混凝吸附作用在垃圾滲濾液處理中的應用淺析

孫雷軍 孫鳳茹

（1 蘭州交通大學研究生學院，甘肅 蘭州730070；2 蘭州城市學院城市經濟與旅游文化學院，甘肅 蘭州730070）

1 緒 論

我國普遍采用衛生填埋法處置垃圾，所產生的垃圾滲濾液的主要特性:有機污染物種類多，水質復雜，污染物的濃度高、范圍變化大，水質水量隨季節變化大，且隨填埋時間發生變化。由于我國的垃圾未經嚴格分選，滲濾液中的金屬含量高，氨氮濃度高，營養元素比例失調，不適宜生化處理中微生物的生長，以至在生化處理后COD 的濃度仍然較高，達不到滿意的去除效果。

混凝一吸附法是一種易操作、效率高的處理方法。將混凝劑投加到垃圾滲濾液中，經過混凝一沉淀的過程，再將吸附劑投加到沉淀所得上清液中，通過吸附劑對滲濾液中污染物的充分吸附，能大大降低垃圾滲濾液中的難降解物含量。經過多項研究證明，混凝處理和吸附過程在垃圾滲濾液的處理中有顯著效果，處理出水大部分指標能達到可生化性要求。而且，該技術具有工藝過程簡單，工程投資低，運行成本少等特點。

2 混凝、吸附機理研究

水處理中的混凝現象十分復雜。混凝劑種類不同，作用機理不同;同一種混凝劑，在不同條件下作用機理也不同。在環境中研究水的混凝機理，不像膠體化學中膠體凝聚那樣單純，DLVO理論不能解釋所有現象。在混凝作用中，還有其他幾種作用機理，共同解釋了混凝機理。

2.1 壓縮雙電層作用

在水處理中，雙電層壓縮作用相當于混凝劑所離解的金屬離子如AL3+、Fe3+的作用。A13+、Fe3+具有很強的壓縮雙電層的能力，使膠體脫穩凝聚，但在混凝過程中，金屬離子還要繼續發生水解，并短暫存在，轉化為一系列的其他帶有輕基的較簡單子以及聚合離子之后，最終產生Al(oH)3、Fe(OH)3等帶正電的膠體。因此，使膠體脫穩凝聚不止是金屬離子的作用，還有所有中間產物中的帶正電的高價離子。

2.2 吸附一中和作用

高價電解質在水中經水解縮聚而形成的高分子物，無論是否帶電或所帶電荷符號與膠體電荷符號是否相同，都能吸附在膠體粒子上。帶有正電荷的高分子物質或高聚合粒子吸附了負電荷膠體粒子后，產生電性中和作用，導致膠粒心電位的降低，失去穩定性。同時，由于膠粒和高分子或聚合離子之間的吸附不僅只由靜電引力引起，還來自于氫鍵、共價鍵、極性鍵、范德華引力等各種吸附力，因此膠粒可能吸附更多的聚合離子以至使膠體顆粒電荷改變符號，能由原來負電荷膠體變成帶正電荷膠體。

2.3 吸附一架橋作用

高分子物質對膠體的強烈吸附，起到在膠粒與膠粒之間的架橋連接作用。吸附架橋作用包括兩種情形:一是高分子絮凝劑把許多較小的膠體吸附起來，形成更大的顆粒，特別還指非離子型以及與膠體同電號的離子型高分子絮凝劑所起的吸附作用;二是兩個大的同號膠體中間，由于有一個較小的異號膠體而連在一起。

但是，當膠粒表面被高分子全部覆蓋后，兩膠粒接近時，會因膠粒表面吸附的高分子受到壓縮變形而具有排斥能，也會因高分子帶電而相互排斥，因此產生膠體不能凝聚的“膠體保護”現象。盡管有國外研究者提出，膠粒表面高分子的覆蓋率為50%時，絮聚效果最好，但在實際處理中，投加量只能由試驗決定。

2.4 絮體網捕作用

隨著混凝劑投加量較多，高價離子經水解縮聚可形成大量的氫氧化物聚合體(如[Fe(OH)3]n、[AI(OH)3]n)，從水中析出，可以網捕、卷帶水中的細小膠粒形成絮狀物，加速絮體的增長和沉淀。因此，水中膠體雜質多時，需要的混凝劑較少;而水中膠體雜質少，所需混凝量更多。在水處理中，這幾種混凝機理各自不是孤立存在的，往往會幾種同時存在，只是在某些特定情況下會以其中一種機理為主。

3 混凝效果影響因素分析

3.1 COO 濃度對混凝效果的影響

當稀釋2 倍，使COD 濃度變為原來的一半時，去除率最高，能達到41.1%。可以看出，稀釋倍數增加，COD 的濃度降低，其去除率并不會隨之提高。這是因為，稀釋倍數增加，致使水中污染物濃度降低，投加相同數量的混凝劑，對稀釋倍數較高的水樣而言，混凝劑會投加過量，使失穩的膠體又發生了復穩，使COD 的去除效果不明顯。說明COD 的濃度對混凝效果有一定影響，但同樣受水中其它復雜成分的影響。對濁度去除率而言，稀釋倍數到10 倍的時候，可以達到89.73%。當稀釋倍數提高，濁度的去除率會相應的提高，混凝后的上層清液顯得清澈，濁度得到了較大程度的降低。

3.2 助凝劑的投加對混凝效果的影響

通過對比發現，對于高濃度的垃圾滲濾液而言，加助凝劑能取得更佳的混凝效果效果。這是由于PAM 具有優異的架橋性能，能降細小散落的礬花通過吸附架橋作用結合在一起，形成較大的磯花，使其能迅速在水中沉降，在沉降過程中大的磯花還能捕集到更多小的膠體顆粒或有機分子，從而使水樣中COD 的含量降低得更多。

3.3 pH 對混凝效果的影響

當pH=7.0 左右時，濁度的去除率達到最高的68.3%，在原水pH 不變的情況下，COD 達到最高的去除率為12.64%，并且在整個pH 為6.0-9.0 的區間COD 的去除率變化都不明顯。認為在pH 為7.0-8.0 時，就能取得較好的效果，證明了FS 對pH 的適應性較強，實際操作中無須調節pH，可節約成本。

3.4 投加量對混凝效果的影響

隨著投加量的增加，COD 的去除率逐漸增加，當投加量為600mg/L，COD 的去除率達到最高為58.06%;到投加量為700mg/L 時，COD 的去除率并沒有隨之增高;而當投加量繼續增高到800mg 時，COD 的去除率反而下降。說明，到800mg/L 時，PAFS 投加已經過量，使水樣中本來己經脫穩的膠體粒子復穩，因而使COD 的去除率又降低。

另外，當投加量為800mg/L，濁度的去除率達到最高為66.6%。但其變化情況無明顯規律。

4 吸附材料選擇

處理含高濃度COD 的滲濾液，無論是泥炭或粉煤灰都能取得相對較好的處理效果。但在保證減少用量的前提下，固液比為1:20 即吸附劑質量濃度為50g/L 時，在實驗中采用的吸附時間內，經粉煤灰吸附的混凝出水，能使COD 的去除率達到55.7%，而泥炭卻不能降低水中COD，反而使水樣中COD 含量在混凝的基礎上有所增加。說明在對COD 的吸附方面，粉煤灰優勢明顯，通過計算可得，在吸附時間為8h 時，粉煤灰的平均吸附量為10.06mgCOD/90，在吸附氨氮方面，兩種吸附劑都能吸附水樣中含有的氨氮。在8h 的吸附時間內，泥炭的平均吸附量為7.87mgNH3-N/g，其吸附速率為0.98mgNH3-N/g·h，粉煤灰的平均吸附量為11.43mgNH3-N/g，吸附速率為1.43mgNH3-N/g·h。因此說明，粉煤灰對氨氮的吸附能力強于泥炭。

綜上所述，選擇粉煤灰作為混凝一吸附工藝吸附環節的吸附劑，剛開始進行吸附時，由于水中各種雜質及未經處理的粉煤灰中本身含有的各種物質的干擾，使吸附效果不明顯，隨著吸附時間增加，COD 和氨氮的去除率逐漸增加。到吸附時間為3h 時，對COD 吸附基本達到最高，過了3h 后，COD 的吸附率沒有變化，說明在吸附時間為3h 時，吸附達到飽和。

計算得出粉煤灰的平均吸附量為10.06mgCOD/g，其吸附速率為3.53mgCOD/g·h，達平衡時COD 的去除率達到55.57%。但隨時間的增加，氨氮的去除率逐漸增加，原因除了粉煤灰對氨氮有良好的吸附效果外，長時間的攪拌也有利于游離態的氨氮排出水體，使水中氨氮含量降低，當攪拌吸附時間為5h 時，氨氮的去除率達到55.94%，此時粉煤灰對氨氮的平均吸附量為6.64mgNH3-N/g。

5 結 論

本文采用聚合硫酸鋁鐵做混凝劑、粉煤灰做吸附劑，經過本實驗工藝進行預處理后的垃圾滲濾液，COD 和氨氮的最終去除率分別最高能達到61.40%和96.26%。在不調節pH 的情況下，粉煤灰對COD 的吸附3 小時達到飽和，吸附飽和時COD 去除率能達到55.57%。實驗證明此工藝能改善水質，能夠為后續生物處理提供較好的條件。

[1]孟了，熊向隕，馬箭.我國垃圾滲濾液處理現狀及存在問題[J].給水排水，2003，29(10):26-29.

[2]張富韜，方少明，松全元.混凝一吸附法處理垃圾滲濾液的實驗研究[J].北京科技大學學報，2005，27(l):21-23.