改性膨润土处理垃圾渗滤液的研究.pdf

改性膨润土处理垃圾渗滤液的研究 * 邢奕 1， 2 谯耕 2 张闻涛 2 1. 北京大学地球与空间科学学院， 北京 100871;2. 北京科技大学土木与环境工程学院， 北京 100083 摘要 介绍了一种采用膨润土处理垃圾渗滤液的方法。通过对钠基及膨润土进行改性， 增加膨润土对污染物的吸附能 力， 再将其应用于垃圾渗滤液的处理中。主要用以处理经过 MBR 处理后的难以被生物降解的废水。当原水化学需氧 量 ρ COD 为 866 mg/L 时， 通过投加聚合氯化铝铁 PAFC 及改性膨润土， 出水 ρ COD 为 63 mg/L， 达生活垃圾填 埋场污染控制标准 中垃圾渗滤液污染排放控制要求。 关键词 垃圾渗滤液; COD; 膨润土; 改性剂 RESEARCH ON LANDFILL LEACHATE TREATMENT USING MODIFIED BENTONITE Xing Yi1， 2Qiao Geng2Zhang Wentao2 1． School of Earth ＆ Space Science，Peking University，Beijing 100871， China; 2． School of Civil and Environmental Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083， China AbstractIt was presented a to treat landfill leachate． Modified bentonite was applied to make its water quality meet the“Standard for Pollution Control on the Landfill Site of Municipal Solid Waste” ． This was used to treat the refractory wastewater which had been treated by MBR． While the initial COD of the leachate was 866 mg/L，it could reach 63 mg/L through the use of modified bentonite and PAFC． Keywordslandfill leachate; COD; bentonite; modifier * 北京市科技新星计划项目 Z111106054511043 。 0引言 目前， 城市生活垃圾主要采用卫生填埋的方法进 行处置。但在填埋阶段以及填埋场封场后监管期间 产生的垃圾渗滤液一直没有得到很好的处理。垃圾 渗滤液有恶臭气味， 含多种致癌与致突变物质， 危害 性大， 如处理不当， 会恶化空气， 污染土壤， 并危害地 表水或地下水 ［1］。普遍认为垃圾渗滤液中的溶解性 有机物是其主要污染物 ［2- 3］。 1试验方法 膨润土有很好的吸附性能， 天然钠基膨润土对亲 水性物质的吸附性能较好但是对疏水性物质的吸附 能力较差 ［4- 5］， 因此在试验中， 需要对膨润土先进行改 性， 从而让其既能够吸附亲水性物质， 又能够吸附疏 水性物质 ［6］。具体操作步骤如下 1 将有机改性剂、 膨润土和水按一定比例放入 锥形瓶中， 于 80℃ 水浴锅中以 300r/min 搅拌反应一 定时间， 制备出改性度不同的有机化膨润土。 2 将垃圾渗滤液中加入一定量的有机化膨润 土， 按 250 r/min 搅拌反应 15min。 3 加入与膨润土等量的 PAFC， 先按 250 r/min 快速搅拌 2 min， 然后按 80 r/min 慢速搅拌 10 min， 使 之静置 2 ～ 3 h。 4 取上清液测试 COD。 2试验结果及分析 2. 1改性剂用量对处理效果的影响 原水为经过 MBR 处理后的垃圾渗滤液， 其中主 要污染物为难以生物降解的有机物。 ［7］原水 ρ COD 为 866 mg/L， pH 值为 8。 将有机改性剂与膨润土按不同比例加入等量水 中， 于 80℃ 水浴锅中以 300r/min 搅拌反应 2 h， 制备 出改性度不同的有机化膨润土。按同样 8 g/L 的投 加量加入垃圾渗滤液， 搅拌 1 h 后加入 8 g/L PAFC， 按 250 r/min 快速搅拌 2 min， 然后按 80 r/min 慢速 搅拌 10 min， 使之静置 2 ～ 3 h 后， 取上清液测得 COD 如图 1 所示。 44 环境工程 2012 年 12 月第 30 卷第 6 期 图 1改性度对处理效果的影响 从图 1 可以看出 当改性剂与膨润土的比例从 0. 25∶ 10 提高到 1∶ 10 的过程中， COD 去除率逐渐从 25 上升至 87 。由此可以看出， 随着改性度的提 高， 膨润土去除水体污染物的能力逐渐提高。可以看 出水中大部分污染物是以疏水性物质存在的， 所以改 性度较低的膨润土处理效果较差。天然钠基膨润土 经过有机改性后， 其表面既有亲水基团又有亲油基 团， 并且吸附面积也大量增加， 故其去除污染物的能 力得到有效加强。由于天然膨润土中表面硅氧结构 具有极强的亲水性和层间可交换阳离子， 影响了其吸 附有机废水的性能 ［7］。而改性剂改性后的有机膨润 土的表面形成有 机相， 其 亲 水 性 部 分 转 变 为 亲 油 性 ［8］， 对有机污染物的吸附性能得到加强。改性剂 继续增加， 去除效果没有得到明显提高， 反而有略微 的下降趋势。这说明了膨润土改性度过高后， 吸附疏 水性物质的能力提高很慢， 而吸附亲水性物质的能力 却有一定的下降。故选择比例为 1∶ 10 的改性膨润土 进行后续试验。 2. 2pH 值对处理效果的影响 按照 1∶ 10 的比例对膨润土进行改性后， 调节废 水呈不同 pH 值， 投加 8 g/L 的改性膨润土进入废水。 处理完成后测定上清液的 COD 如图 2 所示。 图 2 pH 对处理效果的影响 废水的初始 pH 值为 8， 普遍认为膨润土在中性 偏碱的环境下会有较好的处理效果 ［9］。为验证 pH 值对此废水处理效果的影响， 将原水的 pH 值分别调 整到 5、 6、 7、 8 原水 、 9 后， 投加 8 g/L 膨润土， 继续 搅拌一定时间后对水质进行测定。从图 2 可以看出 pH 不同的各组样本均在搅拌时间为 15 min 时达到 最佳处理效果， 可以认为膨润土与废水混合 15 min 后已经达到吸附平衡状态。随着 pH 的升高， COD 去 除率呈上升趋势， pH 5 时， COD 去除率为 60 ， 当 pH 升高至 8 时， COD 去除率达 85 。pH 继续从 8 上升 至 9 时， COD 去 除 率 的 变 化 非 常 小， 相 差 ≤ 0. 1 ， 并且 pH 9 时 COD 去除率比 pH 8 时略小。 这主要是因为 当水体 pH 从 5 上升到 8 时， 水中污 染物水解程度越来越大， 膨润土的离子交换吸附作用 得到充分利用。当 pH≥8 时， 由于水中 OH － 持续升 高， 膨润土与 OH － 离子的交换吸附作用加强， 所以对 废水中污染物质的去除效果有所下降， 这说明 OH － 与水体中污染物在膨润土的吸附中有竞争关系 ［10］， 所以 pH 升高后反而 COD 去除率下降。通过以上分 析确定当废水初始 pH 为 8 时， 处理效果最佳。 2. 3改性膨润土投加量对处理效果的影响 按照 1∶10 的比例对膨润土进行改性后， 投加不同 剂量的改性膨润土进入废水， 按 250 r/min 搅拌反应 15 min后投加等量的 PAFC。先按 250 r/min 快速搅拌 2 min， 然后按 80 r/min 慢速搅拌 10 min， 使之静置 2 ～ 3 h。处理完成后测定上清液的 COD 如图 3 所示。 图 3膨润土投加量对 COD 去除率的影响 从图 3 可以看出 当膨润土投加量从 8 g/L 增加 至 12 g/L 时， COD 去除率上升很快， 从 86. 5 上升 到 92. 7 ， 此时废水中的 COD 下降到 65 mg/L。当 投加量大于 12 g/L 后， 处理效果反而下降， 当投加量 为 16 g/L 时， 去除率下降到 86. 5 。这是由于增加 了膨润土的投加量， 水体中吸附剂含量增加， 对污染 物的总去除量随之增加。但投加膨润土的同时平衡 吸附量会逐渐下降， 单位面积的膨润土所能吸附的污 54 环境工程 2012 年 12 月第 30 卷第 6 期 染物含量下降， 以至于最后随着膨润土投加， 污染物 去除率上升非常缓慢。并且膨润土本身会引入一定 的 COD， 所以过量投加膨润土会使去除效果下降。 并且过多投加膨润土还会使处理成本增加。故选择 12 g/L 为最佳膨润土投加量。 2. 4温度对处理效果的影响 温度对膨润土吸附效果有一定影响 ［11］。在温度 分别为 25， 30， 35， 40， 45 ℃ 的情况下， 向废水中投加 12 g/L膨润土按 250 r/min 搅拌反应 15min 后投加 12 g/L PAFC， 处理后测定其 COD 去除率结果如图 4 所示。当温度为室温 25 ℃ 时， COD 去除率为 92 ， 随着温度的升高， COD 去除率逐渐下降， 当温度升至 45 ℃ 时， 去除率下降为 89 。由此可以看出 膨润土 对污染物的吸附作用为放热反应， 其物理吸附以污染 物质在膨润土层间形成的多个微小有机溶剂区的 “分配作用” 为主。温度对膨润土吸附能力不大， 应 选择室温 25 ℃ 进行， 反应效果最佳。 图 4温度对 COD 去除率的影响 2. 5PAFC 投加量对处理效果的影响 向废水中投加 12 g/L 膨润土， 选择不同剂量的 PAFC 进行投加， 测出水 COD 如图 5 所示。 图 5PAFC 投加量对 COD 去除率的影响 当 PAFC 投 加 量 为 4 g/L 时， COD 去 除 率 为 76 ， 随着 PAFC 投加量的增加， COD 去除率逐渐上 升，当 PAFC 投加 12 g/L 时， COD 去除率达 93 ， 此 时废水 ρ COD 为 64 mg/L。这主要是由于加入聚合 氯化铝铁， 可以有效的使吸附污染物的膨润土沉降至 水底， 保持出水的澄清， 并且依靠混凝形成的带正电 的水解产物， 通过电性中和以及吸附作用， 也可以去 除一定的有机污染物 ［12］。继续投加 PAFC， 去除效果 没有增加， 反而出现缓慢下降的趋势。这说明， 过多 投加絮凝剂对污染物的去除作用不明显， 反而会增加 水中的 COD。 3结论 改性膨润土可以有效的对垃圾渗滤液进行处理， 当改性剂 与膨 润 土配比为 1 ∶ 10， pH 为 8， 温度为 25℃ ， 改性膨润土投加量为 12 g/L， PAFC 投加量为 12 g/L 时， 处理效果最佳， COD 去除率达 93 ， 出水 ρ COD 为 64 mg/L， 达生活垃圾填埋场污染控制标 准 中垃圾渗滤液污染排放控制要求。 参考文献 ［1］李建亚． 城市垃圾渗滤液的治理［J］． 环境工程， 2009 S1 166- 168． ［2］凌辉， 鲁安怀， 王长秋， 等． 有机化膨润土处理垃圾渗滤液方法 研究［J］． 矿物学报． 2010 S1 204- 205． ［3］白轩， 胡筱敏， 王艳秋， 等． 晚期垃圾渗滤液短程硝化氮平衡的 研究［J］． 环境工程， 2011 5 41- 44． ［4］李冬冬． 表面活性剂协同膨润土处理印染废水研究［D］． 南 宁 广西大学，2008． ［5］罗太安， 刘晓东． 改性膨润土对 Cd Ⅱ 的吸附性能研究［J］． 环境工程， 2005 1 80- 81． ［6］凌辉， 鲁安怀， 王长秋． 用于有机废水处理的改性膨润土的制 备新方法研究［J］． 岩石矿物学杂志， 2011 1 135- 140． ［7］邵红， 王恩德， 马勇， 等． 镍硅交联 － 有机柱撑改性膨润土的应 用研究［J］． 环境工程， 2004 4 79- 80． ［8］Chandrasekhar S， PramadaPN．Kaolin-basedzeoliteYA precursor for cordierite ceramics［J］． Applied Clay Science， 2004， 27 3- 4 187- 198． ［9］Ma J，Zhu L． Simultaneous sorption of phosphate and phenanthr- ene toinorgano-organo-bentonitefromwater ［J］．Journalof Hazardous Materials， 2006，136 3 982- 988． ［ 10］Ma J F，Cui B Y，Dai J A，et al． Mechanism of adsorption of anionic dye from aqueous solutions onto organobentonite［J］． Journal of Hazardous Materials， 2011，186 2- 3 1758- 1765． ［ 11］Marsal A，Bautista E，Ribosa I，et al． Adsorption of polyphenols in wastewater by organo-bentonites［J］．Applied Clay Science， 2009，44 1- 2 151- 155． ［ 12］董秉直， 曹达文， 范瑾初． 最佳混凝投加量和 pH 去除水中有机 物的研究［J］． 工业水处理，2002，22 6 29- 31． 作者通信处邢奕100083北京科技大学土木与环境工程学院 E- mailxingyi ustb． edu． cn 2012 － 07 － 06 收稿 64 环境工程 2012 年 12 月第 30 卷第 6 期