臺(tái)州半硬質(zhì)礦巖棉|臺(tái)州A級(jí)50厚巖棉|臺(tái)州優(yōu)質(zhì)巖棉板|臺(tái)州內(nèi)外墻隔音巖棉板
改性廢巖棉預(yù)處理垃圾滲濾液的實(shí)驗(yàn)研究 ＊


摘   要 : 對(duì) 廢棄的 玄 武 巖 棉 進(jìn) 行 改性 , 改 性 后 用 于 預(yù) 處 理 垃 圾 滲 濾 液 。 結(jié) 果 表 明 : 用 7 % PFS 溶 液 浸 泡 , 采 用 超 聲 波 以 60 %

的 頻 率 振 蕩 20 min , 改 性 后 廢 巖 棉 性 能 最 佳 ; 當(dāng) 巖 棉 用 量 為 15 g , 垃 圾 滲 濾 液 p H 為 7 時(shí) , 用 改 性 廢 巖 棉 處 理 垃 圾 滲 濾 液 效 果 最 佳 , CO D 和 濁 度 除 率 可 達(dá) 75 . 20 % 和 98 . 75 %, 并 對(duì) 廢 巖棉 可 循 環(huán) 使 用 進(jìn) 行 了 研 究 。

關(guān) 鍵 詞 : 廢 棄 巖 棉 ; 垃 圾 滲 濾 液 ; PFS ; 預(yù) 處 理

PRE - TREATMENT OF LANDIFILL LEACHATE BY MODIFIED BASALTIC MEN - MADE ASBESTOS

Shang Ping   Liu T aoli   K ong Xiangjun   Wei Lina

( Co llege o f M arine Science and Enginee ring , T ianjin U niversity of Science &

T echnolog y , T ianjin 300222 , China )

Abstract : Ex perimental study has bee n per for med on pre - tr eating the landfill leachate by modified w aste basalt - ic men - made asbesto s . T he re sults show ed that the be st mo dified method of w aste ba saltic men - made asbe s - to s w as using P FS with concent ratio n of 7 % and modified by ultraso nic wav e w ith a frequency of 60 %, the mo dified time wa s 20 min . T he remo val rates of COD and turbidity wer e 75 . 20 % 、 98 . 75 % under the follo wing co nditions : the do se o f waste basa ltic men - made asbestos w as 15g , pH value wa s 7 . I t w as studied the reuse o f waste basaltic men - made asbesto s .

Keywords : w aste ba saltic mineral wo ol ; landfill leachate ; po ly me rized fer ro us sulfate ( P FS ); pre - tr eatment

0   引言

垃圾 滲濾液 是垃 圾填 埋過 程中 產(chǎn)生 的一 種高 濃度

有機(jī) 廢水 , 具有 有機(jī) 物 濃 度 高 、 成 分 復(fù)雜 、 毒 性大 等 特 點(diǎn) , 如 不妥 善處 理不 僅會(huì) 造成 地下 水體 的污染 , 同 時(shí)通 過擴(kuò) 散 、 遷 移等 作用 造 成 生態(tài) 環(huán) 境 的 污 染 并 威脅 到 人 類健 康 [ 1 ] 。 垃圾 滲 濾液 的 處 理 是 世 界 上公 認(rèn) 的 難 題 , 國(guó)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 [ 2 - 5 ] 。

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

＊ 天 津 市科 技 支 撐 計(jì) 劃 重 點(diǎn) 項(xiàng) 目 ( 08ZC K FS H01600 ), 天 津 市 農(nóng) 業(yè) 科 技 成 果 轉(zhuǎn) 化 與推 廣 項(xiàng) 目 ( 0802020 )。

[ 6 ]

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

[ 7 - 8 ]

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 [ 9 ] 。 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   試劑 與材 料

PFS ( 聚合硫 酸 鐵 )、 H 2 SO 4 、 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 15 000 ～ 25 000 m g / L , 氨 氮的 質(zhì) 量濃 度為 1 200 m g / L , 濁 度為 600 , pH 值 為 6 ～ 7 。

特點(diǎn) , 也是 一 種礦 物 材 料 。 巖 棉 被 大 量 用 于保 溫 材

制備 復(fù)合 過 濾 材 料 , 具 有 較 好 的 過 濾 性 能 。 但 有

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1 . 2   主要 儀器

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 、 pH S - 3D 型 pH 計(jì) 、 LP2000 - 11 型濁 度儀 、 VIS - 723 分 光光 度計(jì) 。 1 . 3   實(shí)驗(yàn) 方法

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

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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 PF S 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 30 mm , 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 100m L 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 。

圖 1   吸附柱示意

2   結(jié) 果分 析

2 . 1   PFS 濃度 的 影 響

在改 性過程 中配 制不 同 濃度 的 P FS 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 , PF S 的 濃度 對(duì) COD 、 濁度 去 除率 影 響較 大 , 當(dāng) PF S 的 質(zhì) 量 分 數(shù) 為 9 % 的 時(shí) 候 去 除 效 果 最 佳 , 但 PFS 的 質(zhì) 量 分 數(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 PF S 濃度 效果 反而 有 所降 低 , 綜 合考 慮選 擇 PF S 質(zhì)量 分 數(shù) 為 7 % 時(shí) 作 為改 性 最 佳條 件 。

2 . 2   超聲 波改 性 條 件的 影響 2 . 2 . 1   超 聲波 振蕩 頻率 的影 響

在改 性過程 中 配制 質(zhì) 量 分 數(shù) 為 7 % 的 P FS 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

圖 2   PFS 的 濃 度 對(duì) COD 、 濁 度 去 除 率 的 影 響

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) 。

圖 3   超聲波振蕩 頻 率 對(duì) COD 、 濁 度 的 影 響

2 . 2 . 2   超 聲波 振蕩 時(shí)間 的影 響

在改 性過程 中 配制 質(zhì) 量 分 數(shù) 為 7 % 的 P FS 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 20 min 時(shí)效 果最 佳 , 這可 能是 因?yàn)?隨著 浸 泡時(shí) 間 的增 長(zhǎng) , 更多 P FS 可以 負(fù) 載 在 巖 棉 之 上 , 當(dāng) 達(dá) 到 20 min 左 右 時(shí)飽 和 , 繼 續(xù)浸 泡 COD 、 濁度 去除 率反 而略 有下 降 。

圖 4   超聲波振蕩 時(shí) 間 對(duì) COD 、 濁 度 的 影 響

2 . 3   pH 值的 影響

將廢 巖棉放 入 7 % 的 PF S 溶 液 中 , 并 用 超聲 波 以 振蕩 頻率 60 %, 浸 泡振 蕩 時(shí)間 20 mi n 的 條件 改 性 , 烘 干后 備用 。 取 100m L 垃 圾 滲 濾 液 水 樣 , 改 變 不 同 的

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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 。

圖 5   pH 對(duì) CO D 、 濁 度 的 影 響

2 . 4   改性 廢巖 棉 用 量的 影響

將廢 巖棉放 入 7 % 的 PF S 溶 液 中 , 并 用 超聲 波 以 振蕩 頻率 60 %, 浸 泡振 蕩 時(shí)間 20 mi n 的 條件 改 性 , 烘 干后 備用 。 取 100 mL pH = 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 20 g 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 。

圖 6   改性廢巖棉 用 量 對(duì) COD 、 濁 度 的 影 響

2 . 5   正交 試驗(yàn)

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 R 1 、 R 2 、 R 3 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 , R 1 ( B )> R 1 ( A )> R 1 ( C ), 因此 pH 值 對(duì) COD 的 影 響較 大 , 是 實(shí) 驗(yàn) 的 主 要 因 素 ; 而 R 2 ( C )> R 2 ( B )> R 2 ( 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 {zj0} 條 件 為 A 2 B 3 C 1 , 即反 應(yīng) 條

件為 浸泡 振蕩時(shí) 間 20 min , pH 值為 8 , 改 性 廢巖 棉 用 量為 15 g 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) 。

表 2   正交試驗(yàn)結(jié) 果 及 極 差 分 析 表

序號(hào)       A / min        B        C / g      COD 去 除 濁 度去 除

率 / % 率 / % 1          15           6           15         72 . 56      97 . 72 2          15           7           20         73 . 97      98 . 25 3          15           8           25         73 . 49      97 . 56 4          20           6           20         73 . 56      97 . 96 5          20           7           25         73 . 86      98 . 27 6          20           8           15         74 . 36      98 . 67 7          25           6           25         73 . 31      97 . 76 8          25           7           15         73 . 70      98 . 19 9          25           8           20         74 . 12      98 . 51

R 1            0 . 59      0 . 85       0 . 06 R 2            0 . 15       0 . 21       0 . 44

    注 : R 1 、 R 2 為 級(jí) 差 , 分 別 表 明 各 影 響 因 子 對(duì) COD 、 濁 度 去 除 率 的 影 響程度 。

2 . 6   改性 巖棉 廢 水 處理 量及 重復(fù) 利用 的研究 在 PFS 質(zhì) 量 分 數(shù) 為 7 %, 浸 泡 振 蕩 時(shí) 間 20 min , 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 500 m L 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 100 m L 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) 。

圖 7   垃圾滲濾液 處 理 量 對(duì) COD 、 濁 度 的 影 響

表 3   改性廢巖棉 重 復(fù) 使 用 情 況

改 性 巖棉 使 用 次 數(shù) / 次     CO D 去 除 率 / %        濁 度 去 除率 / %

1                    75 . 20               98 . 75 2                    72 . 67               98 . 67 3                    68 . 91               98 . 68

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3   改 性巖 棉的 結(jié)構(gòu) 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

- 1

的伸 縮振 動(dòng) 峰 ; 1 000 ～ 1 400 cm - 1 處 是 SO 2 4 - 的 吸 收 峰 , 對(duì)應(yīng)著 S = O 或 0 = S = O 的伸 縮振 動(dòng) ; 621 cm - 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 。

a - 改 性 前 ; b - 改 性 后

圖 8   巖棉改性前 后 對(duì) 比 電 鏡

大 , 比 單獨(dú) 投加 聚鐵 時(shí)形 成絮 體的 線性 長(zhǎng)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

圖 9   改性巖棉的 X RD 衍 射 分 析

[ 10 - 11 ]

。

圖 10   改性巖棉的 紅 外 光 譜 圖

4   機(jī) 制探 討

廢棄 巖棉經(jīng) 過 PF S 溶 液的 改 性后 , 在 巖 棉 上負(fù) 載 了 P FS , 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(zhǎng) 度 逐 漸 增

5   結(jié)論

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 條件 , 即 PFS 質(zhì)量 分?jǐn)?shù) 為 7 %, 超 聲 波 振 蕩 頻 率 60 % 同時(shí) 在 振 動(dòng)下 浸泡 20 min 對(duì)廢 巖 棉改 性 , 然 后 垃 圾 滲 濾 液 pH 為 8 , 改 性廢 巖 棉 用 量為 15g 時(shí) , 對(duì) COD 及 濁 度 的 去 除率 達(dá)到 74 . 36 % 和 98 . 67 % 。

實(shí)驗(yàn) 表明 , 相比 傳統(tǒng) 直接 投加 絮凝 劑 , 去 除效 果明 顯提 高 , 并 且避 免使 用聚 鋁絮 凝劑 , 降低 了廢 水出 水中 鋁的 含量 , 從而 降低 了殘 留鋁 造成 的毒 害作用 , 同 時(shí)對(duì) 垃圾 滲濾 液中的 鎘 、 鉻 、 鉛 等重 金屬 也有 較強(qiáng) 的去 除效 果 , 出 水中 鐵的 殘留 量不 高 。