通过颗粒活性炭去除石灰和随后的酸预处理部分稳定渗滤液的COD

摘要

背景。本文研究了石灰处理和随后的酸沉淀的效果₂所以₄）作为部分稳定渗滤液的预处理。从石灰和酸该研究中获得高的去除效率（> 70％）预处理的部分稳定的浸出液。Ťhe treatment of this wastewater with 10 g/L dosage of optimum lime (pH 12) at 25°C had led to the 41% COD elimination in the initial stages of pretreatment. Subsequent pH adjustment using 1 N sulfuric acid and granular-activated carbon adsorption in general revealed more than 92% removal of the 4 g/L of carbon dosage. Therefore, the results revealed that the adsorption of COD on the GAC stemmed from the kinetics rate of the pseudo-second-order.

1.介绍

堆填区渗滤液是一种多方面的废水，含有大量可生物降解和不可生物降解的物质[1]。没有适当的管线和收集系统的填埋会导致地下水污染，对环境产生不利影响。如今，垃圾填埋处理渗滤液的管理往往是一项集体技术。因此，渗滤液的处理效率取决于渗滤液的特性。混凝和吸附过程对部分稳定的渗滤液可能是可行的。除去COD后，部分稳定渗滤液的成绩最高(50-56%)，而未成熟的渗滤液的成绩为10-25% [2]。

石灰的包埋消除了分子质量大于50,000的有机物。这部分在低浓度的年轻填充物渗滤液中相对存在，而在老的填充物中几乎不存在。由于50,000分子量的有机比例在年轻填充中增加，而在较老填充中降低[3]，在处理部分稳定的渗滤液填充物的渗滤液时，石灰处理是一个非常有效的程序。此外，酸沉淀也有效地去除了洗衣废水和造纸厂废水中的COD [4，五]。此外，无论是CO₂或引入无机酸来降低ph值。GAC吸附法对COD的去除提供了一种成熟、简单和经济的高级氧化过程。虽然之前的文献没有研究过使用颗粒活性炭吸附去除COD的石灰和随后的酸预处理部分稳定的垃圾渗滤液的联合效应，但一些研究人员研究了通过颗粒活性炭吸附去除中度垃圾渗滤液中的COD [6-8]。

研究发现，仅通过颗粒活性炭处理部分稳定(BOD/COD: 0.1-0.5)的垃圾渗滤液，从经济角度来看是昂贵的[2]。然而，本研究基于石灰处理对腐殖酸和黄腐酸预吸附分离的预期，以及添加酸如何增强颗粒活性炭对腐殖酸和黄腐酸的吸附，考察了活性炭的最佳利用。本研究考察了石灰对COD的去除，随后添加硫酸，最后使用活性炭作为吸附剂。预处理阶段采用添加石灰和硫酸进行吸附。本研究还研究了石灰用量、主pH值、接触时间和碳用量等众多测量值对吸附效率的影响。并收集了大范围吸附剂用量下最佳pH石灰用量的动力学吸附实验记录。此外，还对有机物(以COD表示)的动力学吸附去除进行了解释。动力学解释了有机分子在颗粒活性炭表面的吸附速度，这决定了对称的必要接触时间。表1显示了本研究中部分稳定渗滤液的属性。

2.材料和方法

2.1。垃圾填埋场渗滤液的收集

本研究从Tapak Pelupusan Sampah巴乌，马来西亚沙捞越打开垃圾场利用填埋的样品。的垃圾渗沥液收集现场，运输，并存储在4℃的冰箱室，直到进行实验，以减少生物活性和化学反应。

2.2。材料和化学品

布拉沃绿色私人有限公司。有限公司已在当地采购的GAC。Ťhe average particle size was 1.5 mm. Meanwhile, the calcium oxide was purchased from Sigma-Aldrich Sdn. Bhd. Next, the sulfuric acid was purchased from Sigma-Aldrich, Germany. Finally, to achieve the required durability for the pretreatment, the sulfuric acid was diluted with distilled water.

2.3。吸附剂表征

2.3.1。研究吸附剂的结构特征的

用N测定了椰子粒活性炭的比表面积和孔隙率₂adsorption at 77 K via the BET.

2.3.2。红外光谱分析

摘要以0.5%精细研磨的活性炭样品为原料，采用Kbr微丸，利用傅里叶变换分光光度计对椰壳活性炭官能团表面进行红外光谱透射测定。

2.3.3。零电荷点(pH_pzc）

采用固体加成法测定pH值_pzc活性炭的含量。因此，20毫升的0.1 M KNO₃加入到一个序列为50毫升的烧瓶中。通过0.01氮HNO将溶液的pH值调至2 ~ 12₃或氢氧化钠。接下来,先₃加入，直到溶液体积总和为25 mL，评估初始pH值，并向每个烧瓶中加入约0.5 g活性炭并盖上盖子。在室温下持续搅拌(100 rpm)保存2天。接下来,本研究测量主和总结pH值之间的区别,这是对初始绘制博士的交点ΔpH = 0表示pH值_pzc。

2.4。分析方法

废水如pH，COD，BOD，和TCLP的特性每APHA（2003）进行了测定。Ťhe absorption of ultraviolet at 2.54 nm (UV₂₅₄用分光光度计定量(UV-1800岛津分光光度计)。因此，对原始渗滤液的样品进行了回火，以产生一个在识别参数范围内的结果。紫外的测量值被稀释的平行特征放大，从而产生吸光度的结论值。

2.5。实验研究

Firstly, lime and subsequent acid pretreatment were performed by adding 10 g/L of lime dosage. Next, the precipitated wastewater was then purified with the Whatman filter paper via gravity purification. This was then followed by the addition of 1 N sulfuric acid to decrease the initial pH of the wastewater to a pH value of 2, 4, and 6. Next, a refrigerated orbital shaker was used to adsorb the batch. Therefore, the group experiments were executed at a stagnant shaker pace of 200 rpm. A total of 100 mL supernatant wastewater was obtained from a 250 mL conical flask for each batch run. This wastewater consisted of the mass of a mixed adsorbent at a stationary shaker speed in the temperature-regulated orbital shaker, which is sustained at a fixed temperature. Next, samples were taken during the numerous intermissions to analyse the remains of the COD until the value of the symmetry was achieved.

Ťhere were different dosages of adsorbent, which ranged between 10 and 100 g/L at the optimal pH and 298 K. The pH value was between 2 and 11. Nevertheless, the pH value of the wastewater was attuned to the 1 N aqueous solution of either 1 N H₂所以₄垃圾渗滤液由不同的组分组成。因此，将COD参数作为总吸附量，并以COD记录结果。扣除COD的比例计算公式如下:

动力学研究实验在298k进行最佳石灰用量为10 g/L, pH为2时，为1658 mg/L。另一方面，碳用量在10 ~ 60 g/L之间。8小时后，吸附剂从废水中去除，并进行分析以检测CODC_t。在给定时间（t)，其中吸附在颗粒活性炭上的COD，问_t(毫克每克)的计算结果如下: 在哪里C_o和C_t（毫克/升）描绘在时刻主COD和COD浓度t， 分别，V表示渗滤污水的体积(L)，及米表示所用的吸附剂（G）的重量。

3。结果与讨论

3.1。颗粒活性炭的特性

数字1示出了氮气吸附等温线到GAC。所述GAC示出了在相对低的压力较高的吸附率。这可以通过微孔在粒状活性炭的存在来解释。这是因为等温线是均匀的和滞后发展成低压。Ťhe surface area of the BET and the total pore volume of the granular-activated carbon are 672.94 m²/g和1.277厘米³分别/ g。

数字2展示了椰子颗粒活性炭的红外光谱。因此,图1示出了傅立叶变换的结果的表征变换红外（FTIR）光谱。Ťhe pinnacle of the broad-stretching adsorption is at 3228–3477 cm⁻¹。这表明-NH的存在和结合-OH基团。Øn the other hand, the peaks of the CH- stretching vibration are at 2924 and 2858. The adsorption peak of group C=O is at 1263 cm⁻¹。椰子活性炭的元素分析示于表2从SEM-EDX分析。

数字3显示了ΔpH以零值。因此,pH值_pzc为GAC是10。这标志着该溶液具有10的pH值，而GAC的电荷密度为0。另一方面，具有的pH值高于10是阴性和阳性，当它低于10的任何解决方案。

3.2。石灰酸预处理

生部分稳定渗滤液所含的有机物质特别腐殖质的高浓度。在这项研究中，有机物质的浓度记录为COD，和UV₂₅₄作为腐殖质的指标。石灰处理去除一些高分子量的有机分子，如腐殖质物质在吸附之前，优化使用颗粒活性炭。根据文献，石灰化学处理的腐殖质去除机理主要为共沉淀法[9]。两种类型的共沉淀机制参与了碳酸钙和有机分子的共沉淀：（ⅰ）表面吸附：将杂质没有集成在晶体内但被吸附在沉淀物的外观，和（ii）闭塞：杂质是吸附和物理上包含在晶体中[9]。

首先在活性炭吸附前引入石灰处理，以降低活性炭吸附前的有机污染物，延长颗粒活性炭床的使用寿命。在颗粒活性炭吸附石灰处理上清液前，加入硫酸提高其pH值。这样做是为了有效吸附石灰处理的部分稳定渗滤液中剩余的有机分子。溶液pH值影响有机聚电解质对碳材料的吸附。它影响了碳表面电荷和电解质的电离或质子化，从而提高了吸附效率。本研究中石灰和酸预处理后，碳投加量为40 g/L, pH为2，石灰投加量为30 g/L, COD去除率为90%。

3.3。石灰用量的影响

表3展示了石灰用量对COD去除和减少紫外线的影响的研究₂₅₄按石灰用量5 ~ 20 g/L计算。因此，额外添加的石灰改变了渗滤液的颜色。当石灰加到渗滤液中，就会形成棕色沉淀物。因此，当石灰用量为10 ~ 20 g/L时，渗滤液的颜色会由深棕色变成浅棕色及浅黄色。结果表明，石灰沉淀对渗滤液中有机物的去除有显著影响。在最佳石灰剂量下，对COD的去除率达到40.8%，对紫外线的去除率达到40.8%₂₅₄减少了55.97%。这一现象是迅速的和去除有机物(公认为COD)和腐殖质物质(表示为UV)₂₅₄)在碳酸钙晶体开始沉淀后立即启动。

3.4。初始pH值的影响

Ťhe residual, which was obtained after lime and acid pretreatment, possessed a COD of 1658 mg/L. It was subsequently exposed to research works based on group adsorption via GAC. The implications of pH for the acid pretreatment on the efficiency of COD removal were carried out based on the varying pH while the other measurements remained constant. Therefore, the pH varied between 2 and 12 with an additional H₂所以₄和1nnaoh。但吸附剂的用量(30 g/L)、接触时间(t= 8h)和温度(Ť= 298k)保持不变。通过活性炭吸附石灰和酸预处理的部分稳定渗滤液的初步试验表明，在超过8小时的接触时间内，COD值是恒定的。这表明，8h的接触时间保证了废水与GAC的平衡。数字4研究了初始pH值对GAC去除COD的影响。

pH值2表明去除率提高了76.2%。而pH值为12时，去除率较低，只有38.7%。COD去除率随渗滤液pH值的增加而降低。此外，与碳质吸附剂相比，在其他研究中也观察到了类似的ph依赖性吸附趋势。Wang和Zhu(2007)研究了腐殖酸对飞灰衍生活性炭的吸附，发现由于吸附剂表面的静电差，吸附量降低，pH值升高[10]。Chen and Wu(2004)认为ph介导的疏水性是导致ph依赖型有机分子吸附在活性炭上的主要因素[11]。pH值溶液是势在必行的方面，这影响体弱有机聚电解质在碳材料吸附作为吸附剂和吸附物之间的静电关系的结果。

这是因为pH溶液控制了碳的表面电荷和聚电解质的电离。当溶液的pH值低于pH值时_pzc时，活性炭的表面电荷为正。另一方面，当溶液的pH值高于pH值时_pzc时，活性炭的表面电荷为负。pH值_pzc价值在本研究中GAC为9.7。因此，高pH条件下COD去除率低，是由于有机分子在高pH条件下离解的负离子与带负电荷的碳表面存在嫌隙。

3.5。接触时间的影响

数字五年代hows the impact of contact time on the COD removal via the adsorption of GAC from the pretreated lime and subsequent acid at a GAC dosage of 30 g/L, lime dosage of 10 g/L, and pH of 2, respectively. The adsorption of COD was fast for the first 3 hours with a 70% adsorption rate of COD removal. After 4 hours, the COD adsorption reached a plateau. After 8 h, COD removal was at 87.9%. This resulted from the limited dynamic platforms of the GAC surface, and therefore, it becomes saturated by the adsorbed organic compounds [12]。

3.6。石灰和酸化预处理有机去除效果比较

在GAC用量在10 ~ 100 g/L之间，渗滤液COD初始值为1658 mg/L, pH值为2的条件下，研究了GAC加石灰和后续酸预处理的效率。在298 K时，石灰投加量为10 mg/L。然而，我们研究了GAC在10 ~ 100 g/L的多次投加量对酸预处理的影响，其中渗滤液的COD初始浓度为2160,pH为2，浓度为298 K。

将有机物质浓度后GAC吸附记录在COD和UV而言₂₅₄。因此,表4示出的有机物质的浓度（表示为COD和UV₂₅₄）吸附与粒状活性炭后。数字6可见，removal of COD had increased sharply with the increase in the dosage of the adsorbent from 20 g/L to 40 g/L. As shown in Figure6中，COD的去除百分率曾与碳的累加量增加。这可以从活性炭的表面积的增加的总和的结果，因为附加的活性炭加入到该溶液中。因此，更多的活性位点可用于COD的从水溶液中吸附[12]。Finally, this study achieved the point of equilibrium at approximately 40 g/L of the carbon dosage for the optimum 90% COD removal for lime and acid pretreated partially stabilised leachate and approximately 80 g/L of carbon dosage for the optimum 80% COD removal.

该研究揭示，将其用石灰和其后的酸处理预处理的部分稳定的渗滤液与具体到预处理部分稳定渗滤液更高的去除效率。之前的粒状活性炭石灰的附加效果导致的是，在部分稳定渗滤液中存在的有机化合物的必要降低。因此，该降低以实现所需的治疗效率所需要的碳剂量的量。接着，将活性炭吸附前处理用明矾凝结稳定渗滤液已除去80％的COD [的13]。除此之外，李等人。[14]表示，它已经活性炭的凝结后提高有机化合物的吸附残留。表4表明，如果碳的用量增加，COD和UV都会升高₂₅₄也减少了。然而，石灰和经酸预处理的部分稳定的渗滤液比预处理部分稳定的浸出液中的酸更有效。此外，UV₂₅₄酸和石灰预处理的紫外光含量低于酸预处理的紫外光含量₂₅₄因为腐殖质分别在石灰处理阶段去除。

3.7。吸附动力学

本研究中曾与伪二阶运动学模型其以从经预处理的石灰和酸，并通过碳的不同剂量的活性炭吸附的部分稳定的渗滤液表示吸附的运动学容量试验。基于COD的测定的探索性数据针对独特的范式（伪一阶和伪二阶动力学）。其结果是，本研究预测，伪二阶运动学产生全面叙述吸附的发展的基础上，[R²伪二阶的值([R²）线性形式。因此，一阶模型，不使用作为其夹具不足的结果。

有机物的吸附到石灰和随后的预处理部分稳定的酸浸取液的粒状活性炭随后伪二级动力学： 在哪里问_t为单位质量吸附剂一次吸附有机COD的量，t(毫克/克);问_e为对称条件下单位质量吸附剂吸附的COD有机物量(mg/g);常数k是吸附（克/毫克H）的速率;和t为时间(h)，吸附的对称能力(问_e）和主吸附速度被确定基于所述停滞的线性固定装置（ķ_年代）伪二阶研究性数据。表五总结从动力学模型的曲线图导出的吸附运动学狭窄。在另一方面，图7-9显示了不同剂量的碳的有机吸附和时间之间的关系。的面额吸附实验COD，问_e,实验，相对类似于计算COD吸附，问_e,卡尔。因此，可以用拟二阶动力学来表征吸附过程。表五可见，问_e数值取决于颗粒活性炭的投加量，投加量在110.8-27.8 mg/g之间。虽然去除效率随碳投加量的增加而增加，但吸附容量，问_e，随颗粒活性炭用量的增加而减小。这是由于在部分稳定的渗滤液中稀释的吸附剂和吸附剂表面之间的倾斜浓度。这最终减少了活性炭以单位重量吸附的有机物的数量[12]。

3.8。研究一次性产生的污泥

表6显示产生的污泥的元素分析，这是由无有机触发水平的碳酸钙和有机分子，如腐殖质与它共沉淀。石灰处理过程每升渗滤液产生大约180毫升污泥。然而，由于污泥浓度低，通过燃烧过程来处理污泥是不可行的。因此，在垃圾填埋场处置污泥是一个可行的选择。表7示出析出相产生的污泥，将其收集并进行毒性浸出程序（TCLP）的结果。这个过程是为了确定在城市固体废物处置设施的可行性。Renou（2009）提出了一个类似的处理技术，结论是基于所生成的污泥中的腐殖酸固定的稳定性是永久不溶解的90％以上。这意味着，在MSWF所产生的污泥的存储对新产生的浸出液的特性没有影响。

3.9。组合工艺的成本估算

表8描述合并过程的成本近似值。此外，本研究还考虑了化学品的工业级价格。因此，结果表明，联合工艺处理废水的总成本为0.0639美元/L。

4.结论

颗粒活性炭吸附前的石灰和酸预处理已经从部分稳定的渗滤液中去除了大量的COD。因此，石灰预处理去除了42.8%的生COD，部分稳定了渗滤液。通过石灰和酸的预处理，可以在低碳量下获得高的去除效率(>90%)。结果在8小时内达到平衡。石灰处理后的酸预处理显著提高了颗粒活性炭对有机物的吸附，从而潜在地延长了活性炭的使用寿命。吸附过程的动力学模型为拟二阶动力学模型。

数据可用性

用来支持这项研究的结果的数据是可用的，请相应的作者。

信息披露

作者是这篇文章的主题完全负责。

的利益冲突

这项研究的作者没有利益冲突。

致谢

作者希望感谢马来西亚沙捞越大学化学工程系为这项研究提供的设施。

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