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      行業知識

      聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺混凝處理垃圾滲濾液

      時間:2020/07/03 點擊:

      摘要:

      [目的]研究垃圾滲濾液的混凝處理效果,為垃圾滲濾液的預處理提供參考。

      [方法]以初期的垃圾滲濾液作為研究對象采用燒杯攪拌對其進行混凝沉淀試驗,研究了聚合氯化鋁(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)的投加量和投加時間以及初始pH對混凝效果的影響。

      [結果]隨著PAC投加量的增加,垃圾滲濾液的COD去除率先升高后降低,隨著pH的增加,COD去除率也表現出先升后降的趨勢,在pH8.0,PAC投加量為20g/L時,垃圾滲濾液的COD去除率較佳為24.1%;另外,PAM的加入增強了混凝效果,在混合階段投加15ml0.1%PAM混凝后COD的去除率達到了47.4%。

      [結論] 垃圾滲濾液的混凝處理研究為垃圾滲濾液的實際處理提供了理論支持。

      垃圾滲濾液是垃圾在堆放和填埋過程中由于發酵和降水的沖刷,地表水和地下水的浸泡而滲出來的污水。它對地下水和地表水具有較大的潛在危害性,已成為目前環境領域研究的熱點。垃圾滲濾液的特點主要有有機物濃度高、金屬含量高、水質水量變化大等。垃圾滲濾液中COD濃度較高,為100至幾萬mg/L不等,氨氮濃度有時甚至高達10000mg/L以上。高濃度的氨氮對微生物具有一定毒性,并且滲濾液中磷的含量相對偏低,導致營養元素比例失衡,這也是滲濾液生化處理的難點所在。

      26%含量聚合氯化鋁

      物理化學處理不受水質影響,出水水質比較穩定,尤其是對BOD/COD比值較低、難以生物處理的滲濾液有較好的處理效果,主要目的是去除滲濾液中的有毒有害物質、重金屬離子及氨氮。物化法常作為預處理或深度處理來減輕生物處理的負荷、沖擊作用或進一步提高出水水質,常用的有吸附法、氧化法和混凝法。在混凝處理中,無機混凝劑比有機混凝劑的價格低廉。聚合氯化鋁是一種新型無機高分子凈水劑,已廣泛用于生活飲用水和工業廢水。聚丙烯酰胺是現在較常用的助凝劑。筆者研究聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺復合混凝劑處理垃圾滲濾液,通過調節混凝的pH和混凝劑投加量來確定較佳的混凝條件及COD的去除效果,以期為實際的工程試驗提供理論參考。

      陰離子聚丙烯酰胺

      1、材料與方法

      1.1垃圾滲濾液水質

      垃圾滲濾液取自某垃圾焚燒廠,試驗期間垃圾滲濾液的水質為:pH4.73,COD62884mg/L。采用避光保存。

      1.2儀器及藥品

      所用儀器有H97-A恒溫磁力攪拌器、pH3210便攜式pH計(WTW)、KDB-Ⅲ CODcr微波消解儀。試驗藥品有NaOH、重鉻酸鉀、硫酸亞鐵銨、PAC和PAM。

      1.3試驗方法

      取垃圾滲濾液300ml于1L燒杯中,用20%NaOH調節至所需pH。加入一定量的PAC和PAM后,用磁力攪拌器快速攪拌(200r/min)1min,慢速攪拌(80r/min)15min,沉淀1h后取上清液分析檢測。

      2、結果與分析

      2.1較佳聚合氯化鋁投加量的確定

      圖1PAC投加量對COD去除率和出水pH的影響

      在pH8.0,聚合氯化鋁投加量分別為15、20、25、30和35g/L時,考察COD的去除率和出水pH。由圖1可見,聚合氯化鋁混凝法能夠去除垃圾滲濾液中的部分COD。當聚合氯化鋁投加量為15g/L時,COD的去除率為19.0%,隨著聚合氯化鋁投加量的增加,COD的去除率先升高后降低,在聚合氯化鋁投加量為20g/L時,COD去除率達到較大,為24.1%。

      其原因可能為:

      ①聚合氯化鋁是高分子物質,其長鏈兩端吸附膠粒和懸浮物,形成絮體礬花,隨后從水中脫穩沉淀。當聚合氯化鋁投加量少時,不足以將膠粒架橋連接起來;聚合氯化鋁投加量太多時,又會產生膠體保護作用,不利于絮體沉淀。

      ②在pH8.0時,Al3+在水中水解后生成Al(OH)3膠體,Al(OH)3在pH<8.2時帶正電,水中膠體帶負電,它們相互吸引電性中和,在布朗運動的作用下相互碰撞形成大的絮體,從水中沉淀;聚合氯化鋁投加量達到較佳投加量后,繼續增加投加量,Al(OH)3吸附絮體使絮體帶上正電,靜電斥力的作用下不利于絮體的沉淀,從而使COD的去除率降低。

      ③Al(OH)3膠體具有長的條形結構,表面積很大,活性較高,可以吸附廢水中的懸浮顆粒,使呈分散狀態的顆粒形成網狀結構,成為更粗大的礬花而沉淀。但聚合氯化鋁投加量太大時,形成的絮體之間相互支撐,使膠體顆?;謴头€定不能沉淀。

      聚合氯化鋁混凝沉淀后,出水pH都降低了,并且隨著聚合氯化鋁投加量的增加。出水pH降低的越多(圖1)。主要原因是:在pH8.0時,鋁離子在水中主要以Al(OH)3形式存在,Al3+在水解過程中與水中的OH-結合,水中的H+增加,出水的pH降低。

      2.2較佳初始pH的確定

      聚合氯化鋁投加量為20g/L時,不同初始pH條件下,考察聚合氯化鋁混凝作用對垃圾滲濾液COD的去除情況。由圖2可見,初始pH對混凝作用有很大的影響,隨著初始pH的增加,COD的去除率逐漸增加,在pH8.0時,COD的去除率達到較高,為24.1%;之后,初始pH繼續增加,COD的去除率降低。

      圖2初始pH對COD去除率的影響

      研究表明,pH<3.75時鋁鹽的水解產物為Al3+、Al(OH)2+、Al(OH)2+;3.75<pH<5.50時鋁鹽的水解產物為Al7(OH)174+、Al2(OH)24+;5.50<pH<6.75時鋁鹽的水解產物為Al13(OH)345+;6.75<pH<7.75時鋁鹽的水解產物為Al13(OH)345+,出現多核聚集體或Al(OH)3溶膠;pH>7.75時鋁鹽的水解產物為Al(OH)3溶膠、Al(OH)4[-14]??梢?,在pH6.5時,Al在水中主要以Al13(OH)345+形式存在,高價陽離子Al13(OH)345+與垃圾滲濾液中帶負電的膠粒電性中和,粒子在水中不斷運動碰撞,凝結成大的絮體,后沉淀從水中去除。隨pH的增加,Al開始水解成Al(OH)3,Al(OH)3通過電性中和和網捕作用吸附垃圾滲濾液中的膠粒,后從水中脫穩,沉淀下來。COD去除率隨著初始pH的增加而逐漸升高,說明了聚合氯化鋁混凝處理中Al(OH)3起主要作用。pH8.5時,Al水解成的Al(OH)4-增加,它與膠粒結合,靜電斥力影響了絮體的沉降,故COD去除率降低。

      2.3聚丙烯酰胺投加量對混凝效果的影響

      鑒于聚合氯化鋁混凝后泥層較厚和絮體松散,投加聚丙烯酰胺來改善混凝效果。聚丙烯酰胺作為一種助凝劑,能夠改善絮體結構,促使細小而松散的絮粒變得粗大而密實,增強絮凝的效果。當pH為8.0,聚合氯化鋁投加量為20g/L時,聚丙烯酰胺投加量與COD去除率的關系見圖3。

      圖3PAM投加量對COD去除率的影響

      由圖3可見,投加聚丙烯酰胺明顯增加了COD的去除率,當投加5ml 0.1%聚丙烯酰胺后,COD的去除率增加到43.6%;聚丙烯酰胺投加量增加,COD的去除率也隨之升高。聚丙烯酰胺投加量為15ml時,COD的去除率為47.4%。聚合氯化鋁混凝產生的絮體細小、松散,聚丙烯酰胺投加后,長鏈的聚丙烯酰胺通過網捕作用增加絮體的體積,改善絮體的結構,使絮體變大且密實,提高其沉淀性能,提高了COD的去除率。

      2.4聚丙烯酰胺投加時間對COD去除率的影響

      當pH為8.0,聚合氯化鋁投加量為20g/L,0.1%聚丙烯酰胺投加量為15ml時,考察聚丙烯酰胺不同投加時間對COD去除的影響。由圖4可見,不同時間投加聚丙烯酰胺得到不同的COD去除率,聚丙烯酰胺投加時間影響混凝效果?;旌想A段投加聚丙烯酰胺,COD去除率較大,為47.4%;沉淀階段投加聚丙烯酰胺,COD的去除率較小,為42.3%?;旌想A段投加聚丙烯酰胺,聚丙烯酰胺的長鏈結構吸附水中的膠粒和懸浮物,另外聚丙烯酰胺的存在改善聚合氯化鋁絮體結構,使聚合氯化鋁吸附形成的絮體密實。沉淀階段投加聚丙烯酰胺,高分子長鏈聚丙烯酰胺吸附絮體容易形成膠體保護,膠體間相互支撐,使脫穩的絮體再穩定,降低COD的去除率。

      圖4PAM的投加時間對COD去除率的影響

      3、結論

      (1)在pH為8.0,聚合氯化鋁投加量為20g/L時,聚合氯化鋁混凝法處理垃圾滲濾液的效果較好,COD去除率為24.1%;出水的pH都有所降低。

      (2)投加聚丙烯酰胺提高了混凝效果,隨著聚丙烯酰胺投加量的增加,COD的去除率隨之增加。在pH為8.0,聚合氯化鋁投加量為20g/L時,投加0.1%聚丙烯酰胺15ml,COD的去除率達到47.4% ,遠高于單純聚合氯化鋁混凝。

      (3)聚丙烯酰胺在混合階段投加,COD的去除率較高;在絮凝階段投加次之;在沉淀階段投加,COD去除率較低。

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