十分必要的.

粉煤灰是一种固体废弃物，是指煤粉燃烧过程中所排出的灰渣以及从燃烧的烟雾中沉积下来的灰尘，随着其产量的不断增加，不仅污染土壤环境，也会对水体和大气造成污染，因此找到一种有效途径，将废弃的粉煤灰再利用是十分必要的.目前，在建材制品、建设工程、道路工程、农业、化工等方面，粉煤灰得到了较好的综合利用[3-5].由于粉煤灰具有比表面积大，吸附性能好等特点，主要化学成分为氧化硅、氧化铝、氧化铁等[6]，以其为原料改性后制备铁系混凝剂和铝系混凝剂，对废水中的COD、SS、色度、重金属等具有良好的去除效果.徐勋等[7]利用粉煤灰制备成混凝剂处理乳品废水，对COD和SS的去除率均高于传统混凝剂.李亚强等[6]利用酸溶粉煤灰制备混凝剂处理生活污水，实现COD、TP的去除率分别为69%、95%，剩余SS低于20 mg/L.

本文利用废弃的粉煤灰制备成混凝剂预处理垃圾渗滤液，考察不同条件下对渗滤液中COD和氨氮的去除率，并与传统的硫酸铝、PAC混凝剂进行比较.本研究不仅完成了垃圾渗滤液的预处理，为其后续处理提供了保障，同时实现了粉煤灰的综合利用，从能源和环境角度而言符合当今可持续发展的需要[8].

1 实验部分

1.1 实验用粉煤灰及废水

实验所用粉煤灰取自哈尔滨某燃煤电厂，灰白色，呈粉末状，通过X-荧光全成分分析可知该粉煤灰的成分如表1所示[7].

表1 粉煤灰的化学组成

实验用的废水来自哈尔滨某垃圾填埋场的渗滤液.其典型水质指标如表2所示.

该垃圾渗滤液有如下特点：该填埋场垃圾渗滤液为中龄渗滤液，是由垃圾在填埋过程中经雨水冲淋、生物化学作用以及垃圾水解等一系列综合作用产生的废水，COD质量浓度较高，氨氮质量浓度中

等，pH值中性偏弱碱.

表2 实验用垃圾渗滤液指标

1.2 实验方法

1.2.1粉煤灰混凝剂的制备

将粉煤灰与固体碳酸钠以一定比例混合均匀后置于坩埚中，经马弗炉高温焙烧2 h后冷却到室温取出，粉碎成粉末待用.将适量的硫酸溶液加入到熟料中，配制成料浆，用沸腾回流的方法进行溶出反应.沸腾反应0.5 h后，关闭电炉，冷却到室温后进行抽滤.

混凝实验方法：将废水水样置于烧杯中，加入各混凝剂，通过加入强酸强碱来调节实验所需pH值，通过调节废水和混凝剂的投加比例来改变投加量，通过水浴加热调节混凝所需温度，计时开始后，先快速搅拌30 s，后慢速搅拌5 min，搅拌结束后，静沉30 min后，取上清液进行COD和氨氮值的测定.

1.2.2测定方法

COD的测定采用GB11914-89中的重铬酸钾法，氨氮的测定采用HJ535-2009中的纳氏试剂分光光度法，Fe3+和Al3+浓度分别采用邻菲啰啉分光光度法[9]和NaF掩蔽法[10]进行测定，pH值利用pH计检测.为了保证分析的准确性，各组试验均平行进行3次，并取平均值.

2 结果与分析

2.1 不同pH值下各混凝剂对垃圾渗滤液中COD和氨氮的去除效果

选择传统混凝剂中的硫酸铝和PAC与粉煤灰混凝剂做比较，考察pH值对混凝剂处理垃圾渗滤液混凝效果的影响.硫酸铝和PAC混凝剂中仅含有Al3+，粉煤灰混凝剂中则同时含有Al3+和Fe3+.采用相同三价铝和三价铁离子浓度之和作为投加标准，各混凝剂投加量均为2.496×10-3mol/L.混凝反应中pH值得变化范围为4～11之间，观察各混凝剂对垃圾渗滤液中COD和氨氮的去除效果，结果如图1所示.

图1 不同pH值下三种混凝剂对渗滤液中COD和氨氮的去除率

由图1可以看出，pH值的改变对垃圾渗滤液的混凝效果有很大影响，中性偏酸的环境对COD和氨氮的去除率最高.过高的pH值不利于混凝反应的进行.对比三种混凝剂，其对垃圾渗滤液中COD和氨氮的去除效果有一定的差别，尤其对氨氮的去除率，当pH值大于9时，硫酸铝混凝效果直线下降，速度明显快于PAC和粉煤灰两种混凝剂.其中，pH值为7时粉煤灰混凝剂获得最大的COD去除率和氨氮去除率，分别为73.8%和65.5%.总体来看，粉煤灰混凝剂混凝效果要好于另外两种传统混凝剂.这是因为粉煤灰混凝剂中残存的颗粒物可以吸附去除废水中的COD和氨氮，而且从粉煤灰的成分及溶出液的检测结果可以看出，粉煤灰混凝剂中起作用的无机盐为铝盐和铁盐，与铝盐混凝剂相比，铁盐混凝剂能适应偏碱性的环境，取得一定的混凝效果[11].

2.2 不同温度下各混凝剂对垃圾渗滤液中COD和氨氮的去除效果

Al2(SO4)3混凝剂在温度较低的条件下的对废水的处理效果较差[12]，因此本研究只比较PAC和粉煤灰两种混凝剂在不同温度下的混凝效果.采用相同三价铝和三价铁离子浓度之和作为投加标准，各混凝剂投加量均为2.496×10-3mol/L.反应温度通过水浴加热改变，实验温度控制在12～28 ℃之间，且每隔4 ℃观察1次.观察粉煤灰混凝剂和PAC混凝剂对垃圾渗滤液中COD和氨氮的去除效果，结果如图2所示.

图2 不同温度下粉煤灰混凝剂和PAC混凝剂对垃圾渗滤液中COD和氨氮的去除率

由图2可知，反应温度在12～28 ℃之间变化时，垃圾渗滤液中COD和氨氮的去除率随水温升高略有变化，但变化幅度不超过2%，12 ℃时粉煤灰混凝剂对氨氮去除率最大为66.6%，20 ℃时粉煤灰混凝剂对COD去除率最大为73.1%.因此，通常的温度范围内，温度不会成为粉煤灰混凝剂和PAC混凝剂混凝效果的限制因素，可不予考虑.

但是，如果反应温度过高或过低就会对混凝反应产生不利的影响.这是由于过高的水温会增加化学反应的速率，使凝结的絮体变得细小，并且会增加絮体的水和作用，导致污泥含水率高，污泥体积大，脱水困难，增加了污泥后续处理的难度.另一方面，过低的水温会使水的黏度增大，从而将增加混凝搅拌对剪切动力的需求，动力增大，絮体将变小，与水分离困难.但是由本实验可知，在通常可能存在的反应温度下，温度不会成为混凝反应的限制因素.

2.3 不同投加量下各混凝剂对垃圾渗滤液中COD和氨氮的去除效果

由于混凝剂的投加量也是影响混凝效果的重要因素，配制三种混凝剂，以三价铝和三价铁离子浓度之和作为投加量衡量标准，其中各混凝剂中铝、铁离子浓度之和如表3所示.

表3 三种混凝剂中Al3++Fe3+浓度

分别应用以上配置的各混凝剂，在pH值为中性、水温为常温20 ℃的条件下，观察不同投加量下垃圾渗滤液中COD和氨氮的去除效果，结果如图3所示.

图3 不同投加量下三种混凝剂对垃圾渗滤液中COD和氨氮的去除率

由图3可以看出，Al2(SO4)3混凝剂、PAC混凝剂和粉煤灰混凝剂均存在最佳投加量，以三价铝和三价铁离子浓度之和计，此最佳投量约1.5×10-3mol/L.当各混凝剂的投加量小于1.5×10-3mol/L时，随着混凝剂投加量的增加，去除率增加显著，几乎呈直线；当投加量大于1.5×10-3mol/L时，随着混凝剂投加量的增加，去除率增加十分缓慢，尤其在考察投加量对氨氮的影响时，混凝剂投加大于最佳投量之后，去除率基本不变.这是主要是因为当混凝剂投加量不足时，废水中成胶体状态的污染物质脱稳不彻底，使得混凝反应进行不完全；但当混凝剂投加过量时，会使已经脱稳的胶体颗粒物造成“返稳”现象，重新回到废水中.从图3中可以看到，Al2(SO4)3混凝剂、PAC混凝剂和粉煤灰混凝剂达到相同COD和氨氮去除率时，粉煤灰混凝剂的用量最少，硫酸铝用量最多.

3 结 语

通过利用固体废物粉煤灰制备成混凝剂，预处理垃圾渗滤液，并与传统混凝剂进行比较.考察了pH值、温度和投加量三个因素对垃圾渗滤液中COD和氨氮的去除率的影响，得出结论：各混凝剂均在弱酸性和中性的条件下获得较好的混凝效果，硫酸铝、PAC、粉煤灰对COD的最大去除率分别为63.9%、66.4%、73.8%，对氨氮的最大去除率分别为60.1%、64.2%、65.5%；在相同pH值条件下，粉煤灰混凝剂的混凝效果好于传统混凝剂.在通常温度范围内，温度对PAC混凝剂和粉煤灰混凝剂的混凝效果影响很小.Al2(SO4)3混凝剂、PAC混凝剂和粉煤灰混凝剂均存在最佳投加量，以三价铝和三价铁离子浓度之和计，此最佳投量约1.5×10-3mol/L.当达到相同COD和氨氮去除率时，粉煤灰混凝剂的用量最少，硫酸铝用量最多.粉煤灰混凝剂可以替代传统混凝剂用于垃圾渗滤液的预处理.

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Comparison among treatment effects of different coagulants on landfill leachate

LI Yi-zhu, JIA Xue-bin, XU Jing-liang

(School of Constructional Engineering, Heilongjiang University, Harbin 150080, China)

In this paper, the coagulant made of waste fly ash was used to dispose the landfill leachate as a pretreatment method. The COD and NH3—N removal rates of landfill leachate using fly ash coagulant was measured on the conditions of different pH, temperatures and dosages, which was compared with the effects of traditional coagulants. From pH 6 to pH 7, COD and NH3—N removal rates of the three coagulants were the best, and the result of fly ash coagulant was better than the traditional coagulants, and the best COD and NH3—N removal rates were 73.8% and 65.5%, respectively. In usual conditions, temperature would not become the limit factor. The optimum dosage of all the three coagulants was existent (about 1.5×10-3mol/L), and the effect of fly ash coagulant was better than the traditional coagulants under the same condition of dosage. This paper not only solve the problem of landfill leachate pretreatment, but also explore a new way of fly ash utilization.

fly ash; coagulant; landfill leachate; COD; ammonia nitrogen

2014-12-23.

李壹竹(1994-)，女，研究方向：废水处理.

贾学斌(1971-)，男，副教授，硕导，研究方向：废水处理.

X703

A

1672-0946(2015)03-0323-04