活化鋼渣處理垃圾滲濾液的研究

梁文文

（防城港市環(huán)境監(jiān)測(cè)站，廣西 防城港 538001）

活化鋼渣處理垃圾滲濾液的研究

梁文文

（防城港市環(huán)境監(jiān)測(cè)站，廣西 防城港 538001）

文章分析了以鋼渣為原料的吸附劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，靜態(tài)試驗(yàn)中垃圾滲濾液的pH呈酸性，投加活化鋼渣為10g，反應(yīng)時(shí)間為3h時(shí)，六價(jià)鉻的去除率可達(dá)到42.9%，氨氮的去除率可到達(dá)63.0%。動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中活化鋼渣對(duì)六價(jià)鉻的最大吸附量為0.077mg/L，對(duì)氨氮的最大吸附量為108.32mg/L，與活性碳吸附效果相差不大，在處理垃圾滲濾液具有一定的經(jīng)濟(jì)適用價(jià)值。

活化鋼渣；垃圾滲濾液；六價(jià)鉻；氨氮；吸附

（一）前言

隨著城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，固體廢棄物的產(chǎn)量也越來(lái)越大，尤其是城市生活垃圾更是以驚人的速度增長(zhǎng)。目前最常見(jiàn)也最能在短時(shí)間內(nèi)緩解垃圾處理問(wèn)題的方法就是進(jìn)行固體廢物衛(wèi)生填埋。然而由此產(chǎn)生的垃圾滲濾液對(duì)天然水體以及周?chē)h(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的污染。因此，找到一種行之有效而價(jià)格低廉的處理方法一直是國(guó)內(nèi)外污水處理的一大難題。

目前我國(guó)處理垃圾滲濾液的方法是主要使用活性炭，但其吸附劑成本高，難以重復(fù)利用?，F(xiàn)今垃圾滲濾液處理技術(shù)更多偏向于低成本，效率高的吸附劑。我國(guó)作為礦藏儲(chǔ)量和重工業(yè)發(fā)展的大國(guó)，鋼產(chǎn)量產(chǎn)生的廢棄鋼渣數(shù)量高。鋼渣除了自身在鋼廠內(nèi)部循環(huán)利用，還用作鐵路、公路鋪設(shè)或者水泥制造和改良土壤。目前鋼渣更多受到研究者的關(guān)注和開(kāi)發(fā)成為一種新型吸附材料。

研究嘗試了利用活化鋼渣吸附垃圾滲濾液中的 Cr6+和氨氮，考察了活化鋼渣在不同靜態(tài)試驗(yàn)條件下對(duì)垃圾滲濾液中的 Cr6+和氨氮吸附效果的影響以及動(dòng)態(tài)條件下對(duì)鋼渣對(duì)垃圾滲濾液中的Cr6+和氨氮吸附效果的影響。

（二）實(shí)驗(yàn)部分

1.試劑與儀器

（1）試劑

氫氧化鋅共沉淀劑、高錳酸鉀、溴百里酚藍(lán)、氫氧化鈉、鹽酸、氨標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液、鉻標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液、鉻標(biāo)準(zhǔn)使用液；硫酸、磷酸、二苯碳酰二肼、無(wú)氨水、硼酸、重鉻酸鉀、輕質(zhì)氧化鎂、酒石酸鉀鈉、納氏試劑。上述試劑均為分析純。

圾滲濾液取自桂林市沖口垃圾填埋場(chǎng)好氧池，Cr6+=0.427mg/L，NH4+-N=148.1mg/L，pH=8.4-8.6。垃圾滲濾液經(jīng)氫氧化鋅共沉淀液進(jìn)行褪色處理后備用。鋼渣取自柳州市廣西鋼鐵集團(tuán)公司煉鋼分廠，煉鋼廢渣。

（2）實(shí)驗(yàn)儀器

分光光度計(jì)；HJ-3數(shù)顯恒溫磁力攪拌器；定氮儀器

2.活性鋼渣樣品的制備

將鋼渣粉碎至平均粒徑 1cm左右后浸泡在稀鹽酸里放置24小時(shí)后用蒸餾水沖洗至沖洗液pH值為7.0。在105℃下烘干，用馬弗爐在 500～600℃的情況下煅燒 2h后取出冷卻備用。

3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（1）靜態(tài)處理

分別稱(chēng)取50g活化鋼渣放入五個(gè)100mL燒杯中，改變垃圾滲濾液pH范圍在5.0-9.0，反應(yīng)3h后取樣測(cè)定Cr6+與氨氮的吸光度；控制垃圾滲濾液的pH在8.0，每小時(shí)取樣測(cè)定Cr6+與氨氮的吸光度；將垃圾滲濾液依次稀釋1倍、2倍、5倍、10倍、20倍，控制pH在8.0，反應(yīng)3h后取樣測(cè)定Cr6+與氨氮的吸光度。

（2）動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

將活化鋼渣填入高75cm、直徑4.5cm的玻璃柱內(nèi)，填充高度為20cm?？刂屏魉?gòu)囊褐敹讼蛳伦⑷霛B濾液使其緩緩?fù)ㄟ^(guò)吸附質(zhì)，吸附后的溶液每達(dá)到100mL時(shí)測(cè)定Cr6+和氨氮的濃度。

（3）分析方法

用分光光度法測(cè)定Cr6+，根據(jù)下式計(jì)算Cr6+的含量：

其中：m——從標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)上查得的Cr6+量，μg；V——水樣的體積，mL。

其中：m——由標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)查得的氨氮量，mg；V——水樣體積，mL。

（三）結(jié)果與討論

1.靜態(tài)試驗(yàn)分析

（1）吸附時(shí)間對(duì)吸附的影響：

由圖 1可知，對(duì) Cr6+的吸附量在 1h時(shí)較低，僅為0.166mg/L，隨著吸附反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，2h后對(duì)Cr6+吸附量快速升高，去除率提高近5%，當(dāng)吸附量達(dá)到0.183mg/L后基本保持不變。從圖2可以看出，氨氮?jiǎng)t相對(duì)要穩(wěn)定一些，前3h氨氮吸附量迅速達(dá)到87.97mg/L，之后的氨氮吸附量趨于平穩(wěn)并達(dá)到飽和，吸附量為92.86mg/L。

圖1 Cr6+去除率隨時(shí)間關(guān)系變化

圖2 氨氮去除率隨時(shí)間變化關(guān)系

（2）滲濾液pH對(duì)吸附的影響

由圖 3可看出，酸性和中性條件適合吸附過(guò)程的進(jìn)行。當(dāng)滲濾液的pH在5.0～6.0時(shí)，鋼渣對(duì)Cr6+的吸附效果基本穩(wěn)定在0.35mg/L，pH中性時(shí)開(kāi)始略有下降達(dá)到0.34mg/L，當(dāng)垃圾滲濾液呈堿性時(shí)吸附量急速下降到0.17mg/L。氨氮的吸附變化趨勢(shì)如圖4，在pH為6.0～7.0時(shí)吸附量可達(dá)最高，為102.93mg/L，當(dāng)垃圾滲濾液呈堿性時(shí)吸附量迅速降低到了77.01mg/L。由此可以看出，滲濾液pH較低時(shí)，對(duì)Cr6+和氨氮的吸附較好，而堿性吸附效果較差。

圖3 溶液pH對(duì)去除Cr6+的影響

圖4 溶液pH對(duì)去除氨氮的影響

在酸性條件下，鋼渣中的Ca、Fe、Mg、Al等元素形成金屬鹽，易與滲濾液中的 Cr6+離子反應(yīng)，將 Cr6+還原成無(wú)毒的Cr3+，與鈣鹽、鎂鹽等形成穩(wěn)定的鹽，從而從滲濾液中除去。滲濾液中Cr6+的含量才比較穩(wěn)定的保持在較低的范圍，去除率較好。到了中性至堿性的階段，由于鈣鹽、鎂鹽逐漸形成了氫氧化物沉淀，剛開(kāi)始還可以較少的溶解一部分與Cr3+形成氫氧化物沉淀從而除去滲濾液中的Cr6+，但是隨著堿性的增大，鈣鹽、鎂鹽自身的氫氧化物沉淀趨于穩(wěn)定不再溶解，從而不能達(dá)到降解Cr6+的目的。而氨氮由于在酸性條件下可以進(jìn)行反應(yīng)形成較為穩(wěn)定的鹽類(lèi)，可從滲濾液中除去，因此在酸性及中性條件下去除率較好；而堿性條件導(dǎo)致氨氮結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，去除率降低，這也是垃圾填埋場(chǎng)到了老齡期氨氮含量極其高的原因。

由以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，垃圾滲濾液pH為5.0～7.0，反應(yīng)時(shí)間為3h時(shí)，鋼渣吸附Cr6+和氨氮效果最好，可作為后續(xù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)條件。

（3）滲濾液濃度對(duì)吸附的影響

由圖5和圖6可知，隨著滲濾液濃度的增加，鋼渣吸附的量就逐漸增加，曲線(xiàn)逐漸上升直至較為平緩，鋼渣吸附量趨于飽和。靜態(tài)條件下垃圾滲濾液 pH=7.0、反應(yīng)時(shí)間為 3h時(shí)，稀釋20倍后對(duì)Cr6+去除量為0.35mg/L，去除率可達(dá)42.9%；對(duì)氨氮去除量為104.26mg/L，去除率可達(dá)63.0%。

圖5 滲濾液濃度對(duì)吸附Cr6+的影響

圖6 滲濾液濃度對(duì)吸附氨氮的影響

2.動(dòng)態(tài)試驗(yàn)分析

投加的活化鋼渣是461.7675g（h為20cm），占總吸附柱的三分之一?？刂茝奈街狭飨碌臐B濾液流速為0.052mL/s，得到Cr6+和氨氮的動(dòng)態(tài)吸附曲線(xiàn)如圖7和圖8。

圖7 滲濾液濃度對(duì)吸附Cr6+的影響

圖8 滲濾液濃度對(duì)吸附氨氮的影響

由圖7可知，動(dòng)態(tài)條件下，對(duì)Cr6+的吸附迅速達(dá)到較為平穩(wěn)的狀態(tài)，即流速為 0.053ml/s、pH為 7.0、填充鋼渣為461.7675g時(shí)，Cr6+的吸附量為0.077mg/L。而圖8可看到氨氮?jiǎng)t呈現(xiàn)出水濃度逐漸上升的趨勢(shì)，表明鋼渣的吸附逐漸達(dá)到飽和狀態(tài)，最后達(dá)到平穩(wěn)，穿透點(diǎn)出現(xiàn)在900毫升的位置，此時(shí)吸附量為74.94mg/L。即流速為0.053ml/s、pH為7.0、填充鋼渣為461.7675g時(shí)，氨氮的吸附量為108.32mg/L。

最后使用活性碳作比較進(jìn)行了一組動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，活性碳投加重量為 241.2303g（h=20cm），占總吸附柱的 1/3，以1.23mL/s的流速自上向下通過(guò)活性炭吸附層。即流速為1.23ml/s、pH為7、活性碳投加重量為241.2303g時(shí)，對(duì)Cr6+吸附量為0.248mg/L，對(duì)氨氮的吸附量為115.82mg/L。

（四）結(jié)束語(yǔ)

（1）靜態(tài)試驗(yàn)。投加活化鋼渣10g于pH為5.0-7.0的垃圾滲濾液中，反應(yīng)時(shí)間為3h，稀釋20倍，鋼渣對(duì)Cr6+的去除率達(dá)到42.9%，對(duì)氨氮的去除率可達(dá)63.0%。

（2）在動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中，活化鋼渣對(duì) Cr6+的最大吸附量為0.077mg/L,對(duì)氨氮的最大吸附量為108.32mg/L。與活性碳吸附效果相差不大。大于一目的鋼渣顆粒比表面積較小，吸附能力較弱；小于80目的鋼渣粉末比表面積大，但通透性差，反應(yīng)耗時(shí)長(zhǎng)，不能較好的進(jìn)行吸附。

（3）動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中，鋼渣與活性炭相比吸附效果相差不大，在實(shí)際應(yīng)用中，由于活性炭需要專(zhuān)門(mén)制備又無(wú)法重復(fù)利用，耗費(fèi)的資金龐大。而鋼渣是鋼鐵企業(yè)的剩余產(chǎn)品，各企業(yè)產(chǎn)生的鋼渣成分相同，因此來(lái)源廣泛，無(wú)需專(zhuān)門(mén)制備。粉碎在40目以下的鋼渣對(duì)多種重金屬和有機(jī)物吸附效果幾乎達(dá)到90%以上，吸附效果好，雖然不能重復(fù)利用，但是更節(jié)約資金，可以作為廢棄物品再利用，有更大的經(jīng)濟(jì)效益。

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1008-1151(2011)04-0106-02

2011-01-11

梁文文（1984－），男，防城港市環(huán)境監(jiān)測(cè)站助理工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境影響評(píng)價(jià)及相關(guān)環(huán)保研究。