为没有控制的垃圾填埋场周围地区的环境保护制定了可持续的建议。用于处理来自去离子设备的水处理的半废弃活性炭（AC）和来自填埋场的土壤样品的模拟渗透屏障的不同柱子被研究以去除天然有机物质（NOM），其中没有任何污染控制位于Mexicaltzingo（墨西哥）。来自垃圾填埋场的渗滤液样品（LS）和实验室制备的样品（LLS）。通过填充柱除去化学需氧量（COD），生化需氧量（BOD），亚硝酸盐和硝酸盐等天然有机物。测试了两种不同的包装形式; 在A栏中，AC被放置为填埋土壤样品的支撑物，并且在B栏中，使用AC和填埋土壤的均匀混合物。实验表明，短时间，60分钟是快速去除NOM的最佳时间，COD和BOD从LS的初始浓度降低到94％; 对于B栏，相同的参数加亚硝酸盐和硝酸盐被去除高达100％，使其成为最有效的处理。对于在3米或12米处采集的土壤样品，NOM去除没有显着差异，并且使用的AC是半废弃的重新评估的残留物。这项工作的建议，通过4个参数测量的填充柱去除NOM，显示可行作为初步建议，用作减少与填埋区相关的污染风险的渗透屏障。相同的参数加亚硝酸盐和硝酸盐被去除高达100％，使其成为最有效的治疗方法。对于在3米或12米处采集的土壤样品，NOM去除没有显着差异，并且使用的AC是半废弃的重新评估的残留物。这项工作的建议，通过4个参数测量的填充柱去除NOM，显示可行作为初步建议，用作减少与填埋区相关的污染风险的渗透屏障。相同的参数加亚硝酸盐和硝酸盐被去除高达100％，使其成为最有效的治疗方法。对于在3米或12米处采集的土壤样品，NOM去除没有显着差异，并且使用的AC是半废弃的重新评估的残留物。这项工作的建议，通过4个参数测量的填充柱去除NOM，显示可行作为初步建议，用作减少与填埋区相关的污染风险的渗透屏障。

 

关键词

活性炭; 渗滤液; 天然有机物 ; 泥; 可持续发展

介绍

通常，有机物质（OM）用于描述异质化学组分的混合物[ 1 ]。因此，通常术语“天然有机物质（NOM）”用于储层或自然生态系统中的所有有机物质。NOM是由多种有机化合物的那些主要由植物和动物的残基有助于异味和臭味[分解衍生形成2，3 ]。特别是垃圾填埋场渗滤液中的NOM 包括挥发性脂肪酸和难降解的腐殖质和富里酸类化合物，具体取决于垃圾填埋场的降解阶段[ 3]]。为了测量合成条件下的NOM，一些碳水化合物，含水金属氧化物被用作标准物，以获得分析信号，以便在实验室样品中跟踪NOM浓度[ 2 ]。NOM在土壤和水中产生的主要风险是氧气全部或部分减少，因此水生生物和好氧过程对营养物质的限制[ 4 ]。因此，NOM是浸出液中的主要污染物质之一。

在墨西哥，每年只有39％的30吨城市固体废物（MSW）被弃置于垃圾填埋场[ 5 ]。在San Mateo Mexicaltzingo，这是一个位于墨西哥中部的代表性城镇，由于其商业活动，有一个MSW处置场地，超出了墨西哥标准和环境法规[ 6 - 8 ]。最初，沙矿在过去的20年里一直被用作最终处置场，并且仍在运营中。该网站包括8705米2，其中约5600米2都在使用。在现场处置的材料包括猪肉残渣和一些其他动物衍生物，由于垃圾填埋的年龄，导致NOM含量高，主要由腐殖质类物质组成[ 3]]。

许多研究都集中在通过不同方法去除NOM，如离子交换，膜过滤，凝固和几种材料的吸附[ 3 ]。通常，活性碳被用作水通用吸附剂和处理过的废水与重金属，酚类，着色剂和有机物质[ 1，9 ]。使用活性炭去除有机物质的一个缺点是NOM的分子大小，但是它的一个很大的优点是成本低，可用且环境友好[ 4 ]。在这项工作中，我们建议使用去离子水设备中的半废弃活性炭（AC）来减少天然和合成渗滤液中的 NOM样本。去离子水设备中的AC每6个月更换一次，在没有其他用途后，因此重要的是通过在这些设备的使用寿命结束后测试新用途来重新评估该残留物。

地层曲线表明Mexicaltzingo土壤为沙[ 10 ]如此NOM可以通过土壤进入潜水区，其中被提取饮用水渗出，成为地下水的危险[ 4，11]。不幸的是，在墨西哥，有许多地方没有任何污染控制，没有采取任何实际措施来减少产生的污染[ 8 ]。

渗透性反应屏障（PRB）已成功用于处理各种污染物[ 12 ]。PRB包括在土壤周围形成长沟槽并用活性材料填充它们，它们对人体无毒并且能够吸附地下水中存在的危险化合物，并且该系统可以用于任何类型的土壤。对于PRB的主要限制是它们缓慢，这是因为它们依赖于天然地下水流动和是难以构造[ 13，14 ]。

使用色谱柱的实验室分析是通过使用PRB来确定污染物控制的最佳操作条件的一个有趣选择[ 15 ]，其中这些分析的结果将允许在Mexicaltzingo镇的垃圾填埋场设计PRB。

近年来，研究已经证明参与了有机物污染含水层恢复的巨大的技术问题，而这也导致了新的发展增加兴趣控制，并通过广泛的污染物[的污染防治15 - 17 ]。对于因泄漏或非法倾倒等而暴露于污染源的区域尤其如此。

这项工作的目的是研究的有机物通过实验室列使用与来自Mexicaltzingo填埋[砂壤土插填充活性炭的混合物的减少18 - 20 ]。此外，提出可持续性处理，首先，使用来自水处理装置的半洗涤活性炭，其次，在柱中测试Mexicaltzingo镇垃圾填埋场中NOM的减少。

材料和方法

土壤和渗滤液取样

Mexicaltzingo的地层剖面在之前的研究中确定[ 10 ]; 该配置文件中的一些数据如表1所示。该剖面显示，在60米深处，主要土壤为沙质，在3和12米处，粘土含量高于样品的其余部分。因此，对于这项研究，在3和12米深处收集了两种类型的土壤样品（60克）。收集的土壤样品经空气干燥。根据美国农业部（USDA）描述的纹理类别，这个垃圾填埋场有两种土壤：第一种位于3米深处的土壤是肥沃的沙子，第二种深度为12米。沙。

表1：天然土壤的特征[10]。

从60米深的压力井中取出渗滤液样品（LS）。将样品收集在聚乙烯瓶中，并在收集后24小时内用于实验去除测试，并且用浓H 2 SO 4保存用于COD的样品。每个样本收集的体积为2升，在雨季采集，因为水中污染物的流动性高于旱季。

渗滤液样品

COD，BOD，亚硝酸盐和硝酸盐溶液：

制备1L浸出液实验室样品（LLS）并与几种标准溶液混合; 500毫升1000毫克/升COD，100毫升198毫克/升BOD，150毫升250毫克/升亚硝酸盐（N-NO 2）和250毫升100毫克/升硝酸盐（N-NO 3））。每种溶液的制备如下：

1.COD溶液：将0.851g C 8 H 5 KO 4（Mallinckrodt 100％，标准初级）溶解在1L H 2 O中。

2. BOD溶液：对于稀释水，必须制备含有8.5g KH 2 PO 4（Mallinckrodt，99.2％），21.75g K 2 HPO 4（Mallinckrodt，99.8％），33.4g Na 2的缓冲液。HPO 4（贝克JT，98.1％），1.7克NH的4氯（贝克JT，99.6％），所有这些都溶解于1L蒸馏水的2 O.

3.分别制备1L下列溶液：27.5g CaCl 2（蒙特雷，96％），0.25g FeCl 3 ·6H 2 O（Fermont，97.9％）和22.5g MgSO 4 ·7H 2O（Baker） JT，101.1％）。取1ml各溶液，制备1L稀释水。

4.将一粒多晶NX（Interlab）胶囊溶于500ml H 2 O（接种物溶液），0.0750g C 6 H 12 O 6（Fluka，99.5％）和0.0750g C 5 H 9 NO 4（将Fluka 99.5％溶于500ml H 2 O（GGA溶液）中。

5.对于BOD标准品，将20ml葡萄糖 - 谷氨酸（GGA）溶液和16.7ml接种物溶液混合并用稀释水填充至1L。

6.亚硝酸盐溶液：1.2320克纳米2（Fermont，99.6％）溶解在1升蒸馏水的2 O.

7.硝酸盐溶液：0.7218克KNO的3（Fermont，99.9％）溶解在1升蒸馏水的2 O.

柱的制备和浸出试验：对于实验柱，仅使用AC。这种碳来自水处理系统，产生1型水（电导率<0.06μS/ cm）[ 21 ]。从设备中回收活性炭，在室温下干燥，研磨并用50目（0.297mm AC颗粒）筛分。玻璃柱的尺寸为1.8cm×30cm（内径×长度）。

制备第一柱，填充50g从填埋场取出的天然土壤（3或12m深），并在柱顶部放置10g活性炭（柱A）。使用50g天然土壤（12m深）和10g活性炭（B柱）的均匀混合物制备第二柱。

两个柱都用水过饱和，并允许多余的水自由排出24小时，因此湿度条件相当于田间容量[ 15 ]。在此条件下，柱的自然流动为0.2ml / min。

对于浸出实验，实验室和天然浸出液样品分开使用。向每个柱（A或B）中加入100ml每种样品（LS或LLS）的体积。1.5小时后，连续收集一部分浸出溶液（18ml）并进行有机物分析（亚硝酸盐，硝酸盐，COD和BOD）。柱操作的总时间为8小时。

COD测定：COD测定的程序由NMX-AA-030-SCFI-2001 [ 22 ]描述。通过加入1.5ml消化溶液A [K 2 Cr 2 O 7（Mallinckrodt，99％）溶液4.17×10 -3 mol / L y HgSO 4（Mallinckrodt）]，2.0ml浸出液样品（LS）制备密封管。或LLS）和3.5ml银酸溶液[7.50g Ag 2 SO 4（JT Baker，99.4％）在500ml H 2 SO 4（Meyer，98％）] 中的溶液。在适当混合之后，可以通过将密封管放置在设置在150℃的HACH消化器中2小时来开始化学消化。消化和冷却后，K2的Cr 2 ö 7仍然包含在管滴定与SAF溶液0.025当量/ L的[Fe（NH 4）2（SO 4）•6H 2 O，贝克，100.75％]使用K之前标准化2的Cr 2 ö 7标准（Aldrich，99.99％）重铬酸钾0.025 eq / L.

BOD测定：BOD测定的程序由NMX-AA-028-SCFI-2001描述[ 22 ]。温克勒瓶与渗滤液样品（LS或LLS）的等分试样制备和填充有氧气饱和的水，预先用含有8.5克KH的特定溶液制备2 PO 4，21.75克de K制作2 HPO 4，33.4克德NaHPO 4 •7H 2 O，22.5 MgSO 4 •7H 2O，0.25 g FeCl 3 •6H 2 O，27.5 g CaCl 2在1.0L溶剂中并播出。通过溶解氧的校准仪YSI 5100测量初始溶解氧，然后关闭温克勒瓶并在Memmert IPS749培养箱中在20℃温育5天。在第5天结束时，可以以相同的方式测量溶解的最终氧气。

亚硝酸盐和硝酸盐测定：亚硝酸盐通过NMX-079-SCFI-1987测定[ 22 ]如下; 首先，使用0至0.25mg / L（0至3.6×10 -4 mol / L）的NaNO 2制备标准曲线。然后将10毫升没有浑浊的浸出液样品（LS或LLS）放入不同的试管中，每管加入1.0毫升磺胺，并在1.0毫升NEDA溶液[C 16 H 7 NHCH 2 CH 2]后静置8分钟。加入NH 2 n•2HCl，Mallinckrodt，98％]。60分钟后，在Thermo Evolution阵列设备中读取543nm的吸光度[ 21]。通过离子电极选择性Thermo Scientific Orion，使用由0.5至5mg / L的KNO 3溶液制备的校准曲线，然后遵循使用电极方法的常规程序测定硝酸盐。

结果与讨论

在雨季采取了测压井的浸出样品。该井用于确定2.1节中描述的地层剖面; COD，BOD，亚硝酸盐和硝酸盐的结果如表2所示。获得的确定参数值对应于10至20岁之间的中龄垃圾填埋场[ 23 ]，因为参考结果与墨西哥标准限值进行了比较。观察到COD和BOD的量很高; 因此，渗滤液可能有助于环境中NOM的增加。这些结果是由于垃圾填埋场中沉积的城市固体废物（MSW）随着时间的推移而降解，导致场地中有机物污染的重要来源。

表2：从Mexicaltzingo的测压井中取出的浸出样品。

MSW用于四分法[ 24 ] 的表征研究如表3所示。这种表征是为了识别在生产LS的垃圾填埋场中沉积的废物。在这项工作中测试和分离的样品取自1天收集的MSW，存放在垃圾填埋场; 发现的主要残留物是内脏和羽毛（47.2％）。总的来说，有机废物相当于75％的家庭废物流。丢弃的塑料，纸张，尿布，玻璃和其他代表25％的MSW和其他废物，如纺织品，木材，铝等，也被发现但比例较小。MSW中发现的高含量有机物质，后来被置于Mexicaltzingo的垃圾填埋场，根据渗滤液特性确定的垃圾填埋年龄，降解并产生渗滤液20年，因此，大量的这些残留物将增加渗滤液的体积，从而导致含水层，土地和植物被污染的可能性较高，因为在现场产生了NOM; [ 25]]。根据这一结果，MSW在该站点为NOM做出了20年的贡献，并且NOM检测到的数量与垃圾填埋年龄一致，因为其他典型的感官特性如颜色，味道和气味也被确定[ 17 ]。

表3： Mexicaltzingo镇产生的城市固体废物的数量和组成。

图1显示了模拟填充柱的COD结果，它显示了在12米深处采集的土壤样品的COD浓度：a）实验室渗滤液样品（LLS）和c）来自填埋场的渗滤液样品（LS）和采集的土壤样品深度为3米，用于b）LLS和d）LS。在所有情况下，它可以理解所有土壤样品的相同行为，在最初的60分钟内快速去除COD，然后是半稳定量的COD，直到达到350分钟。对于渗滤液实验室样品，在3米深的土壤中，COD在最初的60分钟内从3485 mg / L降至115 mg / L，相当于初始COD浓度降低了96％。对于在12米深处提取的渗滤液样品，它从1718毫克/升降至912毫克/升，仅去除了原始COD浓度的53％。

测试浸出样品（LS）的特征是COD浓度对应于实验室制备的渗滤液（LLS）的一半。来自测压井的样品还有其他化学化合物，如悬浮和总固体，碳酸盐，脂肪酸和耐火化合物作为腐殖酸，其存在与垃圾填埋场的年龄一致，可以在同一列中去除。虽然准备好的实验室渗滤液样品只提供碳水化合物，含水金属和模拟NOM的其他物质。这些解释了LLS中的COD去除率高于LS; LLS样品具有较高的有机物含量，并且在所有其他化合物之间没有竞争，如LS中存在的碳酸盐[ 26 ]。

此外，在填充柱中，可以观察到与pH值相关的额外效果; 当实验室渗滤液样品通过填充柱时，pH值从4.77变为6.1，而LS的pH值从7.02变为8.02单位。在两种情况下，pH增加是由于有机物质分解，并且它与微生物作用有关，因为填充柱暴露于光。

对于a）实验室渗滤液样品（LLS）采取的土壤样品获得的BOD结果和来自填埋场的渗滤液样品（LS）以及b）LLS和d）LS在3米深处采集的BOD结果图2。对于LS，在60分钟后，观察到初始BOD浓度在12米深处减少50％，而在3米深处，可以去除80％的初始BOD浓度。这表明，与土壤深度相关的BOD去除没有实际效果，较深的土壤不能保证NOM去除的增加。在实验室渗滤液样品中，可以观察到相同的行为，这证实了土壤深度没有影响; 3米土壤（94％）的去除率高于12米土壤（60％）。对于较长的时间，长达350分钟，LS和LLS都观察到不同的行为; 此时12米土壤中BOD的去除减少，而其余样品在270分钟达到平衡。

NOM的羧酸和酚类化合物具有高分子量，高度芳香性，并且有时与水或吸附剂材料中存在的其他物质形成络合物。当活性炭用于减少水样中的NOM时，这个因素很常见，在这种情况下，它解释了土壤活性炭填充柱中BOD的吸附减少[ 17]]。然而，每列中的NOM去除表明，从Mexicaltzingo垃圾填埋场采集的土壤就像一个天然的渗透屏障，对抗有机物污染，表现为COD和BOD。通过添加活性炭作为载体来改善这种效果，其仅占填充柱所用土壤的额外重量的20％。在用于COD和BOD去除的测试填充柱中，砂土（3m）或砂质粘土（12m）未达到饱和点。最后一种类型的土壤具有较低的交换能力，对去除过程没有影响，这证实了当使用不同的土壤深度样本时，NOM去除没有真正的影响。

表4显示了LS和LLS填充柱中亚硝酸盐和硝酸盐的结果。该结果表明，在所有柱中，亚硝酸盐和硝酸盐最好在LS中除去。例如，A列中的亚硝酸盐将LLS的初始浓度从53.4 mg / L改为30.8 mg / L; 去除43％的初始浓度，而对于LS，浓度从2.7 mg / L变为0.98 mg / L; 这是亚硝酸盐去除率的64％。在两个柱中观察到类似的硝酸盐行为。对于LS，B柱去除了68％的初始浓度（IC），从49.1降低到15.3 mg / L，而在A栏中，浓度降低到15.3 mg / L，这意味着75％的去除率。

表4：实验室中的亚硝酸盐和硝酸盐以及在四种类型的柱中移除浸出样品60分钟。

亚硝酸盐和硝酸盐的去除受到存在的NOM量的影响[ 27 ]，因此同时去除BOD和COD会减少亚硝酸盐和硝酸盐的消除。两者的初始浓度不影响填充柱的去除能力。

最后，制备最后填充的柱，混合在12m处提取的土壤和活性炭（柱B），4个测量参数的结果显示在图3中的LS。LS中COD，BOD，亚硝酸盐和硝酸盐的去除率在B栏中比在A栏中更好。对于COD，去除率达到初始浓度的93％; 这表示在B列中除去了大约1150mg / L，而A列除去了850mg / L. 对于B栏，接触时间增加，因为通过填充柱的流速比A列慢。对于BOD，去除百分比为85％，与A列获得的相似，而对于硝酸盐，去除率达到99％。

图3显示了混合土壤-AC填充柱的结果。据观察，NOM去除比AC作为上支撑的填充柱更有效。尽管吸附时间较长，但填充柱中混合土壤中的NOM去除率超过90％。这种增加的时间是由于NOM的高分子量，其减缓了流动，混合柱存在不同尺寸的颗粒。然而，这种时间的增加使得NOM与土壤表面和AC的接触时间更长，从而导致更高的去除率。比较A列和B列中NOM的去除效率，对于几乎所有参数，B列中的去除率更高; 非常接近100％。B列中的高NOM去除表明NOM可能吸附在土壤表面和活性炭中。28 ]。另一种可能的机制是氢键，这是由于NOM中亲水性官能团的组合，如NOM中存在的羧基[ 4 ]。填充柱A和B在短时间间隔内对4个测量参数显示相同的行为。观察到快速移除并且在480分钟达到平衡。以NOM表示的污染物的去除是由于每个柱中存在活性炭。

考虑到提取的土壤去除的NOM含量取决于其化学化合物的结构性质（大小，键等）和提出的实验条件，有必要考虑在柱中使用的材料类型（无论是作为支持还是与土壤混合）和适当数量的这些材料，以便为污染控制投射出有效的渗透性反应性土壤屏障。

结论

用沙土，沙质粘土和用过的NOM去除的活性炭填充柱表示为COD，BOD，亚硝酸盐，硝酸盐，表明在短时间内（60分钟），可以实现高达60％的去除率，用于天然和实验室制备的渗滤液。NOM的去除不受土壤类型的影响，但受柱填料类型的影响; 是土壤-AC之间最好的混合物。测试的柱子显示，80％土壤和20％AC的混合物足以产生可渗透的反应性屏障，控制不受限制的垃圾填埋场的有机污染。这些结果表明，可以将用过的活性炭用于在填埋场产生的渗滤液中进行NOM处理，并在将来的实施中作为渗透性屏障。

致谢

这项工作由COMECYT（墨西哥国家科学技术委员会）在墨西哥州资助; 项目FECYT-2009-CO2-O1。

(责任编辑：活性炭网) 织梦二维码生成器