MFPAC強化混凝一改性礦化垃圾吸附處理垃圾滲濾液
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劉占孟，劉榮榮，聶發(fā)輝
（華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，江西南昌330013）
摘要：采用納米Fe3 04與聚合氯化鋁(PAC)復(fù)配制備磁性復(fù)合絮凝劑MFPAC，利用MFPAC強化混凝一改性礦化垃圾吸附處理垃圾滲濾液。結(jié)果表明，MFPAC中適宜的前驅(qū)物質(zhì)量比為m(Fe304):m(PAC) =1:.3，正交實驗結(jié)果表明，m( Fe3 04)：m( PAC)以及投藥量對混凝效果有較為顯著的影響，pH和沉淀時間對去除效果影響相對較小，MFPAC對COD和色度的去除效果均優(yōu)于單獨投加PAC，投加量為1.5g／L時，COD和色度去除率分別達到62. 6%和66.5%；采用焙燒法對礦化垃圾進行改性，利用改性礦化垃圾吸附MFPAC混凝出水，在焙燒溫度為700℃，吸附劑投加量為40 mg/L的條件下，COD和氨氮的去除率分別為56,7%和68. 4%；MFPAC混凝一礦化垃圾吸附聯(lián)合工藝對垃圾滲濾液COD、色度和氨氮的去除率分別為83. 8%、78. 5%和74. 3%。
關(guān)鍵詞：納米Fe304；聚合氯化鋁；礦化垃圾；垃圾滲濾液
隨著納米技術(shù)的快速發(fā)展，磁性納米顆粒被越來越廣泛地應(yīng)用于水處理領(lǐng)域。納米Fe304粒子具有比表面積較大以及容易分離等特點，被廣泛應(yīng)用于各種分離過程。在絮凝劑中引入納米Fe304可提高絮凝體的密實度和沉降性能，縮短礬花的形成、聚集及沉降時間，改善絮凝行為，從而提高廢水中污染物的去除效率�；炷抢鴿B濾液處理中應(yīng)用最為普遍的環(huán)節(jié)之一，研制新型混凝絮凝劑一直是混凝處理垃圾滲濾液的研究熱點。然而，混凝對氨氮的去除效果并不理想，礦化垃圾作為一種價格低廉的新型吸附材料具有較好的COD和氨氮吸附效果，對礦化垃圾改性可提高其對廢水的吸附性能。因此，將納米Fe304與PAC復(fù)配制備新型磁性復(fù)合絮凝劑MFPAC，采用MFPAC強化混凝一改性礦化垃圾吸附聯(lián)合工藝處理垃圾滲濾液，為垃圾滲濾液低成本運行提供一定的技術(shù)指導(dǎo)。
1實驗
1.1 實驗試劑
實驗所用試劑PAC為化學(xué)純；FeCl3.6H20、鹽酸、H2S04、NaOH、NaH2P04、丙酮、NH3．H20、無水乙醇均為分析純。
1.2實驗水樣
實驗水樣取自南昌市麥園垃圾填埋場，廢水外觀呈黑褐色，帶有惡臭味，主要水質(zhì)指標(biāo)如下：COD為5 146—6 553 mg/L；氨氮質(zhì)量濃度為1 063~1 648 mg/L;色度為1 360～2 160倍；pH為6.8~8.2。1.3 MFPAC磁性復(fù)合絮凝劑的制備
納米Fe3 04制備：MFPAC前驅(qū)物納米Fe30。采用化學(xué)還原法制備。
MFPAC制備：將一定量的納米Fe304加入盛有300 mL蒸餾水的三角燒瓶中，用磁力攪拌機快速攪拌直至磁性粒子在蒸餾水中完全混合均勻，緩慢加入一定量的PAC溶液，快速攪拌的同時，用20 min滴加20 mL的NaH2P04( 10 mL/g)作為穩(wěn)定劑�？焖贁嚢�2h后，再慢速攪拌2h，利用真空抽濾機（膜孔徑為0.22 ym）將溶液進行分離，將分離得到的絮體在真空干燥箱（溫度為80cC，時間為24 h）下烘干，烘干所得固體在瑪瑙研缽研成粉末即得到MFPAC混凝劑。
1.4礦化垃圾改性
礦化垃圾：礦化垃圾取自南昌市麥園垃圾填埋場1997-2000年填埋單元，經(jīng)過簡單的分選，剔除顆粒較大的石子、橡膠塑料以及木棒等雜物后，在實驗室自然晾干后取粒徑0~ 2mm部分。
焙燒活化改性：將盛有礦化垃圾的坩堝置于馬弗爐內(nèi)，改變爐內(nèi)溫度從100~ 800℃，焙燒2h后取出，冷卻至室溫，制備不同焙燒條件下的改性礦化垃圾。
1.5實驗方法
混凝實驗：采用燒杯攪拌實驗，將200 mL的垃圾滲濾液加入到300 mL燒杯中，用H2S04和NaOH調(diào)節(jié)pH后加入絮凝劑，在攪拌速度為300 r/min下快速攪拌1min，在100 r/min下慢速攪拌30 min，之后靜置一定時間，采用微波密閉快速消解法和紫外分光光度計法測定上層清液的COD和色度。
吸附實驗：取20 mL混凝出水水樣、一定量礦化垃圾置于100 mL錐形瓶中進行混合，在恒溫振蕩器中以振蕩速度為150 r/min進行吸附試驗，再將混合液用離心機以3 000 r/min速度離心10 min，取上層清液測定COD和氨氮質(zhì)量濃度。
2 結(jié)果分析與討論
2.1 磁性復(fù)合絮凝劑MFPAC強化混凝
2.1.1MFPAC中Fe3 04與PAC質(zhì)量比優(yōu)化
納米Fe304與PAC質(zhì)量比是影響MFPAC混凝效果的重要因素。通過制備不同m( Fe304)：m( PAC)的MFPAC產(chǎn)品處理垃圾滲濾液，結(jié)果如圖1所示。
隨著納米m( Fe304): m( PAC)的增加，COD和色度的去除率均逐漸增加．在m( Fe304):m(PAC)=1：4時，色度的去除率達到最高值64. 4%，當(dāng)m( Fe，04): m,(PAC)增加至1：3時，COD去除率達到最高值55.7 %，此時色度去除率為62. 5%。隨著m( Fe304): m( PAC)的繼續(xù)增加，COD和色度的去除率均大幅度降低，當(dāng)m(Fe304): m,(PAC)為1：1時，COD和色度的去除率僅為35.6%和41. 6%。綜合考慮COD和色度的去除率，在m(Fe304)：m( PAC)為1：3時，COD去除率最大，盡管色度去除略有降低，但去除率依然較高，因此確定制備MF-PAC采用m(Fe304):m(PAC) =1:3是適宜的。
2.1.2MFPAC強化混凝影響因素比較
MFPAC絮凝劑中，m( Fe304)：m,( PAC)、投藥量、滲濾液初始pH、沉淀時間等是影響混凝效果的主要因素。在前期實驗基礎(chǔ)上，以COD和色度去除率為指標(biāo)進行四因素、三水平的L。(34)正交實驗，比較各個因素的相互交叉影響。正交實驗因素及水平如表1所示，正交實驗結(jié)果如表2所示。
正交實驗中，選用2個考核指標(biāo)：COD和色度去除率，分析方法采用綜合評分法中的指標(biāo)疊加法；對于MFPAC強化混凝處理垃圾滲濾液，COD是最重要的參考指標(biāo)，因此綜合指標(biāo)中COD疊加系數(shù)取0.6，色度取0.4。綜合指標(biāo)=0.6×COD去除率+0.4×色度去除率。
S為離差，離差越大，該因素對實驗指標(biāo)的影響也越大，由表2中可看出，各因素對混凝效果的影響程度如下：m( Fe，0。)：m(PAC)>投藥量> pH>沉淀時間。因此，m( Fe304): m( PAC)和投藥量對去除效果有較為顯著的影響；pH和沉淀時間對混凝效果影響相對較小。
2.1.3不同絮凝劑對垃圾滲濾液的絮凝效果
在相同實驗條件下，分別采用PAC與MFPAC處理垃圾滲濾液，結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出，相比于PAC，采用納米Fe3 04與PAC復(fù)配制備的MFPAC磁性絮凝劑無論對COD還是色度的去除均有較大的改善。隨著PAC、MFPAC的投加量的增加，COD和色度的去除率呈先增加后減少的趨勢。當(dāng)投藥量為1.5 g/L時，MFPAC對COD的去除率達到最大值，為58. 9%，而此時PAC對COD的去除率僅為46.5%。色度去除率最大值出現(xiàn)在MFPAC投加量為1.75 g/L，色度的去除率為66. 8%，相同投藥量下PAC對色度的去除率僅為53. 4%。這是因為：一方面納米Fe30。具有較大的比表面積以及較強的吸附廢水中懸浮物的能力，在絮凝過程中成為礬花的核心，起到異相成核的作用，提高絮凝體的密實度和沉降性能，縮短了礬花的形成、聚集及沉降時間，從而增強聚合硫酸鐵的絮凝作用；另一方面納米Fe3 04帶有磁性，其投加量較多時，更容易與絮凝劑絮體結(jié)合形成更為緊密的磁絮凝，此外增加了磁性粒子間的相互吸引力，從而增加凝聚成大的絮體的顆粒數(shù)量，達到較好的凝聚效果。
當(dāng)MFPAC投加量大于1.75 g/L時，隨著投藥量的繼續(xù)增加，COD和色度均逐漸降低，原因在于MFPAC投加量較多導(dǎo)致納米Fe304投加過量，帶有磁性Fe3 04之間會發(fā)生自凝聚，不再與絮凝劑的絮體進行結(jié)合形成復(fù)合緊密的磁絮凝體，不能起到異相成核作用，導(dǎo)致其絮凝性能下降。此外MFPAC投加量較大時，會將廢水中已脫穩(wěn)的膠體顆粒表面重新帶上較多的正電荷而出現(xiàn)膠體再穩(wěn)現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝效果變差。盡管MFPAC投加量為1.5 g/L，色度的去除不是最佳，但色度的去除依然高達64.7 %，綜合考慮，確定MFPAC的最佳投加量為1.5 g/L。
2.2礦化垃圾吸附處理垃圾滲濾液
垃圾滲濾液混凝出水作為吸附用水樣，水質(zhì)如下：COD為1 730~2 670 mg/L；氨氮質(zhì)量濃度為760～1 410 mg/L；色度為460~ 814倍；pH為6.5~7.8。
2.2.1 焙燒改性對礦化垃圾吸附效果的影響
不同焙燒溫度下的礦化垃圾改性產(chǎn)品對混凝后出水的吸附效果如圖3所示。
COD和氨氮的去除率隨著焙燒溫度的增加而逐漸增大，當(dāng)焙燒溫度為700C時，COD和氨氮的去除率達到最大值55.7%和64.2 %。隨著焙燒溫度的繼續(xù)增加，COD和氨氮的去除率有所下降，焙燒溫度為800℃時，COD和氨氮的去除率下降至44.3 %和60. 7%。這是由于隨著焙燒溫度的增加，礦化垃圾的孔道逐漸增多，其比表面積由此增大，但焙燒溫度大于700℃時，增加焙燒溫度容易導(dǎo)致礦化垃圾的結(jié)構(gòu)水丟失，導(dǎo)致礦化垃圾的結(jié)構(gòu)破壞而坍塌，從而使其內(nèi)部的微孑L被堵塞，降低其比表面積，而此時礦化垃圾中載有的一定質(zhì)量分數(shù)的氧化物活性被燒結(jié)死，從而大大降低礦化垃圾的吸附性能[1 0]，因此焙燒的最佳溫度為700℃。
2.2.2 吸附劑量對吸附效果的影響
吸附劑量對COD和氨氮的吸附效果如圖4所示。由圖4可以看出，隨著礦化垃圾投加量的增加，COD和氨氮的去除率逐漸增加最終趨于平衡。這是因為增加吸附劑的投加量能增加吸附的表面積，導(dǎo)致參與吸附的官能團數(shù)目增加，從而為吸附提供更多的活性位點，所以在滲濾液中增加吸附劑的投加量能有效地提高COD和氨氮的去除率，當(dāng)吸附劑投加量達到一定時，吸附劑對污染物的吸附逐漸達到飽和，因此，最終COD和氨氮的吸附趨于平衡。
對于滲濾液中COD的吸附，當(dāng)吸附劑投加量為40 mg/L時，COD的去除率達到最大值57. 3%，而此時氨氮的去除率為66. 7%；當(dāng)吸附劑投加量由40 mg/L增加到60 mg/L時，氨氮的去除率達到最大值71. 1%，盡管氨氮的去除率有所增加，但其增加并不明顯；當(dāng)吸附劑的投加量為20 mg/L時，礦化垃圾對COD和氨氮的吸附量同時達到最大值，其吸附量分別為20.85 mg/g和22.95 mg/g。當(dāng)吸附劑的投加量大于20 mg/L時，吸附劑對COD和氨氮的吸附量隨著吸附劑投加量的增加而減少，這是因為吸附劑投加量增加所造成的凝結(jié)會導(dǎo)致吸附劑總面積減小，增長有機污染物到吸附劑的擴散路徑，再加上吸附點本身就不飽和，造成單位吸附量降低，從而導(dǎo)致單位吸附量降低。
3結(jié)論
基于納米Fe3 04與PAC復(fù)配制備的MFPAC磁性復(fù)合絮凝劑處理垃圾滲濾液，對COD和色度的去除效果優(yōu)于單獨投加PAC，適宜的納米Fe3 04與PAC質(zhì)量比為1：3。m( Fe304)：m( PAC)與投藥量對混凝效果影響較為顯著；pH和沉淀時間影響相對較小。在MFPAC投加量為1.5 g/L條件下，COD和色度去除率分別達到62.6 %和66.5%。
改性礦化垃圾可有效消減MFPAC強化混凝后水樣中COD和氨氮的質(zhì)量濃度，尤其對氨氮有很好的吸附效果，利用改性礦化垃圾吸附混凝出水，在焙燒溫度為700℃，吸附劑投加量為40 mg/L的條件下，COD和氨氮的去除率分別為56. 7%和68. 40/0。
采用納米Fe3 04強化混凝一改性礦化垃圾吸附處理垃圾滲濾液，最終COD、色度和氨氮的去除率分別達到83. 8%、78. 5%和74.3%。
