滲濾液是一種水質(zhì)水量變化大、成分復(fù)雜的高濃度有機(jī)廢水，其水質(zhì)水量特征決定了須采用物化和生化組合工藝加以處理。物化法預(yù)處理可有效削減滲濾液中的COD、氨氮、重金屬離子、色度等，為其后續(xù)的生物處理工藝創(chuàng)造良好的條件。本文對(duì)混凝—焦炭吸附預(yù)處理滲濾液的效果及機(jī)理進(jìn)行了研究。　

　　1 研究工藝及方法

　　滲濾液取自杭州天子嶺垃圾填埋場(chǎng)，其水質(zhì)情況見(jiàn)表1(各指標(biāo)的測(cè)定分析方法按標(biāo)準(zhǔn)法進(jìn)行)，混凝—吸附間歇處理工藝流程見(jiàn)圖1。

　　1.1 混凝試驗(yàn)　

　　混凝的目的是去除滲濾液中的COD和部分重金屬離子，以COD的去除作為主要考察對(duì)象和指標(biāo)。混凝試驗(yàn)過(guò)程中先對(duì)不同類型的混凝劑進(jìn)行篩選，最后選擇具有高效、低耗、價(jià)廉及對(duì)pH適應(yīng)性較好的聚合氯化鋁(PAC)作為混凝劑。　

　　混凝操作條件為：向裝有600mL水樣的燒杯中加入不同量混凝劑的同時(shí)，快速攪拌30～60s(轉(zhuǎn)速為300  r/min)，接著在中速條件下攪拌10min(轉(zhuǎn)速為100r/min)，最后在慢速條件下攪拌15min(轉(zhuǎn)速為50r/min)。攪拌結(jié)束并靜置沉降30min后，取上清液進(jìn)行分析測(cè)定(作三次平行測(cè)定)。　

　　1.2 吸附試驗(yàn)

　　滲濾液經(jīng)混凝沉淀處理后進(jìn)行吸附處理。采用廉價(jià)的焦炭作為吸附劑(焦炭取自蘇州鑄造機(jī)械廠鍋爐間)，將焦炭研成細(xì)顆粒粉末狀，用100～200目孔徑分子篩進(jìn)行篩分，再用0.05mol/L的HNO3溶液洗滌以去除其中的可溶性金屬氧化物，最后用蒸餾水洗滌數(shù)次以去除溶液中的酸，在100℃下置于干燥箱中烘干待用。焦炭經(jīng)過(guò)粉碎及活化處理后具有較高的比表面積(225～500m2/g)，且呈多孔結(jié)構(gòu)，其主要成分及典型含量為SiO2:63.87%、Al2O3:14.39%、Fe2O3：4.62%、CaO：3.70%、MgO：0.22%、其他氧化物：2.31%、有機(jī)物：11.5%、濕度：0.1%，故可借助其結(jié)構(gòu)內(nèi)部較多的堿性基團(tuán)起到良好的絮凝吸附作用。　

　　在室溫條件下以不同吸附時(shí)間和焦炭投量對(duì)重金屬離子的去除情況進(jìn)行了考察(濾紙過(guò)濾分析)。

　　2 結(jié)果及分析

　　2.1 混凝試驗(yàn)

　　圖2所示為不同混凝劑投量對(duì)滲濾液中COD和色度的去除效果。

　　由圖2可見(jiàn)，當(dāng)PAC投量為50～100  mg/L時(shí)，COD去除率由18.4%上升至37.3%;當(dāng)投量為200～280mg/L時(shí)，COD的去除率較為穩(wěn)定，達(dá)38%左右;投量繼續(xù)提高，COD去除率明顯下降。因而，就COD的去除效果而言，其適宜的PAC投量為200～800mg/L，最優(yōu)投量為200mg/L。對(duì)色度去除效果的測(cè)定結(jié)果表明，隨混凝劑投量的增加，色度的去除率呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)投量為400mg/L時(shí)色度去除率最高(68%)。對(duì)混凝出水中重金屬離子的測(cè)定結(jié)果表明，當(dāng)PAC投量為400mg/L時(shí)，各重金屬離子的去除率均較其他投量時(shí)高(見(jiàn)表2)。對(duì)混凝反應(yīng)過(guò)程中絮體性能的觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PAC投量為200～800mg/L時(shí)，絮體較多;而投量為400mg/L時(shí)絮體出現(xiàn)速度較快、尺寸大且沉降速度最快，沉淀后上清液清澈，呈淡黃色，投量<200或>800mg/L時(shí)，絮體顆粒較小且沉降速度均較慢，上清液色度較高。

　　滲濾液中所含各種有機(jī)物大多為腐殖質(zhì)類高分子碳水化合物和中等分子量的灰黃霉酸類物質(zhì)。這些物質(zhì)由于其結(jié)構(gòu)的不同而存在不同的混凝劑適宜投量。從滲濾液的水質(zhì)來(lái)看，其TS濃度較高(為4000mg/L)，而SS濃度較低(為350mg/L)，大部分為溶解性固體。因而根據(jù)SS中COD的大致含量可知，混凝所去除的COD中非懸浮部分的比例較高。　

　　研究表明，PAC對(duì)重金屬離子有一定的處理效果。據(jù)報(bào)道，混凝過(guò)程中由于較快速攪拌而引起的充氧促進(jìn)了重金屬離子的氧化，利于它們?cè)谛躞w表面的吸附。由于滲濾液中的有機(jī)物量大、種類多，它們將與重金屬離子在絮體表面的吸附發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)而影響后者的去除。此外，滲濾液的pH值在中性附近，重金屬離子大多處于離解狀態(tài)，導(dǎo)致上述作用更為明顯。　

　　根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果及綜合考慮對(duì)各指標(biāo)的去除效果可知，在PAC投量為400mg/L時(shí)處理效果最佳COD去除率可達(dá)38.1%，色度去除率達(dá)68.0%，混凝后上清液pH為6.8。將此條件下所得的處理出水進(jìn)行吸附試驗(yàn)。

　　2.2 吸附試驗(yàn)

　　不同焦炭投量下吸附平衡時(shí)的各重金屬離子及COD去除率如圖3所示。

　　由圖可見(jiàn)，通過(guò)焦炭吸附后，各重金屬離子及COD均得到較大幅度的去除。去除率隨焦炭投量的增加而提高。當(dāng)焦炭投量為8～10g/L時(shí)(試驗(yàn)條件：溫度22.5℃，原水pH6.8，吸附時(shí)間120min)，對(duì)Cu、Pb、Cd、Cr、Zn和CODCr　的去除率分別為近100%、55.0%～56.4%、51%、28.2%～48.7%、51.1%～54.9%、34.4%～35.0%。焦炭對(duì)Cu具有極好的吸附性能，對(duì)Cr的去除率則較低。　

　　研究中的吸附為多組分吸附，不能應(yīng)用Frendlich或Langmuir吸附等溫式加以分析(有關(guān)  對(duì)雙組分有機(jī)物的研究也表明了這一點(diǎn))。現(xiàn)僅就焦炭對(duì)不同重金屬離子的吸附能力及去除效果結(jié)合吸附機(jī)理及影響因素作如下分析。　

　　表3列出了各重金屬離子和COD吸附平衡時(shí)的吸附量。焦炭對(duì)Cu、Pb、Zn的吸附能力要高于Cd和Cr，前者的吸附能力為0.011～0.022 7  mg/g炭，后者要比前者低一個(gè)數(shù)量級(jí)。其中對(duì)Zn的吸附能力最強(qiáng)，對(duì)Cd的吸附能力最差。焦炭對(duì)COD具有良好的吸附能力，吸附容量為70.95～96.46mgCOD/g，平均為83.86mgCOD/g。　

　　研究表明，焦炭對(duì)滲濾液中的重金屬離子具有較好的吸附去除效果，但對(duì)不同重金屬離子的去除效果和吸附能力有所不同，且總體上各離子的去除率和吸附容量要比有關(guān)研究報(bào)道[2]的單組分吸附低，這說(shuō)明滲濾液中各重金屬離子對(duì)焦炭存在競(jìng)爭(zhēng)吸附的現(xiàn)象。Majone利用高嶺土對(duì)滲濾液中重金屬離子的吸附研究亦表明了這一點(diǎn)。焦炭對(duì)Cr去除效果較其他離子差，其原因在于混凝后滲濾液的pH在6.8左右。此時(shí)鉻主要以CrO42-的六價(jià)鉻形式存在。當(dāng)pH>6時(shí)，其吸附能力將受到影響。

　　焦炭對(duì)COD具有一定的吸附去除能力。焦炭投量為2～10  g/L時(shí)，COD去除率由12.7%增加到35.0%，其最大吸附容量可高達(dá)96.46mgCOD/g焦炭。吸附劑對(duì)廢水中污染物的吸附效果與污染物的分子量及其濃度有關(guān)，分子量越大、污染物濃度越高，則吸附量越大。滲濾液中的COD大多由腐殖酸類高分子有機(jī)物構(gòu)成，且經(jīng)混凝處理后COD濃度仍較高，因而具有較強(qiáng)的吸附競(jìng)爭(zhēng)能力。雖然COD的去除率低于重金屬離子，但其去除量則遠(yuǎn)高于重金屬離子。　

　　經(jīng)焦炭吸附處理后的出水pH有所上升，在試驗(yàn)的焦炭投量范圍內(nèi)，處理后水的pH由原來(lái)的6.8升高至7.2～7.8。pH的升高與焦炭的成分及其對(duì)污染物、尤其是重金屬離子的吸附機(jī)理有關(guān)。焦炭中含有較多的堿性基團(tuán)，它們具有很強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)活性，對(duì)廢水中陽(yáng)離子以較強(qiáng)的化學(xué)和物理化學(xué)吸附作用為主，從而導(dǎo)致pH的升高。　

　　根據(jù)路易斯酸堿理論，吸附過(guò)程中存在一定程度的對(duì)H+的競(jìng)爭(zhēng)作用。這種競(jìng)爭(zhēng)作用使溶液的pH得到&ldquo;緩沖&rdquo;，并使吸附體系的pH向吸附劑的等電點(diǎn)方向變化，由此可說(shuō)明在吸附過(guò)程中溶液pH有所上升的原因。　

　　Dimitrova等人對(duì)高爐渣蒸餾水浸泡實(shí)驗(yàn)亦發(fā)現(xiàn)溶液的pH由6.2增高至10.0～10.5。Smith和Gray等人的研究也發(fā)現(xiàn)同樣的現(xiàn)象，且pH的升高幅度與原水pH、吸附劑投量及離子濃度有關(guān)。　

　　不同焦炭投量下各污染物濃度隨時(shí)間的變化表明，在2  h的攪拌接觸后，它們均已達(dá)到吸附平衡，但吸附速率是不同的。焦炭對(duì)Cu、Zn和COD具有較快的吸附速度，達(dá)到吸附平衡的時(shí)間分別為45、75、45  min左右，對(duì)Pb和Cr的吸附速度較慢，吸附平衡時(shí)間約為105～120 min，對(duì)Cd的吸附速度最慢，所需的吸附平衡時(shí)間為120 min左右。　

　　以上結(jié)果說(shuō)明，焦炭是一種良好的吸附劑。當(dāng)其處理混凝工藝出水且投量為8～10  g/L時(shí)，對(duì)所研究的各重金屬離子和COD具有良好的處理效果。表4列出了本研究與Majone等人的研究結(jié)果比較，說(shuō)明焦炭具有比高嶺土更好的吸附效果。

　　2.3 混凝&mdash;吸附試驗(yàn)結(jié)果綜合分析

　　圖4示出了各階段對(duì)各指標(biāo)的去除效果。由圖可見(jiàn)，經(jīng)混凝&mdash;吸附處理，各污染物均可達(dá)到60%左右的去除率。混凝對(duì)COD、Pb和Cr有較好的處理效果，其中對(duì)COD的去除量占總?cè)コ康?3.78%。PAC對(duì)各重金屬離子的去除率高低排序?yàn)椋篜b>Cu>Cr>Cd>Zn。吸附階段對(duì)重金屬離子的去除效果和去除量明顯高于混凝，且對(duì)Cu、Zn和Pb具有50%以上的吸附去除率，其中對(duì)Cu的去除效果尤為顯著。焦炭吸附對(duì)重金屬離子的去除率高低排序?yàn)椋篊u>Pb>Zn>Cd>Cr。

　　3 結(jié)論

　　①PAC混凝&mdash;焦炭吸附處理對(duì)滲濾液有良好的預(yù)處理效果。在PAC投量為400 mg/L、焦炭投量為8～10  g/L的條件下，各污染物的去除率分別達(dá)：COD 59.8%、Cu近100%、Pb 68.9%、Cd59.2%、Cr  59.1%、Zn61.0%。因而它作為一種經(jīng)濟(jì)和運(yùn)行靈活的處理工藝，應(yīng)用于該滲濾液的預(yù)處理是可行的。　

　　②混凝和吸附對(duì)污染物的去除(本研究中所分析考察的重金屬)具有良好的互補(bǔ)性。PAC對(duì)重金屬離子的去除率高低排序?yàn)镻b>Cu>Cr>Cd>Zn，焦炭對(duì)重金屬離子的吸附去除率排序?yàn)镃u>Pb>Zn>Cd>Cr，說(shuō)明該工藝具有較強(qiáng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，可獲得對(duì)多種重金屬離子的良好去除效果。　

　　③滲濾液含有多種污染物質(zhì)，其吸附屬于多組分吸附過(guò)程，吸附過(guò)程中存在較強(qiáng)烈的競(jìng)爭(zhēng)吸附現(xiàn)象，而COD則具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。