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改性废岩棉预处理垃圾渗滤液的实验研究 ＊
摘 要 : 对 废弃的 玄 武 岩 棉 进 行 改性 , 改 性 后 用 于 预 处 理 垃 圾 渗 滤 液 。 结 果 表 明 : 用 7 % PFS 溶 液 浸 泡 , 采 用 超 声 波 以 60 %
的 频 率 振 荡 20 min , 改 性 后 废 岩 棉 性 能 最 佳 ; 当 岩 棉 用 量 为 15 g , 垃 圾 渗 滤 液 p H 为 7 时 , 用 改 性 废 岩 棉 处 理 垃 圾 渗 滤 液 效 果 最 佳 , CO D 和 浊 度 除 率 可 达 75 . 20 % 和 98 . 75 %, 并 对 废 岩棉 可 循 环 使 用 进 行 了 研 究 。
关 键 词 : 废 弃 岩 棉 ; 垃 圾 渗 滤 液 ; PFS ; 预 处 理
PRE - TREATMENT OF LANDIFILL LEACHATE BY MODIFIED BASALTIC MEN - MADE ASBESTOS
Shang Ping Liu T aoli K ong Xiangjun Wei Lina
( Co llege o f M arine Science and Enginee ring , T ianjin U niversity of Science &
T echnolog y , T ianjin 300222 , China )
Abstract : Ex perimental study has bee n per for med on pre - tr eating the landfill leachate by modified w aste basalt - ic men - made asbesto s . T he re sults show ed that the be st mo dified method of w aste ba saltic men - made asbe s - to s w as using P FS with concent ratio n of 7 % and modified by ultraso nic wav e w ith a frequency of 60 %, the mo dified time wa s 20 min . T he remo val rates of COD and turbidity wer e 75 . 20 % 、 98 . 75 % under the follo wing co nditions : the do se o f waste basa ltic men - made asbestos w as 15g , pH value wa s 7 . I t w as studied the reuse o f waste basaltic men - made asbesto s .
Keywords : w aste ba saltic mineral wo ol ; landfill leachate ; po ly me rized fer ro us sulfate ( P FS ); pre - tr eatment
0 引言
垃圾 渗滤液 是垃 圾填 埋过 程中 产生 的一 种高 浓度
有机 废水 , 具有 有机 物 浓 度 高 、 成 分 复杂 、 毒 性大 等 特 点 , 如 不妥 善处 理不 仅会 造成 地下 水体 的污染 , 同 时通 过扩 散 、 迁 移等 作用 造 成 生态 环 境 的 污 染 并 威胁 到 人 类健 康 [ 1 ] 。 垃圾 渗 滤液 的 处 理 是 世 界 上公 认 的 难 题 , 国内 外常 用的垃 圾渗 滤液 预处 理技 术主 要有 : 吹 脱 法 、 化学 混凝 沉淀法 、 厌 氧 法 、 吸 附 法 等 , 不 经 过 预处 理 的 垃圾 渗滤 液 COD 、 BOD 、 氨 氮均 很高 , 并 且其 中 含有 许 多重 金属 离子 , 会影 响生 物法 处理 的效 果 , 因 此垃 圾渗
滤液 必须 经 过 预 处 理 才 能 有 效 的 进 行 后 续 的 生 物 处
理 , 因 此发 展垃 圾渗 滤 液 的预 处 理 技 术 是 当 前一 项 迫 切的 研究 课题 [ 2 - 5 ] 。
玄武 岩棉是 以天 然玄 武岩 为原 料 , 经熔化 、 纤 维化 而制 成的 一种无 机质 纤维 , 具 有化 学稳 定性好 、 不 燃的
＊ 天 津 市科 技 支 撑 计 划 重 点 项 目 ( 08ZC K FS H01600 ), 天 津 市 农 业 科 技 成 果 转 化 与推 广 项 目 ( 0802020 )。
[ 6 ]
料 , 用 量大 , 一般 经 过一 次 使 用 后 即 废弃 , 随 意扔 入 环 境中 会造 成环境 污 染 。 目 前 , 已 有 将 玄 武 岩 棉作 为 吸 附材 料的 研究 , 如将 玄 武 岩棉 经 改 性 与 植 物 纤维 复 合
[ 7 - 8 ]
关玄 武岩 棉改性 , 用 于 预 处理 垃 圾 渗 滤 液 的 研究 报 道 较少 。 改 性玄武 岩 棉预 处 理 垃 圾 渗 滤液 , 使 废弃 的 岩 棉得 到有 效的利 用 , 其降 解后 可成 为土 壤的母 质 , 同时 使用后的岩 棉可作为 一种缓释 肥 , 用 于城市环 境绿 化 [ 9 ] 。 本文 研究 采用 超声波 及聚 合硫 酸铁 改性 的玄 武 岩棉 , 及对 垃圾 渗滤 液中 COD 和浊 度的 去除 效果 。 1 实 验部 分
1 . 1 试剂 与材 料
PFS ( 聚合硫 酸 铁 )、 H 2 SO 4 、 NaOH 、 蛭 石 、 废 弃 岩
棉 。
垃圾渗滤 液取自 天津某 垃圾填 埋场 , 该渗 滤液 COD 的 质量 浓 度 为 15 000 ～ 25 000 m g / L , 氨 氮的 质 量浓 度为 1 200 m g / L , 浊 度为 600 , pH 值 为 6 ～ 7 。
特点 , 也是 一 种矿 物 材 料 。 岩 棉 被 大 量 用 于保 温 材
制备 复合 过 滤 材 料 , 具 有 较 好 的 过 滤 性 能 。 但 有
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环 境 工 程
2010 年 28 卷 增 刊
1 . 2 主要 仪器
KQ2200DB 型 数 控 超声 波 仪 、 JJ - 4 六 联 电 动 搅 拌器 、 COD 测 定 仪 、 pH S - 3D 型 pH 计 、 LP2000 - 11 型浊 度仪 、 VIS - 723 分 光光 度计 。 1 . 3 实验 方法
改性 实验 : 先 将 拾 取 的废 弃 岩 棉 用 自 来 水清 洗 干 净 , 用烘箱 烘干备 用 。 然 后用 烧杯配 制一 定浓 度的 PFS 溶液 , 取 一定 质量 洗 净烘 干 的 岩 棉 放 入 此溶 液 中
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浸泡 , 同时 将烧 杯放 入超 声波 仪中 , 以一 定频 率振 荡一 段时 间 , 最 后 取 出 浸 泡 后 的 岩 棉 , 挤 净 岩 棉 上 的 PF S 溶液 放入 烘箱中 烘干 备用 。
处理 实验 : 准 备 几个 吸附 柱 ( 图 1 ), 吸 附柱 直径 30 mm , 在吸 附 柱 底 下 一 层 放 4g 的 蛭 石 , 然 后 将 改 性 后 的岩 棉放 在 蛭 石 的 上 面 , 并 将 两 层 材 料 稍 微 压 实 , 取 100m L 垃圾 渗滤 液 水 样 ( pH = 7 ) 从 吸 附 柱 上 面 倒 入 过滤 , 滤出 的废 水水 样流 入锥 形瓶 中 , 测 定锥 形瓶 中水 样的 COD 和浊 度 。
水质 指标 测 定法 方 : COD 测 定 采 用 重 铬 酸 钾 法 ,
浊度 测定 采用浊 度仪 测定 法 。
图 1 吸附柱示意
2 结 果分 析
2 . 1 PFS 浓度 的 影 响
在改 性过程 中配 制不 同 浓度 的 P FS 溶 液 , 分析 部
不同 浓度 的 PFS 浓度 改性 对处 理效 果的 影响 , 见图 2 。 图 2 表明 , PF S 的 浓度 对 COD 、 浊度 去 除率 影 响较 大 , 当 PF S 的 质 量 分 数 为 9 % 的 时 候 去 除 效 果 最 佳 , 但 PFS 的 质 量 分 数 为 7 % 的 时 候 效 果 相 差 不 多 , 而 且 PFS 的用 量减 少 , 继 续增 大 PF S 浓度 效果 反而 有 所降 低 , 综 合考 虑选 择 PF S 质量 分 数 为 7 % 时 作 为改 性 最 佳条 件 。
2 . 2 超声 波改 性 条 件的 影响 2 . 2 . 1 超 声波 振荡 频率 的影 响
在改 性过程 中 配制 质 量 分 数 为 7 % 的 P FS 溶 液 , 改变 超声 波振荡 的 频率 , 分析 不 同 振 荡 频 率 对处 理 效 果的 影响 。 实 验 结 果 如 图 3 , 超 声 波 的 振 荡 频 率 对 去
图 2 PFS 的 浓 度 对 COD 、 浊 度 去 除 率 的 影 响
除效 果 有 一定 影 响 , 当 振 荡 频 率 在 60 % 时 COD 去 除 率最 高 , 但 对浊 度的 影响 不大 , 振荡 频率 增大 去除 效果 稍微 降低 了一点 。
图 3 超声波振荡 频 率 对 COD 、 浊 度 的 影 响
2 . 2 . 2 超 声波 振荡 时间 的影 响
在改 性过程 中 配制 质 量 分 数 为 7 % 的 P FS 溶 液 , 超声 波振 荡频 率 为 60 %, 改 变 其 浸 泡振 荡 时 间 , 分 析 不同 浸泡 振 荡 时 间 对 处 理 效 果 的 影 响 , 见 图 4 。 图 4 表明 , 浸 泡 振 荡 时 间 对 去 除 效 果 有 较 大 影 响 , 在 20 min 时效 果最 佳 , 这可 能是 因为 随着 浸 泡时 间 的增 长 , 更多 P FS 可以 负 载 在 岩 棉 之 上 , 当 达 到 20 min 左 右 时饱 和 , 继 续浸 泡 COD 、 浊度 去除 率反 而略 有下 降 。
图 4 超声波振荡 时 间 对 COD 、 浊 度 的 影 响
2 . 3 pH 值的 影响
将废 岩棉放 入 7 % 的 PF S 溶 液 中 , 并 用 超声 波 以 振荡 频率 60 %, 浸 泡振 荡 时间 20 mi n 的 条件 改 性 , 烘 干后 备用 。 取 100m L 垃 圾 渗 滤 液 水 样 , 改 变 不 同 的
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环 境 工 程
2010 年 28 卷 增 刊
pH 值 , 结 果 见 图 5 。 图 5 表明 , 不 同 的 pH 值 对 处 理 效果 有一 定 影 响 , 过 酸 或 过 碱 处 理 效 果 均 不 佳 , 最 佳 pH 值条 件 为 8 , COD 和 浊 度 的 去 除 率 为 73 . 56 % 和 98 . 71 %。 垃圾 渗滤 液 pH 过 低 会 使 一 定 的 岩 棉 被 酸 腐蚀 而溶 解 , 同 时 配 位 水 解 反 应 困 难 , 使 混 凝 效 果 降 低 , 影 响处 理效 果 ; 水 样 过 碱 会 使 氢 氧化 铝 、 氢氧 化 铁 沉淀 会大 量溶解 , 也 会使 处理 效果 下降 。
图 5 pH 对 CO D 、 浊 度 的 影 响
2 . 4 改性 废岩 棉 用 量的 影响
将废 岩棉放 入 7 % 的 PF S 溶 液 中 , 并 用 超声 波 以 振荡 频率 60 %, 浸 泡振 荡 时间 20 mi n 的 条件 改 性 , 烘 干后 备用 。 取 100 mL pH = 8 的垃 圾 渗 滤液 水 样 , 用 不同 量的 改性 岩 棉 处 理 。 实 验 结果 如 图 6 , 改 性 岩 棉 的用 量对 废水处 理 的效 果 有 较 大 的 影响 , 去 除率 随 着 改性 岩棉 的用 量 增 大 而 增 大 , 当 用 量 为 20 g 时 COD 和浊 度的 去除率 达 到最 佳 , 继 续 增 加 改 性 岩 棉的 投 加 量去 除率 基本不 再提 高 。
图 6 改性废岩棉 用 量 对 COD 、 浊 度 的 影 响
2 . 5 正交 试验
表 2 为改 性岩 棉对 垃 圾渗 滤液 中 COD 、 浊 度 及氨 氮去 除率 正交试 验的 因 素 水 平 表 , 表 2 列 出 了正 交 试 验及 极 差 分析 结 果 , 其 中 R 1 、 R 2 、 R 3 分 别为 各 影 响 因 子对 COD 、 浊 度 、 氨 氮 去 除 率 的影 响 程 度 。 由 表 2 可 知 , R 1 ( B )> R 1 ( A )> R 1 ( C ), 因此 pH 值 对 COD 的 影 响较 大 , 是 实 验 的 主 要 因 素 ; 而 R 2 ( C )> R 2 ( B )> R 2 ( A ), 即 岩棉 的用 量对 浊度 去 除率 有 一定 影 响 , 综合 各 影响 因 素的 影 响 , 确 定 {zj0} 条 件 为 A 2 B 3 C 1 , 即反 应 条
件为 浸泡 振荡时 间 20 min , pH 值为 8 , 改 性 废岩 棉 用 量为 15 g 时 , COD 及 浊度 去 除 率最 高 , 此 时 岩 棉用 量 最少 , 且 pH 值 适当 时不用 过多 的酸 碱调 节 。
表 2 正交试验结 果 及 极 差 分 析 表
序号 A / min B C / g COD 去 除 浊 度去 除
率 / % 率 / % 1 15 6 15 72 . 56 97 . 72 2 15 7 20 73 . 97 98 . 25 3 15 8 25 73 . 49 97 . 56 4 20 6 20 73 . 56 97 . 96 5 20 7 25 73 . 86 98 . 27 6 20 8 15 74 . 36 98 . 67 7 25 6 25 73 . 31 97 . 76 8 25 7 15 73 . 70 98 . 19 9 25 8 20 74 . 12 98 . 51
R 1 0 . 59 0 . 85 0 . 06 R 2 0 . 15 0 . 21 0 . 44
注 : R 1 、 R 2 为 级 差 , 分 别 表 明 各 影 响 因 子 对 COD 、 浊 度 去 除 率 的 影 响程度 。
2 . 6 改性 岩棉 废 水 处理 量及 重复 利用 的研究 在 PFS 质 量 分 数 为 7 %, 浸 泡 振 荡 时 间 20 min , pH 值为 8 , 岩棉 用 量 为 15g 的 条 件 下 进 行 实 验 , 逐 渐 增加 处理 水量 , 结果 见图 7 。 图 7 表明 , 随 着 原 水处 理 量的 增 加 COD 及 浊 度 的 去 除 率 逐 渐降 低 , 当 原 水 处 理 量 达 到 500 m L 时 , COD 及 浊 度 的 去 除 率 从 75 . 20 % 和 98 . 75 % 分 别 降 到 52 . 60 % 合 89 . 76 %, 此 时可 对岩 棉进行 清洗 , 洗 去岩 棉中 的絮 体 , 从 而可 以重 复利 用 。
表 3 为对已 使 用岩 棉 进 行 重 复 利 用的 实 验 研 究 ,
每次 使用 完的改 性岩 棉将 上层 的絮 体清 理并 用清 水反
清洗 一次 , 再继 续进 行实 验 , 每次 处 理量 为 100 m L 水 样 , 结 果表 明 , 经 过 3 次的 重复 利 用后 , COD 和 浊度 的 去除 率仍 达到 68 . 91 % 和 98 . 68 %, 说明 岩棉 可以 再生 利用 , 进行 多次 循环 。
图 7 垃圾渗滤液 处 理 量 对 COD 、 浊 度 的 影 响
表 3 改性废岩棉 重 复 使 用 情 况
改 性 岩棉 使 用 次 数 / 次 CO D 去 除 率 / % 浊 度 去 除率 / %
1 75 . 20 98 . 75 2 72 . 67 98 . 67 3 68 . 91 98 . 68
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3 改 性岩 棉的 结构 表征
取最 佳条 件 下 改 性 的 废 弃 岩 棉 进 行 扫 描 电 镜 分
析 , 见 图 8 。 由图 8 可知 , 改 性前的岩棉的表 面较光 滑 , 表 面积 较小 , 聚铁 超声 波改 性后 的稻 壳岩 棉纤 维的 表面 粗糙 度增大 , 表 面积 增大 , 且上 面附 着有 许多 微小 颗粒 , 这些 颗粒 极有 可 能 就 是 聚 铁 分子 。 实 验进 一 步 对改 性 岩 棉 进 行 了 XRD 和 傅 立 叶 红 外 光 谱 分 析 , 图 9 、 图 10 说 明 , XRD 谱 图表 明没 有出 现 明显 的 晶体 峰 ,
主要 是无 定型结 构 的羟 基 硫 酸 铁 聚 合物 ; 红 外谱 图 在
- 1
的伸 缩振 动 峰 ; 1 000 ～ 1 400 cm - 1 处 是 SO 2 4 - 的 吸 收 峰 , 对应着 S = O 或 0 = S = O 的伸 缩振 动 ; 621 cm - 1 处 的吸 收峰 对应于 Fe - O - H 弯 曲振 动 峰 , 红 外 光谱 的
测试 结果 进一步 表明 岩棉 表面 负载 颗粒 为羟 基桥 连的
铁的 聚合 物 。
a - 改 性 前 ; b - 改 性 后
图 8 岩棉改性前 后 对 比 电 镜
大 , 比 单独 投加 聚铁 时形 成絮 体的 线性 长度更 大 , 形成 的絮 凝体 更粗大 , 从 而 使 废 水 的 去 除率 增 大 。 随 着 絮 体的 增加 , 絮体 在岩 棉中 的密 度增 加 , 此 时使 废水 中的 浊度 去除 率增大 。 使用 超 声 波 改 性 时 , 超 声 波发 出 的 高频 振荡 讯号使 液 体流 动 产 生 数 以 万 计的 微 小 气 泡 , 产生 瞬时 高压 , 对岩 棉表 面清 洗 , 使 岩棉 具有 更整 体均 匀一 致的 微粒和 更 干净 的 表 面 , 使 表 面 特 性 达到 最 大
图 9 改性岩棉的 X RD 衍 射 分 析
[ 10 - 11 ]
。
图 10 改性岩棉的 红 外 光 谱 图
4 机 制探 讨
废弃 岩棉经 过 PF S 溶 液的 改 性后 , 在 岩 棉 上负 载 了 P FS , 当 垃圾 渗滤 液从 改性 废岩 棉吸 附柱中 过滤 时 , 通过 吸附 电中和 和吸 附架 桥作 用 , 经过 水解 、 缩聚 反应 形成 高分 子聚合 物 , 此时 生成 的聚 合物 具有线 性结 构 ,
在水 样流 过 的 过 程 中 由 于 改 性 岩 棉 线 性 长 度 逐 渐 增
5 结论
废弃 的岩棉 经过 PFS 溶液 浸 泡 , 并用 超 声 波改 性 后对 垃 圾 渗 滤 液 中 COD 和 浊 度 具 有 较 好 的 去 除 效 果 , 并 且岩 棉可 以反 复利 用 3 次以 上 , 仍 保持 一定 的去 除效 果 , 达 到了 预处 理垃 圾渗 滤液 的目 的 , 降 低了 后续 生物 处理 的负荷 。
通过 正交试 验 , 确定 了最 佳的 改性 及处理 条件 , 即 PFS 质量 分数 为 7 %, 超 声 波 振 荡 频 率 60 % 同时 在 振 动下 浸泡 20 min 对废 岩 棉改 性 , 然 后 垃 圾 渗 滤 液 pH 为 8 , 改 性废 岩 棉 用 量为 15g 时 , 对 COD 及 浊 度 的 去 除率 达到 74 . 36 % 和 98 . 67 % 。
实验 表明 , 相比 传统 直接 投加 絮凝 剂 , 去 除效 果明 显提 高 , 并 且避 免使 用聚 铝絮 凝剂 , 降低 了废 水出 水中 铝的 含量 , 从而 降低 了残 留铝 造成 的毒 害作用 , 同 时对 垃圾 渗滤 液中的 镉 、 铬 、 铅 等重 金属 也有 较强 的去 除效 果 , 出 水中 铁的 残留 量不 高 。
