垃圾滲濾液生化尾水處理技術(shù)
城市生活垃圾填埋過程中產(chǎn)生的垃圾滲濾液因成分復(fù)雜,、氮磷含量高、處理難度大而備受關(guān)注,。目前對(duì)滲濾液的處理主要采用各種生物處理單元的組合工藝,，但處理后的滲濾液尾水中CODCr和氮磷等濃度仍很高，如若處理不善,，不僅會(huì)對(duì)周圍的土壤和地下水造成污染,，還會(huì)造成水體的富營(yíng)養(yǎng)化，進(jìn)而危害人類健康〔6〕,。雖然用膜分離,、高級(jí)氧化、活性炭吸附等技術(shù)處理有較好的處理效果,，但是存在成本高,、膜堵塞、工藝復(fù)雜、吸附劑再生困難,、引發(fā)二次污染等問題,。
水滑石（HT）也稱作層狀雙氫氧化物或陰離子黏土，經(jīng)焙燒改性后得到的改性水滑石（MHT）,，在水溶液中可重新恢復(fù)為HT的層狀結(jié)構(gòu),，同時(shí)達(dá)到去除污染物的目的，具有成本低,、比表面積大,、易再生、吸附能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),，在水處理方面已得到廣泛應(yīng)用,，而在實(shí)際垃圾滲濾液生化尾水的處理中鮮有報(bào)道。黃山市生活垃圾填埋場(chǎng)的滲濾液經(jīng)處理后最終流入新安江,，生物處理后的尾水中仍含有較高的氮和磷,，給新安江營(yíng)養(yǎng)鹽的凈化帶來一定影響。筆者以黃山市生活垃圾填埋場(chǎng)滲濾液Ⅰ期生物處理尾水為研究對(duì)象,，選用經(jīng)焙燒處理后的改性水滑石為吸附劑,，考察其用于處理垃圾滲濾液生化尾水中TN、NH4+-N,、CODCr及TP的可行性及其產(chǎn)物的再生性能,，為垃圾滲濾液生化尾水的處理提供技術(shù)參考的同時(shí)，對(duì)于減輕新安江營(yíng)養(yǎng)鹽的輸入負(fù)荷具有重要的意義,。
1材料與方法
1.1材料與試劑
將Mg/Al碳酸根型水滑石置于馬弗爐內(nèi)于500℃條件下焙燒2.0~3.0h,，制得改性水滑石（MHT）。垃圾滲濾液生物處理后的尾水取自黃山市生活垃圾填埋場(chǎng)（場(chǎng)齡7a）,，其pH為7.0~7.4,，TP、TN,、NH4+-N,、CODCr分別為5.5、156.2,、63.5,、365.8mg/L。實(shí)驗(yàn)中所用試劑除特別說明外均為分析純,，實(shí)驗(yàn)用水為新鮮去離子水,。
1.2吸附實(shí)驗(yàn)
在一系列250mL具塞錐形瓶中分別加入一定質(zhì)量的改性水滑石和100mL垃圾滲濾液，在設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)條件下恒溫振蕩一定時(shí)間后,，離心分離,，分別采用堿性過硫酸鉀消解-紫外分光光度法,、納氏試劑分光光度法,、鉬酸銨分光光度法和重鉻酸鉀法測(cè)定上清液中TP,、TN、NH4+-N,、CODCr的含量,，計(jì)算相應(yīng)的去除率和吸附量，采用EXCEL2010和SPSS19.0對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,。所得固體于70℃條件下干燥24h,，以X射線衍射儀為測(cè)試手段，對(duì)吸附產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,。
1.3再生實(shí)驗(yàn)
分別采用碳酸鈉解吸再生法和焙燒再生法對(duì)吸附產(chǎn)物進(jìn)行再生,。焙燒法，即將吸附產(chǎn)物置于500℃下重新焙燒2~3h得到MHT,，同時(shí)已吸附的污染物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o機(jī)小分子物質(zhì),；碳酸鈉解吸法，即在產(chǎn)物投加質(zhì)量濃度為1g/L,，溫度為70℃,，碳酸鈉濃度為0.05mol/L的條件下反應(yīng)5~7h，吸附質(zhì)被碳酸根置換出來進(jìn)入溶液,。兩種方法再生后的樣品重新用于吸附實(shí)驗(yàn),，以污染物的去除率表征吸附劑的再生率。
2結(jié)果與討論
2.1投加量對(duì)去除率的影響
溫度為25℃,、振速為150r/min,，向一系列100mL滲濾液中分別投加0.05、0.1,、0.2,、0.3、0.4,、0.5,、0.6、0.7,、0.8,、1.0、1.5gMHT,，恒溫振蕩120min,，結(jié)果見圖1。
由圖1可知,，TN,、NH4+-N,、CODCr、TP的去除率隨著MHT投加量的增加而逐漸升高,，當(dāng)MHT投加質(zhì)量增加至0.6g時(shí),，MHT的利用率達(dá)到最高，而投加質(zhì)量大于0.6g時(shí)去除率增幅不明顯,，因此,，后續(xù)實(shí)驗(yàn)中MHT的投加質(zhì)量濃度均選為6g/L。
2.2振蕩時(shí)間對(duì)去除率的影響
在溫度為25℃,、振速為150r/min,，MHT的投加質(zhì)量濃度為6g/L條件下，TN,、NH4+-N,、CODCr、TP的去除率隨振蕩時(shí)間的變化趨勢(shì)見圖2,。
由圖2可以看出,，去除率均隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，60min后增速趨于平緩,。MHT對(duì)TN,、NH4+-N、CODCr,、TP的去除率最高分別為59.09%,、49.20%、45.00%,、85.38%,。去除50%的TN和45%的NH4+-N所需時(shí)間分別為40、60min,，去除40%的CODCr需要60min,，去除80%的TP所需的時(shí)間為20min，總磷初始質(zhì)量濃度為5.5mg/L的生化尾水在經(jīng)過快速吸附后即可達(dá)到《生活垃圾填埋場(chǎng)控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889—2008）的排放標(biāo)準(zhǔn),?？焖傥降倪^程可有效地縮短MHT實(shí)際應(yīng)用時(shí)的水力接觸時(shí)間，有助于減少反應(yīng)池體容積,，降低投資,。采用準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合可知，準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型可以很好地表征MHT的吸附過程,，吸附速率常數(shù)的大小順序?yàn)門P＞NH4+-N＞TN＞CODCr,，且初始吸附速率均大于0.53mg/（g·min）?；貧w分析表明線性回歸極顯著,，顯著性概率均小于0.05,。
2.3振蕩時(shí)間對(duì)去除率的影響
在溫度為25℃、MHT的投加質(zhì)量濃度為6g/L,、振蕩60min的條件下,，改變振蕩速度，考察振蕩速度對(duì)去除率的影響,，結(jié)果見圖3,。
由圖3可知，隨著振蕩速度的提高,，TN、NH4+-N,、CODCr,、TP的去除率先升高，當(dāng)振蕩速度達(dá)到150r/min之后,，各去除率略有減少,，但整體變化不大。
2.4pH對(duì)去除率的影響
在溫度為25℃,、振速為150r/min,、振蕩60min、MHT的投加質(zhì)量濃度為6g/L的條件下,，考察pH對(duì)TN,、NH4+-N、CODCr,、TP去除率的影響,，結(jié)果表明，隨著pH的升高,，4種污染物去除率整體變化較小,，在pH=7時(shí)去除率達(dá)到最高。酸性和堿性條件均會(huì)影響吸附的順利進(jìn)行,，這是因?yàn)?，MHT對(duì)溶液中陰離子的吸附優(yōu)先于陽離子和分子，酸性條件下產(chǎn)生的酸根陰離子和堿性條件下產(chǎn)生的OH-均會(huì)與吸附質(zhì)形成競(jìng)爭(zhēng)吸附,。另外,，MHT在水溶液中恢復(fù)層狀結(jié)構(gòu)的同時(shí)會(huì)釋放出OH-起緩沖作用，而堿性條件下這種緩沖作用消失,。
2.5再生效果
圖4為水滑石與吸附TN后樣品的XRD圖譜,。可以看出,，各衍射峰峰窄而尖,，雜峰少,，兩者晶體結(jié)構(gòu)吻合較好，但相對(duì)強(qiáng)度略有減小,，說明MHT吸附TN后僅部分恢復(fù)了水滑石層狀結(jié)構(gòu),。為了考察MHT吸附污染物后產(chǎn)物的再生性能，在MHT投加質(zhì)量為6g/L,、pH=7,、振蕩60min、振速為150r/min的條件下,，以吸附TN為例,，比較了焙燒法和解析法的再生吸附效果，結(jié)果見圖5,。
由圖5可以看出,，焙燒后的吸附率和解吸后的吸附率均隨著再生次數(shù)的增加而減小，焙燒再生法的效果明顯優(yōu)于解析法,，再生4次的樣品對(duì)TN的吸附率分別為45.90%,、37.20%，之后去除率降幅較大,。一方面,，經(jīng)過多次高溫焙燒后，再生產(chǎn)物在結(jié)構(gòu)重建過程中的結(jié)晶程度大大降低,，降低了再生產(chǎn)物的吸附能力,。另一方面，MHT吸附污染物后樣品的憎水性增強(qiáng),，解析率減小直接導(dǎo)致了再吸附率的降低,。焙燒再生法可明顯提高吸附劑的使用率，實(shí)現(xiàn)吸附劑再生的同時(shí)減少了二次污染,。
2.6動(dòng)態(tài)吸附試驗(yàn)
將50mL滴定管改裝為小型動(dòng)態(tài)吸附柱,，其內(nèi)徑為1.1cm，MHT填充質(zhì)量為6.0g,，底部鋪有1.0cm高的粗砂和2.0cm高的細(xì)沙以防止MHT流失,，MHT有效柱高為8.0cm，采用恒流泵連續(xù)進(jìn)水,，流量為0.36L/h,，定時(shí)對(duì)出水進(jìn)行分析，計(jì)算各指標(biāo)的去除率,，結(jié)果見圖6,。
由圖6可以看出，隨著時(shí)間的延長(zhǎng),，4種污染物的去除率逐漸增加至吸附平衡,，且達(dá)到最大值所需時(shí)間不同,，其大小順序?yàn)镃ODCr＞TN＞NH4+-N＞TP，TN,、NH4+-N,、CODCr、TP的最高去除率分別為,、52.07%,、41.21%、42.10%,、82.00%,。120min以后去除率迅速下降，最佳吸附時(shí)間為40~90min,。
3結(jié)論
（1）當(dāng)MHT投加質(zhì)量為6g/L,、pH=7，振蕩時(shí)間60min,、振速為150r/min、垃圾滲濾液尾水中TN,、NH4+-N,、CODCr、TP的去除率最高分別為59.09%,、49.20%,、45.00%、85.38%,。吸附過程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型,，初始吸附速率均大于0.53mg/（g·min）。進(jìn)水流量為0.36L/h,，MHT裝填質(zhì)量為6.0g時(shí),，TN、NH4+-N,、CODCr,、TP的去除率最高分別為52.07%、41.21%,、42.10%,、82.00%，且最佳的吸附時(shí)間為40~90min,。
（2）吸附產(chǎn)物分別經(jīng)焙燒法和解吸法再生4次后,，再生樣品對(duì)TN的去除率分別為45.90%、37.20%,，焙燒再生法明顯優(yōu)于解吸再生法,，表現(xiàn)出了良好的再生利用性能,。
（3）本實(shí)驗(yàn)條件下，改性水滑石處理垃圾滲濾液生化尾水具有較好的處理效果,，尤其是氮和磷的去除,，減少了新安江氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的輸入，在滲濾液深度處理方面有一定的參考價(jià)值,，其工程化應(yīng)用的條件仍需進(jìn)一步探索,。
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