絮凝法是重要的水污染控制方法之一。絮凝法是通過添加絮凝劑克服膠體顆粒之間的排斥力,使膠體顆粒脫穩(wěn),形成大的絮凝體,以去除懸浮固體和膠體的一種水處理技術(shù)。作為垃圾滲濾液的前處理或后處理技術(shù),它具有簡單、對色度、濁度有較好去除效果等特點。垃圾滲濾液中有機污染物、氨氮和重金屬等都會對生物產(chǎn)生毒害作用,這些毒性物質(zhì)能夠通過食物鏈在生物間傳遞和積累。垃圾滲濾液的危險性評估,過去通常是通過化學法分析垃圾滲濾液中各污染物的化學組成,確定毒性范圍。
但由于垃圾滲濾液中的污染物種類多樣;有時含量極低,許多毒性污染物都不在分析范圍內(nèi),用化學法往往無法檢測出來,單純的理化指標也很難準確反映其污染水平。毒性生物檢測不僅可以反映化學分析法所不能揭示的極性降解產(chǎn)物間復雜的相互作用,而且還可以反映垃圾滲濾液中化合物對生物的協(xié)同和拮抗作用。
因此，本研究利用植物對水體污染反應(yīng)極為敏感的特點,選用甘藍作為試驗材料,研究垃圾滲濾液在硫酸鐵、聚合硫酸鐵和聚硅硫酸鐵絮凝劑處理后的出水對植物種子萌發(fā)的毒性作用。本文不僅研究了絮凝處理方法對垃圾滲濾液中氨氮、UV254和重金屬的影響;并且探討了絮凝處理工藝對垃圾垃圾滲濾液的毒性影響，為比較不同絮凝處理工藝的效果提供生物學依據(jù)。
1材料與方法
1.1試驗材料
垃圾滲濾液取自重慶某垃圾填埋場，試樣用塑料壺密封運回實驗室，在分析和使用前貯存在4℃的恒溫箱中。取回的垃圾滲濾液在實驗室通過厭氧-好氧處理。處理后水質(zhì)見表1。絮凝劑：硫酸鐵（分析純，國藥集團化學試劑有限公司）；聚合硫酸鐵（重慶藍潔自來水材料有限公司）；聚硅硫酸鐵（自制，制備過程為：將正硅酸乙酯水解與聚合硫酸鐵復合而成，制備的聚硅硫酸鐵有良好的穩(wěn)定性）。
1.2試驗設(shè)備
ZR4-6混凝試驗攪拌機（深圳市中潤水工業(yè)技術(shù)發(fā)展有限公司），U-1810紫外可見分光光度計（北京普希通用儀器有限責任公司），DELTA320pH計（梅特勒-托利多儀器有限公司），TDR/890光度計（美國哈希公司），DF-Ⅱ型集熱式磁力攪拌器（江蘇省金壇市正基儀器有限公司），HACH45600COD反應(yīng)器（美國哈希公司），HACH-HQ10溶氧儀（美國哈希公司），XT5499-CR20TLH智能人工氣候室（重慶川菱電子有限公司），OLYMPUSSZXP體式顯微鏡（奧林帕斯株式會社）。
1.3試驗方法
1.3.1絮凝試驗
垃圾滲濾液用H2SO4和NaOH調(diào)節(jié)pH值，在六聯(lián)攪拌器上先以300r/min和150r/min的轉(zhuǎn)速分別攪拌1min和2min，再以50r/min的轉(zhuǎn)速攪拌5min，靜置30min。用虹吸法取液面下2～3cm處水樣并測定其色度、pH值。pH值采用DELTA320型pH計測量，BOD5、NH3-N的測定采用標準分析方法，COD的測定采用美國環(huán)保署（EPA）認定的反應(yīng)消解法（測定范圍0～1500mg/L）。
1.3.2種子萌發(fā)試驗
采用濾紙法發(fā)芽測定甘藍種子的萌發(fā)率。具體方法如下：選擇發(fā)育整齊籽粒飽滿的甘藍種子，自來水浸種3h。將不同絮凝處理垃圾滲濾液的pH值均調(diào)整為7后，在直徑為90mm的培養(yǎng)皿底層墊一層干凈的濾紙，分別用自來水和不同絮凝處理的垃圾滲濾液1mL潤濕濾紙。將沖洗后的籽粒分別擺放在皿中濾紙上，每皿30～35粒，于人工氣候室（22～26℃，光∶暗=9h∶15h）內(nèi)培養(yǎng)，每24h加200μL的處理液，并觀察種子萌發(fā)情況，120h后統(tǒng)計各處理甘藍種子萌發(fā)率。每個處理設(shè)3個重復試驗。利用SPSS10.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析。
2結(jié)果與討論
2.1絮凝對氨氮去除率的影響
垃圾滲濾液中的NH3-N對生物的生長有重要影響。有資料表明，垃圾滲濾液中過多的NH3-N能抑制植物種子的萌發(fā)和生長，增加垃圾滲濾液的毒性。絮凝是去除垃圾滲濾液中NH3-N的重要方法之一。圖1和圖2分別顯示了不同種類的絮凝劑在不同濃度和pH值條件下對NH3-N去除率的影響。
由圖1可以看出，隨著硫酸鐵、聚合硫酸鐵和聚硅硫酸鐵濃度的增加，它們的NH3-N去除率逐漸增加，硫酸鐵和聚合硫酸鐵在12mmol/L時，NH3-N去除率分別達到最大值30.1%和24.9%，而聚硅硫酸鐵在10mmol/L時，NH3-N去除率達到最大值24.7%，隨著聚硅硫酸鐵濃度的進一步增加，NH3-N去除率逐漸降低。因此，對3種絮凝劑而言，12mmol/L的硫酸鐵對NH3-N有較好的去除效果。
圖2顯示，硫酸鐵、聚合硫酸鐵和聚硅硫酸鐵3種絮凝劑在pH值4～6時，NH3-N去除率變化不大，隨著pH值從6到9增加，硫酸鐵和聚硅硫酸鐵的NH3-N去除率逐漸增加，硫酸鐵在pH值為8時達到最大值61.3%，聚硅硫酸鐵在pH值為9時達到最大值60.6%，聚合硫酸鐵在pH值為8時，NH3-N去除率才開始增加，pH值為9時達到最大值37.6%。在pH值4～9的范圍內(nèi)，硫酸鐵對NH3-N去除率高于另兩種絮凝劑。這表明在酸性條件下，pH值對NH3-N去除率的影響不大；堿性條件有利于游離態(tài)氨的分離，因此，就NH3-N的去除而言，pH值為8的硫酸鐵效果較好。
2.2絮凝對UV254的影響
UV254為腐殖質(zhì)和各種芳香族化合物含量的代表參數(shù)。圖3和圖4分別顯示了絮凝對UV254吸光度的影響。圖3表明，硫酸鐵的UV254吸光度隨絮凝劑濃度變化不大，聚合硫酸鐵和聚硅硫酸鐵的UV254吸光度隨著絮凝劑濃度的增加而逐漸降低，聚合硫酸鐵的UV254的吸光度高于另兩種絮凝劑。由于UV254和有機物的含量密切相關(guān)。因此，對于聚合硫酸鐵和聚硅硫酸鐵，隨著絮凝劑濃度的增加，垃圾滲濾液中有機物的含量降低，在相同濃度條件下，聚硅硫酸鐵對有機污染物的去除率要好于聚合硫酸鐵。
圖4顯示了3種相同濃度的絮凝劑在不同pH值條件下對UV254吸光度的影響。從圖4可以看出，3種絮凝劑的UV254吸光度都是隨著pH值的增加，先降低然后再增加。雖然在pH6時，硫酸鐵的吸光度最低，對有機污染物的去除較好，但由于在酸性條件下不利于游離態(tài)氨的分離，因此，綜合考慮，選用pH值為8的聚合硫酸鐵較好。
2.3絮凝對重金屬的影響
由于試驗所取垃圾滲濾液來自生活垃圾填埋場，故垃圾滲濾液中重金屬的含量很少，只有Fe2+和Cu2+的含量較高，鋅、鎳、鉻離子的含量很低。因此，在絮凝處理中僅僅考察Fe2+和Cu2+的影響。因為試驗都是采用的鐵鹽絮凝劑，所以在絮凝劑添加量較少和pH值較低時，垃圾滲濾液中的Fe2+離子含量增加了，隨著絮凝劑濃度的增加和pH值的升高，F(xiàn)e2+離子含量逐漸降低。相對于原水，不同絮凝劑對Fe2+離子去除情況見表2。當3種絮凝劑濃度為12mmol/L時，硫酸鐵、聚合硫酸鐵和聚硅硫酸鐵的Fe2+離子濃度達到最低值，去除率分別為71.9%、95.1%和95.9%；硫酸鐵和聚硅硫酸鐵在pH值6時的Fe2+離子濃度達到最小值，去除率為23.5%和32.1%，聚合硫酸鐵在pH值9時的Fe2+離子濃度最小，去除率為70.2%。當3種絮凝劑濃度為2mmol/L時，Cu2+離子就已去除完全。因此，濃度為12mmol/L,pH值為7.47的聚硅硫酸鐵對Fe2+和Cu2+的去除效果最好。具體參見http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
2.4毒性檢測
垃圾滲濾液中過多的氨氮、有機污染物和重金屬會抑制生物的生長，增加垃圾滲濾液的毒性。從以上試驗結(jié)果可以看出，垃圾滲濾液去除氨氮、有機污染物和重金屬的適宜絮凝條件并不完全一致。為進一步明確垃圾滲濾液經(jīng)過不同絮凝處理后的實際毒性變化情況，選擇對水體污染極為敏感的甘藍作為指示植物，對各處理后的垃圾滲濾液進行了種子萌發(fā)的毒性試驗。由表3可以看出，未經(jīng)處理的垃圾滲濾液原液對甘藍種子的萌發(fā)影響最大，培養(yǎng)120h后的種子萌發(fā)率僅為6.4%，顯著低于對照（自來水）。各種處理中，12mmol/L的硫酸鐵（pH8）絮凝處理后的垃圾滲濾液對甘藍種子萌發(fā)的影響最小，為80.7%，與自來水對照沒有顯著差異。這與其高的NH3-N去除率相一致。但聚合硫酸鐵（pH8）處理后的垃圾滲濾液雖然具有較低的UV254吸光度，但對甘藍種子萌發(fā)的影響依然十分明顯，為63.44%，顯著低于對照。這表明，對于COD濃度為814mg/L的穩(wěn)定垃圾滲濾液，垃圾滲濾液對甘藍種子萌發(fā)的毒性與其NH3-N的含量具有更密切的關(guān)系。這可能也是一些垃圾填埋廠在出現(xiàn)問題時，將氨作為生態(tài)危害的理想顯示劑的原因之一。垃圾滲濾液經(jīng)過聚硅硫酸鐵（pH6）絮凝處理后，雖然Fe2+和Cu2+得到了有效去除，但對甘藍種子萌發(fā)還有較大影響，這可能是由于垃圾滲濾液中的氨氮和有機污染物的毒性作用。
3結(jié)論
硫酸鐵、聚合硫酸鐵和聚硅硫酸鐵3種絮凝劑能有效的去除垃圾滲濾液中的NH3-N、有機污染物和重金屬，降低垃圾滲濾液的毒性。濃度為12mmol/L，pH值為8的硫酸鐵可有效去除61.3%的NH3-N，同樣濃度和pH值的聚合硫酸鐵對有機污染物也達到很好的去除作用；pH值為7.47的聚硅硫酸鐵可將Cu完全去除，F(xiàn)e大部分去除。甘藍種子萌發(fā)的毒性試驗顯示，對于COD濃度為814mg/L的穩(wěn)定垃圾滲濾液,pH值為8的硫酸鐵對甘藍種子萌發(fā)的影響最小，與自來水對照相比沒有顯著差異，有效的降低了垃圾滲濾液的毒性。
