聚合氯化铝和聚丙烯酰胺混凝处理垃圾渗滤液

摘要：

[目的]研究垃圾渗滤液的混凝处理效果，为垃圾渗滤液的预处理提供参考。

[方法]以初期的垃圾渗滤液作为研究对象采用烧杯搅拌对其进行混凝沉淀试验，研究了聚合氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）的投加量和投加时间以及初始pH对混凝效果的影响。

[结果]随着PAC投加量的增加，垃圾渗滤液的COD去除率先升高后降低，随着pH的增加，COD去除率也表现出先升后降的趋势，在pH8.0，PAC投加量为20g/L时，垃圾渗滤液的COD去除率较佳为24.1%；另外，PAM的加入增强了混凝效果，在混合阶段投加15ml0.1%PAM混凝后COD的去除率达到了47.4%。

[结论] 垃圾渗滤液的混凝处理研究为垃圾渗滤液的实际处理提供了理论支持。

垃圾渗滤液是垃圾在堆放和填埋过程中由于发酵和降水的冲刷，地表水和地下水的浸泡而渗出来的污水。它对地下水和地表水具有较大的潜在危害性，已成为目前环境领域研究的热点。垃圾渗滤液的特点主要有有机物浓度高、金属含量高、水质水量变化大等。垃圾渗滤液中COD浓度较高，为100至几万mg/L不等，氨氮浓度有时甚至高达10000mg/L以上。高浓度的氨氮对微生物具有一定毒性，并且渗滤液中磷的含量相对偏低，导致营养元素比例失衡，这也是渗滤液生化处理的难点所在。

物理化学处理不受水质影响，出水水质比较稳定，尤其是对BOD/COD比值较低、难以生物处理的渗滤液有较好的处理效果，主要目的是去除渗滤液中的有毒有害物质、重金属离子及氨氮。物化法常作为预处理或深度处理来减轻生物处理的负荷、冲击作用或进一步提高出水水质，常用的有吸附法、氧化法和混凝法。在混凝处理中，无机混凝剂比有机混凝剂的价格低廉。聚合氯化铝是一种新型无机高分子净水剂，已广泛用于生活饮用水和工业废水。聚丙烯酰胺是现在较常用的助凝剂。笔者研究聚合氯化铝和聚丙烯酰胺复合混凝剂处理垃圾渗滤液，通过调节混凝的pH和混凝剂投加量来确定较佳的混凝条件及COD的去除效果，以期为实际的工程试验提供理论参考。

1、材料与方法

1.1垃圾渗滤液水质

垃圾渗滤液取自某垃圾焚烧厂，试验期间垃圾渗滤液的水质为：pH4.73，COD62884mg/L。采用避光保存。

1.2仪器及药品

所用仪器有H97-A恒温磁力搅拌器、pH3210便携式pH计（WTW）、KDB-Ⅲ CODcr微波消解仪。试验药品有NaOH、重铬酸钾、硫酸亚铁铵、PAC和PAM。

1.3试验方法

取垃圾渗滤液300ml于1L烧杯中，用20%NaOH调节至所需pH。加入一定量的PAC和PAM后，用磁力搅拌器快速搅拌（200r/min）1min，慢速搅拌（80r/min）15min，沉淀1h后取上清液分析检测。

2、结果与分析

2.1较佳聚合氯化铝投加量的确定

在pH8.0，聚合氯化铝投加量分别为15、20、25、30和35g/L时，考察COD的去除率和出水pH。由图1可见，聚合氯化铝混凝法能够去除垃圾渗滤液中的部分COD。当聚合氯化铝投加量为15g/L时，COD的去除率为19.0%，随着聚合氯化铝投加量的增加，COD的去除率先升高后降低，在聚合氯化铝投加量为20g/L时，COD去除率达到较大，为24.1%。

其原因可能为：

①聚合氯化铝是高分子物质，其长链两端吸附胶粒和悬浮物，形成絮体矾花，随后从水中脱稳沉淀。当聚合氯化铝投加量少时，不足以将胶粒架桥连接起来；聚合氯化铝投加量太多时，又会产生胶体保护作用，不利于絮体沉淀。

②在pH8.0时，Al³⁺在水中水解后生成Al(OH)₃胶体，Al(OH)₃在pH＜8.2时带正电，水中胶体带负电，它们相互吸引电性中和，在布朗运动的作用下相互碰撞形成大的絮体，从水中沉淀；聚合氯化铝投加量达到较佳投加量后，继续增加投加量，Al(OH)₃吸附絮体使絮体带上正电，静电斥力的作用下不利于絮体的沉淀，从而使COD的去除率降低。

③Al(OH)₃胶体具有长的条形结构，表面积很大，活性较高，可以吸附废水中的悬浮颗粒，使呈分散状态的颗粒形成网状结构，成为更粗大的矾花而沉淀。但聚合氯化铝投加量太大时，形成的絮体之间相互支撑，使胶体颗粒恢复稳定不能沉淀。

聚合氯化铝混凝沉淀后，出水pH都降低了，并且随着聚合氯化铝投加量的增加。出水pH降低的越多（图1）。主要原因是：在pH8.0时，铝离子在水中主要以Al(OH)₃形式存在，Al³⁺在水解过程中与水中的OH^-结合，水中的H⁺增加，出水的pH降低。

2.2较佳初始pH的确定

聚合氯化铝投加量为20g/L时，不同初始pH条件下，考察聚合氯化铝混凝作用对垃圾渗滤液COD的去除情况。由图2可见，初始pH对混凝作用有很大的影响，随着初始pH的增加，COD的去除率逐渐增加，在pH8.0时，COD的去除率达到较高，为24.1%；之后，初始pH继续增加，COD的去除率降低。

研究表明，pH＜3.75时铝盐的水解产物为Al³⁺、Al(OH)²⁺、Al(OH)₂⁺；3.75＜pH＜5.50时铝盐的水解产物为Al₇(OH)₁₇⁴⁺、Al₂(OH)₂⁴⁺；5.50＜pH＜6.75时铝盐的水解产物为Al₁₃(OH)₃₄⁵⁺；6.75＜pH＜7.75时铝盐的水解产物为Al₁₃(OH)₃₄⁵⁺，出现多核聚集体或Al(OH)₃溶胶；pH＞7.75时铝盐的水解产物为Al(OH)₃溶胶、Al(OH)₄^[-14]。可见，在pH6.5时，Al在水中主要以Al₁₃(OH)₃₄⁵⁺形式存在，高价阳离子Al₁₃(OH)₃₄⁵⁺与垃圾渗滤液中带负电的胶粒电性中和，粒子在水中不断运动碰撞，凝结成大的絮体，后沉淀从水中去除。随pH的增加，Al开始水解成Al(OH)₃，Al(OH)₃通过电性中和和网捕作用吸附垃圾渗滤液中的胶粒，后从水中脱稳，沉淀下来。COD去除率随着初始pH的增加而逐渐升高，说明了聚合氯化铝混凝处理中Al(OH)₃起主要作用。pH8.5时，Al水解成的Al(OH)₄^-增加，它与胶粒结合，静电斥力影响了絮体的沉降，故COD去除率降低。

2.3聚丙烯酰胺投加量对混凝效果的影响

鉴于聚合氯化铝混凝后泥层较厚和絮体松散，投加聚丙烯酰胺来改善混凝效果。聚丙烯酰胺作为一种助凝剂，能够改善絮体结构，促使细小而松散的絮粒变得粗大而密实，增强絮凝的效果。当pH为8.0，聚合氯化铝投加量为20g/L时，聚丙烯酰胺投加量与COD去除率的关系见图3。

由图3可见，投加聚丙烯酰胺明显增加了COD的去除率，当投加5ml 0.1%聚丙烯酰胺后，COD的去除率增加到43.6%；聚丙烯酰胺投加量增加，COD的去除率也随之升高。聚丙烯酰胺投加量为15ml时，COD的去除率为47.4%。聚合氯化铝混凝产生的絮体细小、松散，聚丙烯酰胺投加后，长链的聚丙烯酰胺通过网捕作用增加絮体的体积，改善絮体的结构，使絮体变大且密实，提高其沉淀性能，提高了COD的去除率。

2.4聚丙烯酰胺投加时间对COD去除率的影响

当pH为8.0，聚合氯化铝投加量为20g/L，0.1%聚丙烯酰胺投加量为15ml时，考察聚丙烯酰胺不同投加时间对COD去除的影响。由图4可见，不同时间投加聚丙烯酰胺得到不同的COD去除率，聚丙烯酰胺投加时间影响混凝效果。混合阶段投加聚丙烯酰胺，COD去除率较大，为47.4%；沉淀阶段投加聚丙烯酰胺，COD的去除率较小，为42.3%。混合阶段投加聚丙烯酰胺，聚丙烯酰胺的长链结构吸附水中的胶粒和悬浮物，另外聚丙烯酰胺的存在改善聚合氯化铝絮体结构，使聚合氯化铝吸附形成的絮体密实。沉淀阶段投加聚丙烯酰胺，高分子长链聚丙烯酰胺吸附絮体容易形成胶体保护，胶体间相互支撑，使脱稳的絮体再稳定，降低COD的去除率。

3、结论

（1）在pH为8.0，聚合氯化铝投加量为20g/L时，聚合氯化铝混凝法处理垃圾渗滤液的效果较好，COD去除率为24.1%；出水的pH都有所降低。

（2）投加聚丙烯酰胺提高了混凝效果，随着聚丙烯酰胺投加量的增加，COD的去除率随之增加。在pH为8.0，聚合氯化铝投加量为20g/L时，投加0.1%聚丙烯酰胺15ml，COD的去除率达到47.4% ，远高于单纯聚合氯化铝混凝。

（3）聚丙烯酰胺在混合阶段投加，COD的去除率较高；在絮凝阶段投加次之；在沉淀阶段投加，COD去除率较低。