改性玄武巖棉在垃圾滲瀝液處理中的應(yīng)用

改性玄武巖棉在垃圾滲瀝液處理中的應(yīng)用

0垃圾滲濾液預(yù)處理技術(shù)垃圾廢水是垃圾填埋過程中產(chǎn)生的高有機(jī)廢水。具有高有機(jī)濃度、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、毒性高等特點(diǎn)。如果不妥善處理，不僅會(huì)污染地下水，還會(huì)導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境污染，如擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移。垃圾滲濾液的處理是世界上公認(rèn)的難題,國內(nèi)外常用的垃圾滲濾液預(yù)處理技術(shù)主要有:吹脫法、化學(xué)混凝沉淀法、厭氧法、吸附法等,不經(jīng)過預(yù)處理的垃圾滲濾液COD、BOD、氨氮均很高,并且其中含有許多重金屬離子,會(huì)影響生物法處理的效果,因此垃圾滲濾液必須經(jīng)過預(yù)處理才能有效的進(jìn)行后續(xù)的生物處理,因此發(fā)展垃圾滲濾液的預(yù)處理技術(shù)是當(dāng)前一項(xiàng)迫切的研究課題。玄武巖棉是以天然玄武巖為原料,經(jīng)熔化、纖維化而制成的一種無機(jī)質(zhì)纖維,具有化學(xué)穩(wěn)定性好、不燃的特點(diǎn),也是一種礦物材料。巖棉被大量用于保溫材料,用量大,一般經(jīng)過一次使用后即廢棄,隨意扔入環(huán)境中會(huì)造成環(huán)境污染。目前,已有將玄武巖棉作為吸附材料的研究,如將玄武巖棉經(jīng)改性與植物纖維復(fù)合制備復(fù)合過濾材料,具有較好的過濾性能。但有關(guān)玄武巖棉改性,用于預(yù)處理垃圾滲濾液的研究報(bào)道較少。改性玄武巖棉預(yù)處理垃圾滲濾液,使廢棄的巖棉得到有效的利用,其降解后可成為土壤的母質(zhì),同時(shí)使用后的巖棉可作為一種緩釋肥,用于城市環(huán)境綠化。本文研究采用超聲波及聚合硫酸鐵改性的玄武巖棉,及對(duì)垃圾滲濾液中COD和濁度的去除效果。1實(shí)驗(yàn)部分1.1垃圾滲濾液PFS(聚合硫酸鐵)、H2SO4、NaOH、蛭石、廢棄巖棉。垃圾滲濾液取自天津某垃圾填埋場(chǎng),該滲濾液COD的質(zhì)量濃度為15000～25000mg/L,氨氮的質(zhì)量濃度為1200mg/L,濁度為600,pH值為6～7。1.2儀器和檢測(cè)方法KQ2200DB型數(shù)控超聲波儀、JJ-4六聯(lián)電動(dòng)攪拌器、COD測(cè)定儀、pHS-3D型pH計(jì)、LP2000-11型濁度儀、VIS-723分光光度計(jì)。1.3改性巖棉的制備改性實(shí)驗(yàn):先將拾取的廢棄巖棉用自來水清洗干凈,用烘箱烘干備用。然后用燒杯配制一定濃度的PFS溶液,取一定質(zhì)量洗凈烘干的巖棉放入此溶液中浸泡,同時(shí)將燒杯放入超聲波儀中,以一定頻率振蕩一段時(shí)間,最后取出浸泡后的巖棉,擠凈巖棉上的PFS溶液放入烘箱中烘干備用。處理實(shí)驗(yàn):準(zhǔn)備幾個(gè)吸附柱(圖1),吸附柱直徑30mm,在吸附柱底下一層放4g的蛭石,然后將改性后的巖棉放在蛭石的上面,并將兩層材料稍微壓實(shí),取100mL垃圾滲濾液水樣(pH=7)從吸附柱上面倒入過濾,濾出的廢水水樣流入錐形瓶中,測(cè)定錐形瓶中水樣的COD和濁度。水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定法方:COD測(cè)定采用重鉻酸鉀法,濁度測(cè)定采用濁度儀測(cè)定法。2結(jié)果分析2.1ph值對(duì)cod、濁度去除率的影響在改性過程中配制不同濃度的PFS溶液,分析部不同濃度的PFS濃度改性對(duì)處理效果的影響,見圖2。圖2表明,PFS的濃度對(duì)COD、濁度去除率影響較大,當(dāng)PFS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%的時(shí)候去除效果最佳,但PFS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%的時(shí)候效果相差不多,而且PFS的用量減少,繼續(xù)增大PFS濃度效果反而有所降低,綜合考慮選擇PFS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%時(shí)作為改性最佳條件。2.2影響超聲改造條件的影響2.2.1振蕩頻率對(duì)處理效果的影響在改性過程中配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%的PFS溶液,改變超聲波振蕩的頻率,分析不同振蕩頻率對(duì)處理效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3,超聲波的振蕩頻率對(duì)去除效果有一定影響,當(dāng)振蕩頻率在60%時(shí)COD去除率最高,但對(duì)濁度的影響不大,振蕩頻率增大去除效果稍微降低了一點(diǎn)。2.2.2浸泡振蕩時(shí)間對(duì)處理效果的影響在改性過程中配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%的PFS溶液,超聲波振蕩頻率為60%,改變其浸泡振蕩時(shí)間,分析不同浸泡振蕩時(shí)間對(duì)處理效果的影響,見圖4。圖4表明,浸泡振蕩時(shí)間對(duì)去除效果有較大影響,在20min時(shí)效果最佳,這可能是因?yàn)殡S著浸泡時(shí)間的增長,更多PFS可以負(fù)載在巖棉之上,當(dāng)達(dá)到20min左右時(shí)飽和,繼續(xù)浸泡COD、濁度去除率反而略有下降。2.3最佳ph值的確定將廢巖棉放入7%的PFS溶液中,并用超聲波以振蕩頻率60%,浸泡振蕩時(shí)間20min的條件改性,烘干后備用。取100mL垃圾滲濾液水樣,改變不同的pH值,結(jié)果見圖5。圖5表明,不同的pH值對(duì)處理效果有一定影響,過酸或過堿處理效果均不佳,最佳pH值條件為8,COD和濁度的去除率為73.56%和98.71%。垃圾滲濾液pH過低會(huì)使一定的巖棉被酸腐蝕而溶解,同時(shí)配位水解反應(yīng)困難,使混凝效果降低,影響處理效果;水樣過堿會(huì)使氫氧化鋁、氫氧化鐵沉淀會(huì)大量溶解,也會(huì)使處理效果下降。2.4改性巖棉處理將廢巖棉放入7%的PFS溶液中,并用超聲波以振蕩頻率60%,浸泡振蕩時(shí)間20min的條件改性,烘干后備用。取100mLpH=8的垃圾滲濾液水樣,用不同量的改性巖棉處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6,改性巖棉的用量對(duì)廢水處理的效果有較大的影響,去除率隨著改性巖棉的用量增大而增大,當(dāng)用量為20g時(shí)COD和濁度的去除率達(dá)到最佳,繼續(xù)增加改性巖棉的投加量去除率基本不再提高。2.5ph值對(duì)cod去除率的影響表2為改性巖棉對(duì)垃圾滲濾液中COD、濁度及氨氮去除率正交試驗(yàn)的因素水平表,表2列出了正交試驗(yàn)及極差分析結(jié)果,其中R1、R2、R3分別為各影響因子對(duì)COD、濁度、氨氮去除率的影響程度。由表2可知,R1(B)>R1(A)>R1(C),因此pH值對(duì)COD的影響較大,是實(shí)驗(yàn)的主要因素;而R2(C)>R2(B)>R2(A),即巖棉的用量對(duì)濁度去除率有一定影響,綜合各影響因素的影響,確定最佳條件為A2B3C1,即反應(yīng)條件為浸泡振蕩時(shí)間20min,pH值為8,改性廢巖棉用量為15g時(shí),COD及濁度去除率最高,此時(shí)巖棉用量最少,且pH值適當(dāng)時(shí)不用過多的酸堿調(diào)節(jié)。2.6cod和濁度去除率的變化在PFS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%,浸泡振蕩時(shí)間20min,pH值為8,巖棉用量為15g的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),逐漸增加處理水量,結(jié)果見圖7。圖7表明,隨著原水處理量的增加COD及濁度的去除率逐漸降低,當(dāng)原水處理量達(dá)到500mL時(shí),COD及濁度的去除率從75.20%和98.75%分別降到52.60%合89.76%,此時(shí)可對(duì)巖棉進(jìn)行清洗,洗去巖棉中的絮體,從而可以重復(fù)利用。表3為對(duì)已使用巖棉進(jìn)行重復(fù)利用的實(shí)驗(yàn)研究,每次使用完的改性巖棉將上層的絮體清理并用清水反清洗一次,再繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),每次處理量為100mL水樣,結(jié)果表明,經(jīng)過3次的重復(fù)利用后,COD和濁度的去除率仍達(dá)到68.91%和98.68%,說明巖棉可以再生利用,進(jìn)行多次循環(huán)。3紅外光譜表征取最佳條件下改性的廢棄巖棉進(jìn)行掃描電鏡分析,見圖8。由圖8可知,改性前的巖棉的表面較光滑,表面積較小,聚鐵超聲波改性后的稻殼巖棉纖維的表面粗糙度增大,表面積增大,且上面附著有許多微小顆粒,這些顆粒極有可能就是聚鐵分子。實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步對(duì)改性巖棉進(jìn)行了XRD和傅立葉紅外光譜分析,圖9、圖10說明,XRD譜圖表明沒有出現(xiàn)明顯的晶體峰,主要是無定型結(jié)構(gòu)的羥基硫酸鐵聚合物;紅外譜圖在3400～3500cm-1處的吸收峰對(duì)應(yīng)于-OH和吸附水的伸縮振動(dòng)峰;1000～1400cm-1處是SO2?442-的吸收峰,對(duì)應(yīng)著S=O或0=S=O的伸縮振動(dòng);621cm-1處的吸收峰對(duì)應(yīng)于Fe-O-H彎曲振動(dòng)峰,紅外光譜的測(cè)試結(jié)果進(jìn)一步表明巖棉表面負(fù)載顆粒為羥基橋連的鐵的聚合物。4改性巖棉對(duì)廢水去除率的影響廢棄巖棉經(jīng)過PFS溶液的改性后,在巖棉上負(fù)載了PFS,當(dāng)垃圾滲濾液從改性廢巖棉吸附柱中過濾時(shí),通過吸附電中和和吸附架橋作用,經(jīng)過水解、縮聚反應(yīng)形成高分子聚合物,此時(shí)生成的聚合物具有線性結(jié)構(gòu),在水樣流過的過程中由于改性巖棉線性長度逐漸增大,比單獨(dú)投加聚鐵時(shí)形成絮體的線性長度更大,形成的絮凝體更粗大,從而使廢水的去除率增大。隨著絮體的增加,絮體在巖棉中的密度增加,此時(shí)使廢水中的濁度去除率增大。使用超聲波改性時(shí),超聲波發(fā)出的高頻振蕩訊號(hào)使液體流動(dòng)產(chǎn)生數(shù)以萬計(jì)的微小氣泡,產(chǎn)生瞬時(shí)高壓,對(duì)巖棉表面清洗,使巖棉具有更整體均勻一致的微粒和更干凈的表面,使表面特性達(dá)到最大的展現(xiàn),同時(shí)使PFS更容易負(fù)載在巖棉之上。5最佳改性及處理?xiàng)l件的確定廢棄的巖棉經(jīng)過PFS溶液浸泡,并用超聲波改性后對(duì)垃圾滲濾液中COD和濁度具有較好的去除效果,并且?guī)r棉可以反復(fù)利用3次以上,仍保持一定的去除效果,達(dá)到了預(yù)處理垃圾滲濾液的目的,降低了后續(xù)生物處理的負(fù)荷。通過正交試驗(yàn),確定了最佳的改性及處理?xiàng)l件,即PFS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%,超聲波振蕩頻