利用水泥及添加剂处理垃圾渗滤液生物处理尾水的研究

摘要：利用水泥的表面吸附和水化反应性质处理垃圾渗滤液生物处理尾水可以取得很好的效果，尾水的CODcr去除率可达到69.5％。处理效果与水灰比、反应时间密切相关，低水灰比和较长反应时间对尾水的CODcr去除更为有利。通过添加一定比例的CaCO3和CaO2可显著改善高水灰比时的尾水处理效果。
关键词：水泥；表面吸附；水化反应；渗滤液
垃圾填埋场渗滤液组分复杂、污染性极强。被列入我国环境优先控制污染物“黑名单”。目前对渗滤液的处理主要采用各种生物处理单元的组合工艺，但处理后的渗滤液CODcr仍高达500～800mg/L，只能达到国家级标准(CODcr 1000mg/L以下)，允许并入污水管网。再送往水处理站处理。但垃圾填埋场一般都建在城市郊外地区，铺设污水管道代价非常昂贵，通常只能将处理后的渗滤液排入附近水体。因此。需要在填埋场内将渗滤液处理达到相应国家排放标准。然而经生物处理后的渗滤液尾水难以生物降解，虽然用RO、活性炭吸附等技术处理可能有较好的处理效果，但是能耗和投入很高，且存在堵塞膜组件、反渗透浓液的处理等问题。笔者基于水泥表面吸附和水化反应原理，尝试用水泥及无机盐添加剂对垃圾渗滤液生物处理尾水进行深度处理，并对其机理进行了研究。
1实验部分
实验用425#水泥及来自上海老港垃圾填埋场经生物处理后的渗滤液(渗滤液尾水)。
在200mL渗滤液尾水中按一定比例投加水泥及无机盐添加剂，用磁力搅拌器搅拌(保持混合均匀，水泥颗粒不结块)反应一定时间后，用0.45μm滤膜过滤以滤去悬浮物及部分大颗粒胶体。对滤出水样的CODcr、TOC、IC、TN进行测试分析。
设计水灰比(渗滤液:水泥)分别为10:1、20:1、40:1、60:1、80:1和100:1，搅拌时间分别为1h、3h、6h、12h、24h。TOC、IC和TN用日本岛津公司的TOC-vcpn测定仪测定。渗滤液尾水的阴离子浓度用美国戴安公司的ICS-1000离子色谱测定。
2结果与讨论
2.1渗滤液尾水水质分析
实验用渗滤液尾水水质指标见表1。
表1渗滤液尾水水质指标mg/L

从表1可以看出，渗滤液尾水中除了含有机物外，还含有大量无机类物质如Cl-、SO42-、NH4+、碳酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐等。其中部分可被重铬酸钾氧化从而贡献CODcr。表1中CODcr和TOC的数据表明，即使有机碳全部被氧化为CODcr相应的需氧量也只有389mg/L，与实测CODcr数据有较大的差距，何况TOC是在600～800℃下通过氧化有机碳形成CODcr后，通过测定CODcr量来测得，其中包括不能被重铬酸钾法氧化的有机碳。冯旭东等的研究表明，渗滤液生物处理出水中确实存在难氧化有机物。如长链烷烃、酞酸二丁酯、一些长链醇类等。这也进一步表明尾水中还原性无机类物质贡献了CODcr，因此，要降低尾水的CODcr，除了要除去有机物外，还要去除一些无机类物质。
2.2水泥表面吸附和水化反应原理
2.2.1水泥表面吸附原理
水泥对木质素磺酸盐、羟基羧酸盐、多元醇、腐殖酸类、糖类及部分烷基醚类等多种有机物有很好的吸附功能，正是基于这种吸附功能，开发出很多水泥添加剂。渗滤液尾水中含有可被水泥吸附的有机物，其经水泥处理后部分有机物可被吸附脱除。
2.2.2水泥水化反应原理
水泥是具有很强水化反应活性的物质，其水化反应过程十分复杂。水泥中可进行水化反应的物质有3Ca•SiO2(C3S)、2CaO•SiO2(C2S)、3CaO•Al2O3(C3A)和4CaO•Al2O3•Fe2O3，其中以C3A的水化反应活性最强，可与多种无机盐如氯化物类、硫酸盐类、硝酸盐类以及亚硝酸盐类物质发生水化反应，在水泥颗粒表面生成水化产物例如：

另外，水泥水化形成的Ca2+会与一些阴离子如S2-、CO32-等反应生成沉淀。从而从尾水中去除这些阴离子。因此水泥有很强的除盐能力，可以部分脱除渗滤液中有还原性的无机类物质。并且水泥在水化过程中会生成Ca(OH)2，具有一定的混凝作用，有助于去除水化反应形成的胶体物质。
2.3单用水泥处理尾水实验结果分析
不同水灰比、不同反应时间与处理后渗滤液尾水CODcr的关系见图1。

图1处理后渗滤液尾水CODcr与水灰比、反应时间的关系
从图1可以看出，水泥对尾水处理效果非常明显。在水灰比为10、反应时间为24h时，处理后尾水CODcr可降至148mg/L，去除率高达69.5％。随着反应时间的延长，特别是在低水灰比时，水泥对尾水的处理效果明显增加。如果仅仅是表面物理吸附和混凝作用，根据物理吸附和混凝原理，处理效果不可能在这么长的时间里一直有大幅的上升，这表明随着水泥水化反应的不断进行，尾水中有大量对CODcr有贡献的物质不断地被脱除，而水化反应持续的时间较长，尾水CODcr才会在较长时间里一直保持较大的降幅。根据水泥水化反应原理，参与水化反应的物质主要是无机类物质，因此可以发现尾水中确实存在大量对CODcr有贡献的还原性无机类物质。