改性玄武岩棉在垃圾渗沥液处理中的应用

改性玄武岩棉在垃圾渗沥液处理中的应用

0垃圾渗滤液预处理技术垃圾废水是垃圾填埋过程中产生的高有机废水。具有高有机浓度、结构复杂、毒性高等特点。如果不妥善处理，不仅会污染地下水，还会导致生态环境污染，如扩散和转移。垃圾渗滤液的处理是世界上公认的难题,国内外常用的垃圾渗滤液预处理技术主要有:吹脱法、化学混凝沉淀法、厌氧法、吸附法等,不经过预处理的垃圾渗滤液COD、BOD、氨氮均很高,并且其中含有许多重金属离子,会影响生物法处理的效果,因此垃圾渗滤液必须经过预处理才能有效的进行后续的生物处理,因此发展垃圾渗滤液的预处理技术是当前一项迫切的研究课题。玄武岩棉是以天然玄武岩为原料,经熔化、纤维化而制成的一种无机质纤维,具有化学稳定性好、不燃的特点,也是一种矿物材料。岩棉被大量用于保温材料,用量大,一般经过一次使用后即废弃,随意扔入环境中会造成环境污染。目前,已有将玄武岩棉作为吸附材料的研究,如将玄武岩棉经改性与植物纤维复合制备复合过滤材料,具有较好的过滤性能。但有关玄武岩棉改性,用于预处理垃圾渗滤液的研究报道较少。改性玄武岩棉预处理垃圾渗滤液,使废弃的岩棉得到有效的利用,其降解后可成为土壤的母质,同时使用后的岩棉可作为一种缓释肥,用于城市环境绿化。本文研究采用超声波及聚合硫酸铁改性的玄武岩棉,及对垃圾渗滤液中COD和浊度的去除效果。1实验部分1.1垃圾渗滤液PFS(聚合硫酸铁)、H2SO4、NaOH、蛭石、废弃岩棉。垃圾渗滤液取自天津某垃圾填埋场,该渗滤液COD的质量浓度为15000～25000mg/L,氨氮的质量浓度为1200mg/L,浊度为600,pH值为6～7。1.2仪器和检测方法KQ2200DB型数控超声波仪、JJ-4六联电动搅拌器、COD测定仪、pHS-3D型pH计、LP2000-11型浊度仪、VIS-723分光光度计。1.3改性岩棉的制备改性实验:先将拾取的废弃岩棉用自来水清洗干净,用烘箱烘干备用。然后用烧杯配制一定浓度的PFS溶液,取一定质量洗净烘干的岩棉放入此溶液中浸泡,同时将烧杯放入超声波仪中,以一定频率振荡一段时间,最后取出浸泡后的岩棉,挤净岩棉上的PFS溶液放入烘箱中烘干备用。处理实验:准备几个吸附柱(图1),吸附柱直径30mm,在吸附柱底下一层放4g的蛭石,然后将改性后的岩棉放在蛭石的上面,并将两层材料稍微压实,取100mL垃圾渗滤液水样(pH=7)从吸附柱上面倒入过滤,滤出的废水水样流入锥形瓶中,测定锥形瓶中水样的COD和浊度。水质指标测定法方:COD测定采用重铬酸钾法,浊度测定采用浊度仪测定法。2结果分析2.1ph值对cod、浊度去除率的影响在改性过程中配制不同浓度的PFS溶液,分析部不同浓度的PFS浓度改性对处理效果的影响,见图2。图2表明,PFS的浓度对COD、浊度去除率影响较大,当PFS的质量分数为9%的时候去除效果最佳,但PFS的质量分数为7%的时候效果相差不多,而且PFS的用量减少,继续增大PFS浓度效果反而有所降低,综合考虑选择PFS质量分数为7%时作为改性最佳条件。2.2影响超声改造条件的影响2.2.1振荡频率对处理效果的影响在改性过程中配制质量分数为7%的PFS溶液,改变超声波振荡的频率,分析不同振荡频率对处理效果的影响。实验结果如图3,超声波的振荡频率对去除效果有一定影响,当振荡频率在60%时COD去除率最高,但对浊度的影响不大,振荡频率增大去除效果稍微降低了一点。2.2.2浸泡振荡时间对处理效果的影响在改性过程中配制质量分数为7%的PFS溶液,超声波振荡频率为60%,改变其浸泡振荡时间,分析不同浸泡振荡时间对处理效果的影响,见图4。图4表明,浸泡振荡时间对去除效果有较大影响,在20min时效果最佳,这可能是因为随着浸泡时间的增长,更多PFS可以负载在岩棉之上,当达到20min左右时饱和,继续浸泡COD、浊度去除率反而略有下降。2.3最佳ph值的确定将废岩棉放入7%的PFS溶液中,并用超声波以振荡频率60%,浸泡振荡时间20min的条件改性,烘干后备用。取100mL垃圾渗滤液水样,改变不同的pH值,结果见图5。图5表明,不同的pH值对处理效果有一定影响,过酸或过碱处理效果均不佳,最佳pH值条件为8,COD和浊度的去除率为73.56%和98.71%。垃圾渗滤液pH过低会使一定的岩棉被酸腐蚀而溶解,同时配位水解反应困难,使混凝效果降低,影响处理效果;水样过碱会使氢氧化铝、氢氧化铁沉淀会大量溶解,也会使处理效果下降。2.4改性岩棉处理将废岩棉放入7%的PFS溶液中,并用超声波以振荡频率60%,浸泡振荡时间20min的条件改性,烘干后备用。取100mLpH=8的垃圾渗滤液水样,用不同量的改性岩棉处理。实验结果如图6,改性岩棉的用量对废水处理的效果有较大的影响,去除率随着改性岩棉的用量增大而增大,当用量为20g时COD和浊度的去除率达到最佳,继续增加改性岩棉的投加量去除率基本不再提高。2.5ph值对cod去除率的影响表2为改性岩棉对垃圾渗滤液中COD、浊度及氨氮去除率正交试验的因素水平表,表2列出了正交试验及极差分析结果,其中R1、R2、R3分别为各影响因子对COD、浊度、氨氮去除率的影响程度。由表2可知,R1(B)>R1(A)>R1(C),因此pH值对COD的影响较大,是实验的主要因素;而R2(C)>R2(B)>R2(A),即岩棉的用量对浊度去除率有一定影响,综合各影响因素的影响,确定最佳条件为A2B3C1,即反应条件为浸泡振荡时间20min,pH值为8,改性废岩棉用量为15g时,COD及浊度去除率最高,此时岩棉用量最少,且pH值适当时不用过多的酸碱调节。2.6cod和浊度去除率的变化在PFS质量分数为7%,浸泡振荡时间20min,pH值为8,岩棉用量为15g的条件下进行实验,逐渐增加处理水量,结果见图7。图7表明,随着原水处理量的增加COD及浊度的去除率逐渐降低,当原水处理量达到500mL时,COD及浊度的去除率从75.20%和98.75%分别降到52.60%合89.76%,此时可对岩棉进行清洗,洗去岩棉中的絮体,从而可以重复利用。表3为对已使用岩棉进行重复利用的实验研究,每次使用完的改性岩棉将上层的絮体清理并用清水反清洗一次,再继续进行实验,每次处理量为100mL水样,结果表明,经过3次的重复利用后,COD和浊度的去除率仍达到68.91%和98.68%,说明岩棉可以再生利用,进行多次循环。3红外光谱表征取最佳条件下改性的废弃岩棉进行扫描电镜分析,见图8。由图8可知,改性前的岩棉的表面较光滑,表面积较小,聚铁超声波改性后的稻壳岩棉纤维的表面粗糙度增大,表面积增大,且上面附着有许多微小颗粒,这些颗粒极有可能就是聚铁分子。实验进一步对改性岩棉进行了XRD和傅立叶红外光谱分析,图9、图10说明,XRD谱图表明没有出现明显的晶体峰,主要是无定型结构的羟基硫酸铁聚合物;红外谱图在3400～3500cm-1处的吸收峰对应于-OH和吸附水的伸缩振动峰;1000～1400cm-1处是SO2−442-的吸收峰,对应着S=O或0=S=O的伸缩振动;621cm-1处的吸收峰对应于Fe-O-H弯曲振动峰,红外光谱的测试结果进一步表明岩棉表面负载颗粒为羟基桥连的铁的聚合物。4改性岩棉对废水去除率的影响废弃岩棉经过PFS溶液的改性后,在岩棉上负载了PFS,当垃圾渗滤液从改性废岩棉吸附柱中过滤时,通过吸附电中和和吸附架桥作用,经过水解、缩聚反应形成高分子聚合物,此时生成的聚合物具有线性结构,在水样流过的过程中由于改性岩棉线性长度逐渐增大,比单独投加聚铁时形成絮体的线性长度更大,形成的絮凝体更粗大,从而使废水的去除率增大。随着絮体的增加,絮体在岩棉中的密度增加,此时使废水中的浊度去除率增大。使用超声波改性时,超声波发出的高频振荡讯号使液体流动产生数以万计的微小气泡,产生瞬时高压,对岩棉表面清洗,使岩棉具有更整体均匀一致的微粒和更干净的表面,使表面特性达到最大的展现,同时使PFS更容易负载在岩棉之上。5最佳改性及处理条件的确定废弃的岩棉经过PFS溶液浸泡,并用超声波改性后对垃圾渗滤液中COD和浊度具有较好的去除效果,并且岩棉可以反复利用3次以上,仍保持一定的去除效果,达到了预处理垃圾渗滤液的目的,降低了后续生物处理的负荷。通过正交试验,确定了最佳的改性及处理条件,即PFS质量分数为7%,超声波振荡频