應用于垃圾滲濾液預處理工藝的研究★

張曉東 李 樂 趙 磊 沈麗娜 陸 曦 朱四琛 孫永軍

(1.山西華仕低碳技術研究院有限公司，山西 太原 030000；2.南京工大環(huán)境科技有限公司，江蘇 南京 210009； 3.南京工業(yè)大學城市建設學院，江蘇 南京 211800)

0 引言

垃圾滲濾液是垃圾在長期穩(wěn)定化過程中形成的一種高濃度有機廢水,若不加以收集治理，將對環(huán)境造成巨大危害，甚至通過食物鏈和生態(tài)環(huán)境影響人體健康[1]。垃圾滲濾液中有機物含量高，可生化性差，往往需要在生化處理系統(tǒng)前端進行預處理以提高其可生物降解能力[2]。

針對垃圾滲濾液的水質特點，本文選用混凝沉淀、Fenton氧化以及蒸發(fā)作為垃圾滲濾液的預處理方法，通過試驗，對比了各工藝對垃圾滲濾液的處理效果，并研究了各工藝的最佳運行條件。

1 實驗材料與方法

1.1 水樣

試驗用水取自江蘇某灰渣填埋場調節(jié)池，水質指標如表1所示。

表1 原水水質

1.2 材料與試劑

FeSO4·7H2O,H2O2,NaOH,H2SO4均為分析純。PAFC和PAM為市售產品，來自南京生健泉化玻儀器有限公司。

1.3 水質分析方法與儀器

COD：快速消解法，HACH-DRB200消解儀+HACH-DR1010測定儀(哈希(北京)公司)；

NH4-N+：納氏試劑分光光度法，UV-5000紫外分光光度計(上海元析儀器有限公司)。

1.4 試驗方法

1.4.1混凝沉淀試驗

絮凝劑為PAFC,PAM，混凝攪拌速度為210 r/min快轉2 min，70 r/min慢轉15 min，反應結束后靜沉15 min，取上清液分析相關水質指標。

1.4.2Fenton氧化試驗

芬頓試劑為FeSO4·7H2O,H2O2，反應4.0 h后靜沉30 min，取上清液分析相關水質指標。

1.4.3蒸餾試驗

于蒸餾燒瓶內進行蒸發(fā)結晶，反應結束后測定冷凝液的相關水質指標。

2 試驗結果分析

2.1 混凝沉淀法預處理垃圾滲濾液

2.1.1PAFC投加量

控制反應pH值為9.0，按投加量為10 mg/L,20 mg/L,30 mg/L,40 mg/L,50 mg/L,60 mg/L向溶液中投加PAFC。

由圖1可知，PAFC作為混凝劑時對垃圾滲濾液中COD，NH4-N+的去除效果明顯，去除率呈現先增加后下降的趨勢。最佳PAFC投加量為30 mg/L，此時COD，NH4-N+的去除率分別為31.41%,32.40%。反應初期，混凝形成的束狀結構絮凝體隨著投加量的增加不斷增大，沉降性能明顯提高。而繼續(xù)增加投加量，COD，NH4-N+的去除率快速下降，結構松散的絮凝體分散在溶液中，不利于沉降，這是由于過量的PAFC會引起絮凝體發(fā)生分散再穩(wěn)定[3]。

2.1.2PAFC+PAM聯用投加量

控制反應在最佳條件下進行，混凝結束后按投加量為1 mg/L,2 mg/L,3 mg/L,4 mg/L,5 mg/L,6 mg/L向溶液中投加PAM。

如圖2所示，隨著PAM投加量的增加，強化混凝體系對COD，NH4-N+的去除效果先增強后減弱。最佳PAM投加量為4 mg/L，此時COD，NH4-N+的去除率分別為52.50%,47.53%。區(qū)別于單獨使用PAFC時，強化混凝體系中生成的絮狀團塊更加穩(wěn)定密實，同時絮凝和沉降速度明顯加快，這是因為PAM能夠利用其大分子線型結構體的特征，將分散于溶液中的松散絮凝體進行架橋吸附形成體積大、結構緊實的絮狀沉淀，加速沉降[4]。而繼續(xù)增加PAM投加量，過量的有機高分子絮凝劑會影響溶液中絮體或懸浮顆粒物表面的動電位，降低架橋吸附效果[3]。

2.2 混凝沉淀-Fenton氧化法預處理垃圾滲濾液

2.2.1H2O2投加量

以混凝沉淀后出水為實驗對象，控制反應pH值為3.0，按投加量為1‰,1.5‰,2.0‰,2.5‰,3.0‰投加H2O2，按質量比為Fe2+∶H2O2=1∶10投加Fe2+。

由圖3可知，隨著H2O2投加量的提高，COD，NH4-N+的去除效果呈現先增強后減弱的趨勢，且最佳H2O2投加量為1.5‰，此時COD，NH4-N+的去除率分別為63.08%，68.01%。分析原因是：反應初期隨著H2O2的不斷補充，Fenton反應體系生成·OH的速度進一步加快，從而有利于有機物被氧化降解[5]；而當反應達到一定平衡時，Fe2+已被消耗完全，此時繼續(xù)投加H2O2并不能增加·OH的產生量，且過量的H2O2將直接參與和·OH的反應，產生同有機物之間的競爭效應[6]。

2.2.2H2O2∶Fe2+質量比

以混凝沉淀后出水為實驗對象，控制反應pH值為3.0，按投加量為1.5‰投加H2O2，按質量比H2O2∶Fe2+分別為10∶1,10∶2,10∶3,10∶4,10∶5投加Fe2+。

從圖4可以看出，當反應體系中H2O2一定量時，隨著Fe2+投加量的增加，COD,NH4-N+的去除效果呈現先上升后下降的趨勢。最佳H2O2∶Fe2+質量比為10∶3，此時COD,NH4-N+的去除率分別為72.82%,73.95%。分析原因是：在H2O2一定量的情況下，反應體系中·OH的生成速率隨著Fe2+投加量的增加而增大，大量具有極高氧化還原電位的·OH將快速氧化降解廢水中有機物[7]；而隨著Fe2+投加量的進一步增大，芬頓氧化反應體系產生中間態(tài)活性基團·OH的能力達到飽和，過量的Fe2+將不斷消耗反應體系中的H2O2，從而降低去除效果[8,9]。

2.3 混凝沉淀-Fenton氧化—蒸發(fā)預處理垃圾滲濾液

圖5為不同組合工藝對垃圾滲濾液的處理效果圖，從圖5中可以看出，單獨使用混凝沉淀法時，COD,NH4-N+的去除率最低；單獨使用Fenton氧化法時，難降解有機物得到一定程度的去除，但對NH4-N+的去除效果不佳，僅為37.02%；單獨使用蒸發(fā)法時，COD，NH4-N+的去除效果均有大幅地提升，但廢水中殘留的COD，NH4-N+濃度仍較高，不利于后續(xù)生化系統(tǒng)的運行；當使用混凝沉淀+Fenton氧化組合工藝時，反應體系能夠顯著去除廢水中懸浮污染物質，提高廢水的可生化性，但出水中鹽含量較高，存在一定的微生物生長抑制作用；當使用混凝沉淀+Fenton氧化+蒸發(fā)組合工藝時，COD，NH4-N+的去除率分別達到91.22%,86.73%，出水中COD,NH4-N+的殘留濃度僅為137 mg/L,17.12 mg/L，在大幅降低廢水中含鹽量的同時提高了可生化性。

3 結語

1)混凝沉淀法預處理垃圾滲濾液，在pH=9.0時，PAFC最佳投加量為30 mg/L，PAM最佳投加量為4 mg/L，此時COD,NH4-N+的去除率達到最佳，分別為52.50%,47.53%；

2)Fenton氧化法處理混凝沉淀后出水，在pH=3.0時，H2O2最佳投加量為1.5‰，H2O2∶Fe2+最佳質量比為10∶3，此時COD,NH4-N+的去除率達到最佳，分別為72.82%，73.95%，較單獨使用Fenton氧化法預處理垃圾滲濾液時，COD,NH4-N+的去除率分別提高了13.85%,36.92%；

3)混凝沉淀+芬頓氧化+蒸發(fā)組合工藝預處理垃圾滲濾液時，在最佳工藝條件下，COD,NH4-N+的去除率分別達到91.22%,86.73%，能夠有效降低生物毒性、提高可生化性，明顯優(yōu)于單獨使用混凝沉淀法或Fenton氧化法。