城市生活垃圾的處理已經(jīng)成為當今我國城市發(fā)展面臨的一個棘手問題。不同的處理方式對環(huán)境的影響差異很大,填埋法處理成本低,簡便易行,因而成為世界上大多數(shù)國家最主要的處理方式。然而垃圾填埋過程中產(chǎn)生的大量滲濾液會對地下水、地表水和土壤等環(huán)境造成巨大危害。滲濾液是由于雨水滲透廢物帶走其中溶解性物質(zhì)而形成的,是垃圾填埋場有毒化合物的流動部分,含有較高濃度的無機和有機化合物。由于垃圾滲濾液成分極其復雜,水質(zhì)變化范圍大,有機負荷高,且含有大量具有難生物降解性、生物累積性和三致效應的有毒有機污染物,其處理的難度很大。

垃圾滲濾液作為一種高強度廢水,己經(jīng)被視為地表水及地下水的潛在污染源,如果得不到妥善處理,會穿透地表土及地下土層,對地下水體造成嚴重污染。

1、方案論證

在垃圾滲濾液處理中,沸石對滲濾液中的氨氮去除效果較好,但天然沸石對COD的去除效果卻并不佳。垃圾滲濾液是一種高濃縮的、化學需氧量(COD)極高(一般可達幾萬到幾十萬)、含有許多重金屬離子和難降解的有機物、有毒物質(zhì)的極難處理的廢水。利用吸附法凈化滲濾液,是多組分吸附在吸附劑表面,組分不同,吸附效果不同。在滲濾液處理過程中,吸附效果除了與被吸附的物質(zhì)的特性有關外,還與投加量、溶液的pH值、反應溫度和吸附時間有關。此外,用酸或堿對沸石進行改性也可改變沸石的吸附性能,使沸石的吸附性能增加,提高處理效果。本文主要研究一般情況對改性沸石處理滲濾液的影響,包括沸石改性用酸的濃度、沸石投量、處理液pH值及吸附接觸時間等對沸石吸附處理滲濾液效果的影響。

2實驗過程

2.1垃圾滲濾液的采集

本試驗選擇武漢市二妃山垃圾填埋場調(diào)節(jié)池滲濾液作為試驗用水。采集該垃圾填埋場垃圾滲濾原液20L,保存于棕色玻璃瓶中。將取得的滲濾液置于陰暗處避光密封保存。運回實驗室后,在4°C避光保存于暗處。垃圾的來源主要為地區(qū)的生活垃圾。

2.2實驗操作

配出2moL/L、4moL/L、6moL/L、8moL/L、12moL/L的鹽酸溶液。分別將沸石與鹽酸按1∶10比例投入溶液中浸泡改性120min,用蒸餾水洗至中性后,在105℃烘干,均勻研碎備用。稱取2g加入100mL5倍稀釋水樣中,震蕩吸附120min后測定濾液的CODCr。根據(jù)CODCr濃度選定最佳改性鹽酸濃度,并制取一定量改性沸石備用。COD的分析采用重鉻酸鉀法(GB/T11914-1989),由于垃圾滲濾液COD較高,需稀釋5倍后測定。

3結(jié)果分析及討論

3.1不同濃度鹽酸對沸石改性效果的影響

分別稱取2g不同濃度鹽酸改性沸石,加入到100mL垃圾滲濾液中,震蕩吸附120min后,用定量濾紙過濾,測定濾液的CODCr,選定最佳改性鹽酸濃度。結(jié)果表明,不同濃度鹽酸改性的沸石對滲濾液COD的吸附去除率有一定影響,原狀沸石COD的去除率僅為0.46%;2moL/L的去除率開始隨鹽酸的濃度增大而迅速增大,然后隨著鹽酸濃度的增大而減小。其最佳改性鹽酸濃度約為2moL/L。以下試驗所用改性沸石均是在此最佳條件下制備而成。

3.2改性沸石投加量對COD去除率的影響

選取最佳改性濃度鹽酸改性的沸石,分別向100mL5倍稀釋液中投加0.5g,1.0g,1.5g,2.0g,2.5g,震蕩吸附120min后測定濾液的CODCr,以確定最佳吸附劑投加量。實驗結(jié)果表明:實驗水樣中改性沸石的投加量對COD的去除率有較大的影響。當改性沸石投加量≤2g時,COD的去除率隨沸石投加量的增加而快速增加。當沸石投加量達到2g以后,沸石投加量的增加對COD的去除率基本沒有影響。

3.3滲濾液初始pH值對COD去除率的影響

調(diào)節(jié)垃圾滲濾原液的pH值為4、5、6、7、8、9,分別加入改性沸石2g,進行吸附處理,根據(jù)COD的去除率確定最佳吸附pH值。由試驗可知,改性沸石的最佳投加量為2g沸石/100mL水樣。取6份100mL水樣,分別調(diào)節(jié)它們的pH值為4、5、6、7、8、9。實驗結(jié)果表明,水樣的pH值對COD去除率有較大影響。當水樣的pH值小于6,即水樣呈較強酸性時,沸石對COD的去除率較高,可達36%以上;而當水樣pH值大于7時,沸石對COD的去除率趨勢隨水樣堿性的增強而迅速降低。因此,處理時需要調(diào)節(jié)滲濾液pH值。考慮到實際運營的經(jīng)濟成本,并根據(jù)試驗中水樣pH值調(diào)節(jié)到6時,COD去除率就較高的試驗結(jié)果,最佳水樣pH值選擇為6。

3.4不同吸附接觸時間對COD去除率的影響

該實驗的吸附過程為震蕩吸附過程,因而震蕩吸附的時間與COD的去除率之間也有較大的關系。將水樣pH值調(diào)節(jié)到6,震蕩時間分別設定為20min、40min、60min、80min、120min。然后重復實驗,測定濾液的CODCr。實驗結(jié)果表明,最佳改性沸石、最佳投藥量、最佳水樣pH值時,震蕩吸附的時間對COD去除率關系為震蕩時間小于60min

時,COD去除率隨震蕩時間的延長而增長較快;當震蕩時間達到60min后,COD去除率隨震蕩時間的延長增長緩慢,甚至沒有變化。考慮到實際處理效率和經(jīng)濟效益,選擇最佳震蕩時間為60min較為合理。

3.5吸附等溫線

3.5.1Freundlich等溫式

由Freundlich等溫式得到的是一條近似的直線。如果沸石吸附量隨COD平衡濃度的增加而增加,且數(shù)據(jù)線性相關性好,則說明沸石對垃圾滲濾液COD的吸附符合Freundlich等溫模式。作出單位沸石的吸附量q與處理后的COD的濃度C的對數(shù)關系曲線,即為吸附等溫線。其中q表示單位質(zhì)量沸石可吸附的COD量(mg/g);C表示處理后COD濃度(mg/L)。

Freundlich等溫式:logq=logk+blogC

(1)式中,k、b為吸附常數(shù)。

將實驗數(shù)據(jù)按此方程進行擬合,所得直線方程為:logq=9.3523-2.6792logC

(2)相關系數(shù)υ=0.8515,說明沸石吸附處理COD符合Freundlich等溫模式。

3.5.2Langmuir等溫式

Langmuir等溫式是從動力學角度出發(fā),通過一些假設條件而推導出來的單分子吸附公式。以C/q對C作圖,得到的即是Langmuir等溫式,結(jié)果得不到直線,說明不是單分子層吸附。

Freundlich等溫式與Langmuir等溫式均說明沸石對滲濾液中COD的吸附是以物理吸附為主。改性沸石對垃圾滲濾液COD的吸附處理不能簡單的用Freundlich等溫式與Langmuir等溫式描述,可能是由于垃圾滲濾液中有機物的種類繁多,包括酚類、胺類、含氮雜環(huán)類、雜環(huán)芳烴類等難降解有機物。這些有機物的性質(zhì)差異較大,其吸附性能各異。當沸石投加量≥2g時,有近32%的COD物質(zhì)被沸石吸附,繼續(xù)增加投加量,COD去除率趨于穩(wěn)定,說明在垃圾滲濾原液中有約30%的有機物易于被沸石吸附。

4結(jié)論

天然沸石或人工沸石對垃圾滲濾液中高濃度的COD去除效果不佳,通過對沸石進行改性,可以對COD的去除效果有較大的改善。本研究通過鹽酸改性沸石處理垃圾滲濾液中的COD實驗發(fā)現(xiàn),鹽酸改性沸石的改性鹽酸最佳濃度為2moL/L,沸石的最佳投加量為2g沸石/100mL滲濾液,處理水樣的最佳pH值為6,吸附震蕩時間為60min。此時,改性沸石對垃圾滲濾液中COD的去除效果最佳,最大去除效率為36%左右,而且沸石吸附COD的作用以物理吸附為主。

沸石來源廣泛、價格低廉、對環(huán)境友好,以改性沸石吸附處理垃圾滲濾液在未來將會有較大的發(fā)展前景。