壳聚糖三元接枝高分子絮凝剂对垃圾渗滤液生化处理出水的絮凝研究

摘要：采用壳聚糖三元接枝高分子絮凝剂（CAS）与聚合氯化铝（PAC）、磷酸镁铵沉淀法（MAP法）复配处理中山市老虎坑垃圾渗滤液生化处理出水。絮体粒径分布测试、絮体形态结构分析和zata电位测定结果表明CAS与PAC复配，可充分发挥CAS架桥和PAC电荷中和的协同作用，强化混凝过程，使细小的凝聚体形成体积庞大的絮状沉淀物，并在沉降过程中，网捕水体中的胶体颗粒，显著提高混凝效果。CAS和PAC的投加对NH4+-N的脱氮的贡献甚微。采用MAP法与CAS、PAC复配，当投加量分别为50mg/L CAS、500mg /LPAC、856mg /LMgCl2•6H2O、1509mg/L Na2HPO4•12H2O时，出水COD、色度分别小于300 mg/L、30倍，NH4+-N降至2 mg/L左右。
关键词：壳聚糖 PAC 垃圾渗滤液 氨氮
对于垃圾渗滤液生化处理后出水，有研究者采用混凝法进行后续处理，主要为进一步除去渗滤液中难降解的有机污染物。例如，柴晓利等(2003)[ ]用50mg/L微生物絮凝剂BF与500mg/L硫酸铝或500mg/L氯化铁复配混凝处理垃圾渗滤液生化处理出水，COD去除率都达50%以上。尚爱安等（2005）[ ]用聚合硫酸铁混凝处理垃圾渗滤液生化处理出水，在投加量为800mg/L，pH=6下，可使COD从658mg/L降为264mg/L，去除率59.8%。 Zouboulis等(2004)[ ]分别投加50mg/L微生物絮凝剂和500mg/L硫酸铝混凝处理垃圾渗滤液生化处理出水，COD去除率都接近45%。这些研究均未报道对垃圾渗沥液生化处理出水氨氮的去除情况。蒋建国等(2003) [ ]用复合絮凝剂（90%PAC+10%PAM）、壳聚糖分别混凝处理垃圾渗滤液，复合絮凝剂的投加400mg/L可使COD去除率达到38%，而壳聚糖絮凝剂只投加100mg/L便使COD去除率达40%。
近年来，有不少将磷酸铵镁沉淀法(简称：MAP法)应用于脱除水体中NH4+-N研究报道。Li（1999）[ ]等人，将MAP法应用于含高浓度NH4+-N的垃圾渗滤液预处理脱氮，在Mg2+:PO43-:NH4+的摩尔比为1:1:1时在pH=9条件下，可使NH4+-N浓度从5618mg/L降到约65mg/L。Ozturk等（2003）通过MAP法处理垃圾渗滤液，结果发现原液中2240mg/L NH4+-N的去除率达到了90%以上。同时，Calli等(2005)[ ]也有类似的发现，通MAP法，渗滤液中原始浓度为3260mg/L的NH4+-N去除率达到98%。尚爱安等（2004） [ ] 采用MAP法处理垃圾渗滤液，使NH4+-N浓度从1400mg/L下降至280mg/L，去除率达80%。但尚未见将MAP法应用于垃圾渗滤液生化处理出水脱氮的报道。
中山市老虎坑垃圾渗滤液处理厂采用氨氮吹脱-生化工艺处理后出水的COD/BOD <0.1，已不适合再继续生化处理，主要指标见表1，达不到排放标准。本文采用本课题组研发的壳聚糖、丙烯酰胺、阳离子单体SMC三元接枝共聚高分子絮凝剂CAS[ , ]与聚合氯化铝（PAC）复配对垃圾渗沥液生化处理出水进行混凝烧杯实验，以探明该法对COD及色度的去除效果，借助悬浮颗粒zata电位测定、絮体粒径及絮体形态结构分析等方法，探讨CAS与PAC复配的作用机制。通过CAS、PAC、MAP法复配，研究了该法对渗滤液生化处理出水的脱氮效果。
1 材料及方法
1．1处理水水质
取自广东省中山市老虎坑垃圾渗滤液处理厂垃圾渗滤液生化处理出水，水质指标如表1所示。
表1 老虎坑垃圾渗滤液处理厂生化处理前后水质状况

注：数据均为3次取样测试的平均值
1．2主要药剂及仪器
壳聚糖改性絮凝剂（CAS）[10]（实验室自制，电荷密度为2.1mmol/g、相对分子质量为100~200万）、聚合氯化铝PAC（工业级）、MgCl2•6H2O(分析纯)、Na2HPO4•12H2O（分析纯）均配成质量浓度为50%水溶液备用。
六联絮凝搅拌机；PHS-2C精密酸度计；Mastersizie粒径分布测定仪；Nikon YS2-H显微镜；Zata Potential Analyzer 电位分析仪。
1．3实验方法
（1）烧杯搅拌混凝实验：在六联搅拌机上进行烧杯实验，水样为1L，加入适量絮凝剂，先500r/min搅拌0.5min，然后320r/min搅拌1.5min，再160r/min搅拌4min， 最后80r/min搅拌4min，沉降20min后取上清液测各指标。每个实验重复3次，各指标取平均值。
（2）COD、NH4+-N、色度以及SS测定均采用标准分析方法[ ]。
（3）絮体粒径分析和显微镜观察：混凝搅拌完后，立即用移液管在液面下5cm处吸取50mL混凝反应液于烧杯中，用Mastersizie粒径分布仪（遮光度2.97%、分散剂折色率1.330、颗粒折色率1.590、粒径范围0.02μm ~2000μm）测定样品的粒径分布。同时，用滴管取一小滴反应液于载玻片上，用Nikon YS2-H显微镜观察絮体形态结构。
（4）zata电位测定：混凝搅拌结束后，立即用移液管在液面下5cm处吸取适量样于Zata Potential Analyzer 电位分析仪上，测定混凝反应液颗粒表面的zata电位。
2 结果与讨论
2．1CAS、PAC复配混凝处理垃圾渗滤液生化处理出水的效果
经初步实验，如果单独投加CAS不能得到理想的絮凝效果，这可能与该垃圾渗滤液生化处理出水的特点有关（色度大、浊度低、SS含量小）。对于这样的废水直接投加有机高分子絮凝剂是很难起到絮凝作用的，这也是垃圾渗滤液很难絮凝的一个重要原因，因此，考虑采用PAC 与CAS复配混凝处理该垃圾渗滤液生化处理出水。实验中选定COD去除率、色度去除率、污泥沉降比作为评定混凝实验絮凝效果的指标。其中COD去除率、色度去降率反映出水水质指标，污泥沉降比反映絮体的沉降性能。