絮凝法是重要的水污染控制方法之一。絮凝法是通过添加絮凝剂克服胶体颗粒之间的排斥力,使胶体颗粒脱稳,形成大的絮凝体,以去除悬浮固体和胶体的一种水处理技术。作为垃圾渗滤液的前处理或后处理技术,它具有简单、对色度、浊度有较好去除效果等特点。垃圾渗滤液中有机污染物、氨氮和重金属等都会对生物产生毒害作用,这些毒性物质能够通过食物链在生物间传递和积累。垃圾渗滤液的危险性评估,过去通常是通过化学法分析垃圾渗滤液中各污染物的化学组成,确定毒性范围。
但由于垃圾渗滤液中的污染物种类多样;有时含量极低,许多毒性污染物都不在分析范围内,用化学法往往无法检测出来,单纯的理化指标也很难准确反映其污染水平。毒性生物检测不仅可以反映化学分析法所不能揭示的极性降解产物间复杂的相互作用,而且还可以反映垃圾渗滤液中化合物对生物的协同和拮抗作用。
因此，本研究利用植物对水体污染反应极为敏感的特点,选用甘蓝作为试验材料,研究垃圾渗滤液在硫酸铁、聚合硫酸铁和聚硅硫酸铁絮凝剂处理后的出水对植物种子萌发的毒性作用。本文不仅研究了絮凝处理方法对垃圾渗滤液中氨氮、UV254和重金属的影响;并且探讨了絮凝处理工艺对垃圾垃圾渗滤液的毒性影响，为比较不同絮凝处理工艺的效果提供生物学依据。
1材料与方法
1.1试验材料
垃圾渗滤液取自重庆某垃圾填埋场，试样用塑料壶密封运回实验室，在分析和使用前贮存在4℃的恒温箱中。取回的垃圾渗滤液在实验室通过厌氧-好氧处理。处理后水质见表1。絮凝剂：硫酸铁（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）；聚合硫酸铁（重庆蓝洁自来水材料有限公司）；聚硅硫酸铁（自制，制备过程为：将正硅酸乙酯水解与聚合硫酸铁复合而成，制备的聚硅硫酸铁有良好的稳定性）。
1.2试验设备
ZR4-6混凝试验搅拌机（深圳市中润水工业技术发展有限公司），U-1810紫外可见分光光度计（北京普希通用仪器有限责任公司），DELTA320pH计（梅特勒-托利多仪器有限公司），TDR/890光度计（美国哈希公司），DF-Ⅱ型集热式磁力搅拌器（江苏省金坛市正基仪器有限公司），HACH45600COD反应器（美国哈希公司），HACH-HQ10溶氧仪（美国哈希公司），XT5499-CR20TLH智能人工气候室（重庆川菱电子有限公司），OLYMPUSSZXP体式显微镜（奥林帕斯株式会社）。
1.3试验方法
1.3.1絮凝试验
垃圾渗滤液用H2SO4和NaOH调节pH值，在六联搅拌器上先以300r/min和150r/min的转速分别搅拌1min和2min，再以50r/min的转速搅拌5min，静置30min。用虹吸法取液面下2～3cm处水样并测定其色度、pH值。pH值采用DELTA320型pH计测量，BOD5、NH3-N的测定采用标准分析方法，COD的测定采用美国环保署（EPA）认定的反应消解法（测定范围0～1500mg/L）。
1.3.2种子萌发试验
采用滤纸法发芽测定甘蓝种子的萌发率。具体方法如下：选择发育整齐籽粒饱满的甘蓝种子，自来水浸种3h。将不同絮凝处理垃圾渗滤液的pH值均调整为7后，在直径为90mm的培养皿底层垫一层干净的滤纸，分别用自来水和不同絮凝处理的垃圾渗滤液1mL润湿滤纸。将冲洗后的籽粒分别摆放在皿中滤纸上，每皿30～35粒，于人工气候室（22～26℃，光∶暗=9h∶15h）内培养，每24h加200μL的处理液，并观察种子萌发情况，120h后统计各处理甘蓝种子萌发率。每个处理设3个重复试验。利用SPSS10.0统计软件对数据进行方差分析。
2结果与讨论
2.1絮凝对氨氮去除率的影响
垃圾渗滤液中的NH3-N对生物的生长有重要影响。有资料表明，垃圾渗滤液中过多的NH3-N能抑制植物种子的萌发和生长，增加垃圾渗滤液的毒性。絮凝是去除垃圾渗滤液中NH3-N的重要方法之一。图1和图2分别显示了不同种类的絮凝剂在不同浓度和pH值条件下对NH3-N去除率的影响。
由图1可以看出，随着硫酸铁、聚合硫酸铁和聚硅硫酸铁浓度的增加，它们的NH3-N去除率逐渐增加，硫酸铁和聚合硫酸铁在12mmol/L时，NH3-N去除率分别达到最大值30.1%和24.9%，而聚硅硫酸铁在10mmol/L时，NH3-N去除率达到最大值24.7%，随着聚硅硫酸铁浓度的进一步增加，NH3-N去除率逐渐降低。因此，对3种絮凝剂而言，12mmol/L的硫酸铁对NH3-N有较好的去除效果。
图2显示，硫酸铁、聚合硫酸铁和聚硅硫酸铁3种絮凝剂在pH值4～6时，NH3-N去除率变化不大，随着pH值从6到9增加，硫酸铁和聚硅硫酸铁的NH3-N去除率逐渐增加，硫酸铁在pH值为8时达到最大值61.3%，聚硅硫酸铁在pH值为9时达到最大值60.6%，聚合硫酸铁在pH值为8时，NH3-N去除率才开始增加，pH值为9时达到最大值37.6%。在pH值4～9的范围内，硫酸铁对NH3-N去除率高于另两种絮凝剂。这表明在酸性条件下，pH值对NH3-N去除率的影响不大；碱性条件有利于游离态氨的分离，因此，就NH3-N的去除而言，pH值为8的硫酸铁效果较好。
2.2絮凝对UV254的影响
UV254为腐殖质和各种芳香族化合物含量的代表参数。图3和图4分别显示了絮凝对UV254吸光度的影响。图3表明，硫酸铁的UV254吸光度随絮凝剂浓度变化不大，聚合硫酸铁和聚硅硫酸铁的UV254吸光度随着絮凝剂浓度的增加而逐渐降低，聚合硫酸铁的UV254的吸光度高于另两种絮凝剂。由于UV254和有机物的含量密切相关。因此，对于聚合硫酸铁和聚硅硫酸铁，随着絮凝剂浓度的增加，垃圾渗滤液中有机物的含量降低，在相同浓度条件下，聚硅硫酸铁对有机污染物的去除率要好于聚合硫酸铁。
图4显示了3种相同浓度的絮凝剂在不同pH值条件下对UV254吸光度的影响。从图4可以看出，3种絮凝剂的UV254吸光度都是随着pH值的增加，先降低然后再增加。虽然在pH6时，硫酸铁的吸光度最低，对有机污染物的去除较好，但由于在酸性条件下不利于游离态氨的分离，因此，综合考虑，选用pH值为8的聚合硫酸铁较好。
2.3絮凝对重金属的影响
由于试验所取垃圾渗滤液来自生活垃圾填埋场，故垃圾渗滤液中重金属的含量很少，只有Fe2+和Cu2+的含量较高，锌、镍、铬离子的含量很低。因此，在絮凝处理中仅仅考察Fe2+和Cu2+的影响。因为试验都是采用的铁盐絮凝剂，所以在絮凝剂添加量较少和pH值较低时，垃圾渗滤液中的Fe2+离子含量增加了，随着絮凝剂浓度的增加和pH值的升高，Fe2+离子含量逐渐降低。相对于原水，不同絮凝剂对Fe2+离子去除情况见表2。当3种絮凝剂浓度为12mmol/L时，硫酸铁、聚合硫酸铁和聚硅硫酸铁的Fe2+离子浓度达到最低值，去除率分别为71.9%、95.1%和95.9%；硫酸铁和聚硅硫酸铁在pH值6时的Fe2+离子浓度达到最小值，去除率为23.5%和32.1%，聚合硫酸铁在pH值9时的Fe2+离子浓度最小，去除率为70.2%。当3种絮凝剂浓度为2mmol/L时，Cu2+离子就已去除完全。因此，浓度为12mmol/L,pH值为7.47的聚硅硫酸铁对Fe2+和Cu2+的去除效果最好。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
2.4毒性检测
垃圾渗滤液中过多的氨氮、有机污染物和重金属会抑制生物的生长，增加垃圾渗滤液的毒性。从以上试验结果可以看出，垃圾渗滤液去除氨氮、有机污染物和重金属的适宜絮凝条件并不完全一致。为进一步明确垃圾渗滤液经过不同絮凝处理后的实际毒性变化情况，选择对水体污染极为敏感的甘蓝作为指示植物，对各处理后的垃圾渗滤液进行了种子萌发的毒性试验。由表3可以看出，未经处理的垃圾渗滤液原液对甘蓝种子的萌发影响最大，培养120h后的种子萌发率仅为6.4%，显著低于对照（自来水）。各种处理中，12mmol/L的硫酸铁（pH8）絮凝处理后的垃圾渗滤液对甘蓝种子萌发的影响最小，为80.7%，与自来水对照没有显著差异。这与其高的NH3-N去除率相一致。但聚合硫酸铁（pH8）处理后的垃圾渗滤液虽然具有较低的UV254吸光度，但对甘蓝种子萌发的影响依然十分明显，为63.44%，显著低于对照。这表明，对于COD浓度为814mg/L的稳定垃圾渗滤液，垃圾渗滤液对甘蓝种子萌发的毒性与其NH3-N的含量具有更密切的关系。这可能也是一些垃圾填埋厂在出现问题时，将氨作为生态危害的理想显示剂的原因之一。垃圾渗滤液经过聚硅硫酸铁（pH6）絮凝处理后，虽然Fe2+和Cu2+得到了有效去除，但对甘蓝种子萌发还有较大影响，这可能是由于垃圾渗滤液中的氨氮和有机污染物的毒性作用。
3结论
硫酸铁、聚合硫酸铁和聚硅硫酸铁3种絮凝剂能有效的去除垃圾渗滤液中的NH3-N、有机污染物和重金属，降低垃圾渗滤液的毒性。浓度为12mmol/L，pH值为8的硫酸铁可有效去除61.3%的NH3-N，同样浓度和pH值的聚合硫酸铁对有机污染物也达到很好的去除作用；pH值为7.47的聚硅硫酸铁可将Cu完全去除，Fe大部分去除。甘蓝种子萌发的毒性试验显示，对于COD浓度为814mg/L的稳定垃圾渗滤液,pH值为8的硫酸铁对甘蓝种子萌发的影响最小，与自来水对照相比没有显著差异，有效的降低了垃圾渗滤液的毒性。