混凝吸附作用在垃圾渗滤液处理中的应用浅析

孙雷军 孙凤茹

（1 兰州交通大学研究生学院，甘肃 兰州730070；2 兰州城市学院城市经济与旅游文化学院，甘肃 兰州730070）

1 绪 论

我国普遍采用卫生填埋法处置垃圾，所产生的垃圾渗滤液的主要特性:有机污染物种类多，水质复杂，污染物的浓度高、范围变化大，水质水量随季节变化大，且随填埋时间发生变化。由于我国的垃圾未经严格分选，渗滤液中的金属含量高，氨氮浓度高，营养元素比例失调，不适宜生化处理中微生物的生长，以至在生化处理后COD 的浓度仍然较高，达不到满意的去除效果。

混凝一吸附法是一种易操作、效率高的处理方法。将混凝剂投加到垃圾渗滤液中，经过混凝一沉淀的过程，再将吸附剂投加到沉淀所得上清液中，通过吸附剂对渗滤液中污染物的充分吸附，能大大降低垃圾渗滤液中的难降解物含量。经过多项研究证明，混凝处理和吸附过程在垃圾渗滤液的处理中有显著效果，处理出水大部分指标能达到可生化性要求。而且，该技术具有工艺过程简单，工程投资低，运行成本少等特点。

2 混凝、吸附机理研究

水处理中的混凝现象十分复杂。混凝剂种类不同，作用机理不同;同一种混凝剂，在不同条件下作用机理也不同。在环境中研究水的混凝机理，不像胶体化学中胶体凝聚那样单纯，DLVO理论不能解释所有现象。在混凝作用中，还有其他几种作用机理，共同解释了混凝机理。

2.1 压缩双电层作用

在水处理中，双电层压缩作用相当于混凝剂所离解的金属离子如AL3+、Fe3+的作用。A13+、Fe3+具有很强的压缩双电层的能力，使胶体脱稳凝聚，但在混凝过程中，金属离子还要继续发生水解，并短暂存在，转化为一系列的其他带有轻基的较简单子以及聚合离子之后，最终产生Al(oH)3、Fe(OH)3等带正电的胶体。因此，使胶体脱稳凝聚不止是金属离子的作用，还有所有中间产物中的带正电的高价离子。

2.2 吸附一中和作用

高价电解质在水中经水解缩聚而形成的高分子物，无论是否带电或所带电荷符号与胶体电荷符号是否相同，都能吸附在胶体粒子上。带有正电荷的高分子物质或高聚合粒子吸附了负电荷胶体粒子后，产生电性中和作用，导致胶粒心电位的降低，失去稳定性。同时，由于胶粒和高分子或聚合离子之间的吸附不仅只由静电引力引起，还来自于氢键、共价键、极性键、范德华引力等各种吸附力，因此胶粒可能吸附更多的聚合离子以至使胶体颗粒电荷改变符号，能由原来负电荷胶体变成带正电荷胶体。

2.3 吸附一架桥作用

高分子物质对胶体的强烈吸附，起到在胶粒与胶粒之间的架桥连接作用。吸附架桥作用包括两种情形:一是高分子絮凝剂把许多较小的胶体吸附起来，形成更大的颗粒，特别还指非离子型以及与胶体同电号的离子型高分子絮凝剂所起的吸附作用;二是两个大的同号胶体中间，由于有一个较小的异号胶体而连在一起。

但是，当胶粒表面被高分子全部覆盖后，两胶粒接近时，会因胶粒表面吸附的高分子受到压缩变形而具有排斥能，也会因高分子带电而相互排斥，因此产生胶体不能凝聚的“胶体保护”现象。尽管有国外研究者提出，胶粒表面高分子的覆盖率为50%时，絮聚效果最好，但在实际处理中，投加量只能由试验决定。

2.4 絮体网捕作用

随着混凝剂投加量较多，高价离子经水解缩聚可形成大量的氢氧化物聚合体(如[Fe(OH)3]n、[AI(OH)3]n)，从水中析出，可以网捕、卷带水中的细小胶粒形成絮状物，加速絮体的增长和沉淀。因此，水中胶体杂质多时，需要的混凝剂较少;而水中胶体杂质少，所需混凝量更多。在水处理中，这几种混凝机理各自不是孤立存在的，往往会几种同时存在，只是在某些特定情况下会以其中一种机理为主。

3 混凝效果影响因素分析

3.1 COO 浓度对混凝效果的影响

当稀释2 倍，使COD 浓度变为原来的一半时，去除率最高，能达到41.1%。可以看出，稀释倍数增加，COD 的浓度降低，其去除率并不会随之提高。这是因为，稀释倍数增加，致使水中污染物浓度降低，投加相同数量的混凝剂，对稀释倍数较高的水样而言，混凝剂会投加过量，使失稳的胶体又发生了复稳，使COD 的去除效果不明显。说明COD 的浓度对混凝效果有一定影响，但同样受水中其它复杂成分的影响。对浊度去除率而言，稀释倍数到10 倍的时候，可以达到89.73%。当稀释倍数提高，浊度的去除率会相应的提高，混凝后的上层清液显得清澈，浊度得到了较大程度的降低。

3.2 助凝剂的投加对混凝效果的影响

通过对比发现，对于高浓度的垃圾渗滤液而言，加助凝剂能取得更佳的混凝效果效果。这是由于PAM 具有优异的架桥性能，能降细小散落的矾花通过吸附架桥作用结合在一起，形成较大的矶花，使其能迅速在水中沉降，在沉降过程中大的矶花还能捕集到更多小的胶体颗粒或有机分子，从而使水样中COD 的含量降低得更多。

3.3 pH 对混凝效果的影响

当pH=7.0 左右时，浊度的去除率达到最高的68.3%，在原水pH 不变的情况下，COD 达到最高的去除率为12.64%，并且在整个pH 为6.0-9.0 的区间COD 的去除率变化都不明显。认为在pH 为7.0-8.0 时，就能取得较好的效果，证明了FS 对pH 的适应性较强，实际操作中无须调节pH，可节约成本。

3.4 投加量对混凝效果的影响

随着投加量的增加，COD 的去除率逐渐增加，当投加量为600mg/L，COD 的去除率达到最高为58.06%;到投加量为700mg/L 时，COD 的去除率并没有随之增高;而当投加量继续增高到800mg 时，COD 的去除率反而下降。说明，到800mg/L 时，PAFS 投加已经过量，使水样中本来己经脱稳的胶体粒子复稳，因而使COD 的去除率又降低。

另外，当投加量为800mg/L，浊度的去除率达到最高为66.6%。但其变化情况无明显规律。

4 吸附材料选择

处理含高浓度COD 的渗滤液，无论是泥炭或粉煤灰都能取得相对较好的处理效果。但在保证减少用量的前提下，固液比为1:20 即吸附剂质量浓度为50g/L 时，在实验中采用的吸附时间内，经粉煤灰吸附的混凝出水，能使COD 的去除率达到55.7%，而泥炭却不能降低水中COD，反而使水样中COD 含量在混凝的基础上有所增加。说明在对COD 的吸附方面，粉煤灰优势明显，通过计算可得，在吸附时间为8h 时，粉煤灰的平均吸附量为10.06mgCOD/90，在吸附氨氮方面，两种吸附剂都能吸附水样中含有的氨氮。在8h 的吸附时间内，泥炭的平均吸附量为7.87mgNH3-N/g，其吸附速率为0.98mgNH3-N/g·h，粉煤灰的平均吸附量为11.43mgNH3-N/g，吸附速率为1.43mgNH3-N/g·h。因此说明，粉煤灰对氨氮的吸附能力强于泥炭。

综上所述，选择粉煤灰作为混凝一吸附工艺吸附环节的吸附剂，刚开始进行吸附时，由于水中各种杂质及未经处理的粉煤灰中本身含有的各种物质的干扰，使吸附效果不明显，随着吸附时间增加，COD 和氨氮的去除率逐渐增加。到吸附时间为3h 时，对COD 吸附基本达到最高，过了3h 后，COD 的吸附率没有变化，说明在吸附时间为3h 时，吸附达到饱和。

计算得出粉煤灰的平均吸附量为10.06mgCOD/g，其吸附速率为3.53mgCOD/g·h，达平衡时COD 的去除率达到55.57%。但随时间的增加，氨氮的去除率逐渐增加，原因除了粉煤灰对氨氮有良好的吸附效果外，长时间的搅拌也有利于游离态的氨氮排出水体，使水中氨氮含量降低，当搅拌吸附时间为5h 时，氨氮的去除率达到55.94%，此时粉煤灰对氨氮的平均吸附量为6.64mgNH3-N/g。

5 结 论

本文采用聚合硫酸铝铁做混凝剂、粉煤灰做吸附剂，经过本实验工艺进行预处理后的垃圾渗滤液，COD 和氨氮的最终去除率分别最高能达到61.40%和96.26%。在不调节pH 的情况下，粉煤灰对COD 的吸附3 小时达到饱和，吸附饱和时COD 去除率能达到55.57%。实验证明此工艺能改善水质，能够为后续生物处理提供较好的条件。

[1]孟了，熊向陨，马箭.我国垃圾渗滤液处理现状及存在问题[J].给水排水，2003，29(10):26-29.

[2]张富韬，方少明，松全元.混凝一吸附法处理垃圾渗滤液的实验研究[J].北京科技大学学报，2005，27(l):21-23.