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        垃圾滲濾液專題 NEWS
         
         
        垃圾滲濾液深度處理

         垃圾滲濾液的處理是近些年環境工作者研究的熱點和難點之一〔1, 2〕,其處理比工業廢水、生活污水要困難得多。垃圾滲濾液經傳統生物法處理后,出水中仍含有大量環烷烴、酯類、羥酸類及苯酚類等有毒有害物質,需對其進行深度處理,才能達標排放。雖已有學者對垃圾滲濾液深度處理技術做了許多研究,也總結了許多方法〔3, 4〕,但都有其各自的弊端。因此,尋找更環保、低耗、高效的深度處理技術對中國乃至全世界都具有重大意義。

        粉煤灰是燃煤電廠焚燒煤爐排出的一種工業廢渣,目前我國每年以近1.8 億t 的速度排放,并且有逐年上升的趨勢,但能被重復利用的粉煤灰還不到 30%〔1〕。未被利用的粉煤灰不僅占用了大量土地,而且由于其粒細質輕,容易隨風飄遷,造成環境污染,因而粉煤灰的綜合利用已成為當代環境工作者研究的熱門課題。近年來,粉煤灰在水處理領域中的應用日益增多〔5 -6〕。粉煤灰的主要化學成分為SiO2、 Al2O3、Fe2O3、CaO 等,具有一定的吸附能力,但由于其表面結構致密,若直接使用則吸附效率較低。為提高粉煤灰的吸附效率,本實驗采用微波改性粉煤灰,考察了其最佳微波改性條件并對微波改性后的粉煤灰進行了表征,同時探討了吸附時間、pH 和改性粉煤灰投加量等對改性粉煤灰深度處理垃圾滲濾液的影響,為其實際應用提供必要的科學依據。

        1 實驗部分

        1.1 實驗材料

        粉煤灰:取自莆田市某火電廠。經XRF 分析顯示其主要化學成分(以質量分數計)為SiO2 58.3%、 Al2O3 21.1%、Fe2O3 8.1%、CaO 5.1%、MgO 1.1%等。由于SiO2 和Al2O3 的含量豐富(約近80%),為吸附反應提供了大量的Si、Al 活性點,有利于吸附反應的粉煤灰;Fe2O3 含量適中,在一定程度上可以促進反應過程中的離子交換以及更好地進行絮凝和沉淀。 XRD 分析顯示粉煤灰的晶相是莫來石(3Al2O3· 2SiO2)和石英(SiO2)。

        垃圾滲濾液: 取自莆田市某垃圾填埋場厭氧- 好氧生化處理后的出水,CODCr 約為420~510 mg/L, BOD5/CODCr<0.2,其中大部分有機物為難生物降解物質,色度為0.704 ( 以吸光度表示,吸收波長 254 nm),pH 為5.8。

        試劑:K2Cr2O7、HCl、NaOH、Fe2 (SO4)3、H2SO4、 Ag2SO4,均為分析純,國藥集團化學試劑有限公司。

        1.2 實驗儀器

        SEM-S4800 型掃描電鏡,日立公司; XRF-1800 型X 射線熒光光譜儀,日本島津公司;DX-2000 型 X 射線衍射儀,丹東方圓儀器有限公司;HH-5 型 COD 快速測定儀,江蘇江分電分析儀器有限公司; JJ-4 六聯同步測速攪拌器,國華儀器有限公司; G70F23N1P-G5(W0)格蘭仕微波爐,廣東格蘭仕集團有限公司;UVmini-1240 型紫外-可見分光光度計,日本島津公司;pHS-25 型酸度計,上海精密科學儀器有限公司;DHG-9246A 電熱恒溫鼓風干燥箱,上海精宏實驗設備有限公司;BS224S 電子天平,北京賽多利斯儀器系統有限公司;SHA-B 水浴恒溫振蕩器,上海申勝生物技術公司;D250 標準套篩。

        1.3 實驗方法

        粉煤灰預處理: 用蒸餾水清洗粉煤灰3~4 次,在振蕩器里振蕩30 min,沉淀,除去上部渾濁的液體;將清洗后的粉煤灰在干燥箱中于105 ℃干燥 24 h,冷卻至室溫,備用。

        改性方法: 將100 g 預處理后的一定粒徑的粉煤灰在不同微波功率下活化一段時間,取出,冷卻至室溫,裝入密封袋中備用。

        實驗方法: 取150 mL 垃圾滲濾液置于250 mL 燒杯中,加入一定量不同改性條件下制備的微波改性粉煤灰,將燒杯置于攪拌器下攪拌反應一段時間后,靜置1 h,過濾,取上層清液測定CODCr 和色度,并計算CODCr 和色度去除率以判斷微波改性粉煤灰對垃圾滲濾液的吸附性能。

        1.4 分析方法

        (1)pH 的測定。水樣pH 采用pHS-25 精密pH 計進行測定。

        (2)CODCr 的測定。CODCr 采用庫侖滴定法進行測定,并由此計算CODCr 去除率。

        式中:C0———原水樣的 CODCr,mg/L;

        C———處理后水樣的 CODCr,mg/L。

        (3)色度的測定。色度采用紫外-可見分光光度計進行測定,并由此計算色度去除率。

        式中:A0———原水樣的吸光度;

        A——處理后水樣的吸光度。

        (4)掃描電鏡分析(SEM)。采用掃描電子顯微鏡對改性前后粉煤灰的表面結構進行分析。

        2 結果與分析

        2.1 不同方法處理的粉煤灰吸附效果對比研究

        為了考察不同方法處理的粉煤灰對垃圾滲濾液吸附處理效果的影響,選擇原水樣pH,分別稱取不同方法處理的75 μm 粉煤灰2.5 g 進行吸附反應,吸附時間為100 min,結果如表 1 所示。

        由表 1 可知,在相同條件下,經水洗預處理的粉煤灰對垃圾滲濾液中的CODCr 和色度的處理效果比未經處理的粉煤灰略有提高,但并不顯著;而粉煤灰經微波改性后,對垃圾滲濾液中的CODCr 和色度的處理效果均大幅度提高,CODCr 去除率由14.20%提高至34.20%,色度去除率由30.40%提高至58.70%,說明微波改性后粉煤灰的吸附能力顯著提高,這可能是因為微波改性既會影響粉煤灰表面的孔隙結構,又會影響粉煤灰表面的化學性質,同時還可使活化過程速率加快,化學反應歷程改變,降低反應活化能等〔7〕,最終使微波改性粉煤灰活性大增。因此,以下實驗均以微波改性粉煤灰作吸附劑。

        2.2 微波改性條件對粉煤灰吸附性能的影響

        2.2.1 微波功率的影響

        實驗所用微波爐功率為700 W,共10 檔,取其中的5 檔(分別取總功率的20%、40%、60%、80%、 100%)。取75 μm 預處理后的粉煤灰,采用不同微波功率活化10 min,制備微波改性粉煤灰。維持原水樣 pH,取2.5 g 微波改性粉煤灰進行吸附反應,吸附時間為100 min。微波功率對微波改性粉煤灰吸附性能的影響如圖 1 所示。

        圖 1 微波功率對微波改性粉煤灰吸附性能的影響

        由圖 1 可知,隨著微波功率的增大,CODCr 和色度去除率均逐漸升高,當微波功率達到420 W 時,微波改性粉煤灰對垃圾滲濾液中的CODCr 和色度的去除率均達到最大,分別為37.80%和62.32%;繼續提高微波功率,CODCr 和色度去除率均有所降低。這是因為在微波改性過程中粉煤灰的通道被逐漸打開且空穴半徑增大,又新生了很多微孔,故其吸附效率大大提升; 但過高的微波功率卻可能破壞了粉煤灰的晶格空穴,燒塌或堵塞了粉煤灰的孔道,造成了吸附效率下降〔8〕。

        2.2.2 微波活化時間的影響

        以420 W 微波功率在不同的活化時間下活化 75 μm 預處理后的粉煤灰,制備微波改性粉煤灰。維持原水樣pH,稱取2.5 g 微波改性粉煤灰進行吸附反應,吸附時間為100 min。微波活化時間對微波改性粉煤灰吸附性能的影響如圖 2 所示。

        圖 2 微波活化時間對微波改性粉煤灰吸附性能的影響

        由圖 2 可知,微波活化時間<10 min 時,隨著微波活化時間的增加,CODCr 和色度去除率增大;微波活化時間為10 min 時,CODCr 和色度去除率同時達到一個高峰值,分別為39.81%和62.80%;繼續增加微波活化時間,CODCr 和色度去除率反而降低。其原因可能是在微波活化時間<10 min 時,隨著微波活化時間的增加,粉煤灰內的表面吸附水和層間水迅速氣化逸出,促進了其內部空隙的形成和結構的暢通,吸附性能逐漸增強;當微波活化時間達到10 min 時,粉煤灰內部可逸出的水分減少,粉煤灰孔隙和通道達到一個最大值,此時吸附性能最強;若繼續延長活化時間(>10 min),粉煤灰內部溫度繼續上升,因其內部缺乏散熱條件致使其孔隙和通道的結構被 “軟化”,導致樣品粉化,致使其吸附性能下降。故后續實驗均采用10 min 作為微波活化時間。

        2.2.3 粉煤灰粒徑的影響

        以420 W 微波功率活化不同粒徑的粉煤灰 10 min,制備微波改性粉煤灰。維持原水樣pH,稱取 2.5 g 微波改性粉煤灰進行吸附反應,吸附時間為 100 min。粉煤灰粒徑對微波改性粉煤灰吸附性能的影響如圖 3 所示。

        圖 3 粉煤灰粒徑對微波改性粉煤灰吸附性能的影響

         
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