焚燒發(fā)電垃圾滲濾液處理過(guò)程中DOM的熒光光譜分析

黃健 ，孫威威 ，黃智 ，王斌 ，王志華 ，張華 ，張勇 ，謝能勇

(1.安徽建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院，安徽 合肥 230601；2.中節(jié)能(合肥)可再生能源有限公司，安徽 合肥230601；3.水污染控制與廢水資源化安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230601)

0 引言

焚燒發(fā)電垃圾滲濾液主要由垃圾自身水分及在料坑發(fā)酵水分所組成，由于我國(guó)城市生活垃圾熱值低于發(fā)達(dá)國(guó)家，通常在焚燒前會(huì)在儲(chǔ)存?zhèn)}中儲(chǔ)存3～7天，在此期間會(huì)產(chǎn)生大量垃圾滲濾液[1-4]。焚燒廠發(fā)電垃圾滲濾液富含有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物，其中有機(jī)污染物主要為溶解性有機(jī)物(DOM)[5-8]。垃圾滲濾液中DOM成分復(fù)雜且可為微生物代謝提供碳源。DOM與污水中污染物遷移轉(zhuǎn)化具有密切關(guān)系，因此，研究垃圾滲濾液處理過(guò)程中各工藝出水DOM組成及含量變化特征對(duì)了解垃圾滲濾液處理中污染物變化特征有重要意義[9]。三維熒光光譜法(EEMs)與傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)相比具有操作簡(jiǎn)單快捷、不需投加化學(xué)試劑且靈敏度較高等優(yōu)點(diǎn)[10-11]，在飲用水、生活污水、自然水體和工業(yè)廢水的DOM研究中被廣泛使用[12-15]。

利用三維熒光強(qiáng)度與污染物指標(biāo)建立相關(guān)關(guān)系可以快速檢測(cè)污染物指標(biāo)[16-17]。但目前關(guān)于焚燒發(fā)電垃圾滲濾液處理過(guò)程中DOM的三維熒光光譜學(xué)特征的研究較少。因此，該研究利用三維熒光光譜技術(shù)分析焚燒發(fā)電垃圾滲濾液處理過(guò)程中DOM的光譜特征及DOM變化，并根據(jù)熒光強(qiáng)度變化建立DOM熒光強(qiáng)度和COD濃度之間的關(guān)系，為焚燒發(fā)電垃圾滲濾液生物處理過(guò)程中DOM轉(zhuǎn)化特征及COD濃度的快速監(jiān)測(cè)提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 處理工藝流程和樣品采集

該焚燒發(fā)電廠的垃圾滲濾液經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)池后進(jìn)入U(xiǎn)ASB反應(yīng)器-反硝化池-硝化池-超濾-納濾工藝，工藝流程圖如圖1所示。調(diào)節(jié)池水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果如下：COD為58018.0 mg/L，總氮為2119.0 mg/L，氨氮為1918.0 mg/L?，F(xiàn)場(chǎng)構(gòu)筑物中取樣點(diǎn)如圖1所示：1-調(diào)節(jié)池出水；2-UASB出水；3-反硝化出水；4-硝化出水；5-超濾出水；6-總出水。采集的水樣進(jìn)行低溫保存后帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)分析，水樣經(jīng)過(guò)0.45μm濾膜過(guò)濾后進(jìn)行三維熒光光譜分析。

1.2 主要儀器和方法

氨氮檢測(cè)采用納氏試劑分光光度法，COD檢測(cè)使用重鉻酸鉀法，總氮檢測(cè)用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法。三維熒光光譜分析采用日立F-7000型熒光光度計(jì)，測(cè)定條件：電壓為700 V，激發(fā)波長(zhǎng)(λEx)200～450 nm，步長(zhǎng) 5 nm，發(fā)射波長(zhǎng)(λEm)250～550 nm，步長(zhǎng)5 nm；狹縫寬度5 nm；掃描速度2400 nm/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 運(yùn)行結(jié)果與分析

圖1 垃圾滲濾液處理工藝圖及取樣點(diǎn)

圖2 各取樣點(diǎn)COD、氨氮和總氮濃度變化

垃圾滲濾液處理工藝各取樣點(diǎn)的理化指標(biāo)濃度如圖2所示。由圖2可知，COD、總氮和氨氮在整套工藝流程中呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。其中，COD進(jìn)水濃度為58018 mg/L，經(jīng)各構(gòu)筑物處理后出水濃度為323 mg/L，去除率為99.4%；總氮濃度由進(jìn)水2119 mg/L降為22.2 mg/L，去除率為98.9%；氨氮濃度由進(jìn)水1918 mg/L降為1.9 mg/L，去除率為99.9%。出水達(dá)到GB8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 DOM三維熒光譜分析

焚燒發(fā)電廠垃圾滲濾液處理過(guò)程中各構(gòu)筑物三維熒光光譜如圖3所示，熒光強(qiáng)度變化如圖4所示。根據(jù)文獻(xiàn)中分類方法[18-19]，圖中共出現(xiàn)4種DOM的特征熒光峰，即高激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸峰(峰A)、低激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸峰(峰B)、可見(jiàn)光區(qū)富里酸峰(峰C)、紫外光區(qū)富里酸峰(峰D)。其特征熒光峰中心位置分別在 A(λEx/λEm=280/320 nm)、B(λEx/λEm=225/330 nm)、C(λEx/λEm=330/415 nm)、D(λEx/λEm=245/435 nm)附近。

由圖3和圖4可知，在原水中，高激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸峰(峰A)和低激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸峰(峰B)的熒光強(qiáng)度較強(qiáng)，可見(jiàn)光區(qū)富里酸峰(峰C)和紫外光區(qū)富里酸峰(峰D)的熒光強(qiáng)度不明顯，由不同種類DOM的特征熒光峰熒光強(qiáng)度的強(qiáng)弱可知原水中DOM主要成分為高激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸和低激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸[9]。原水經(jīng)過(guò)一系列構(gòu)筑物處理后，各DOM的熒光強(qiáng)度明顯下降。

圖3 各構(gòu)筑物水樣稀釋100倍的三維熒光圖

UASB工藝對(duì)熒光峰強(qiáng)度的削弱存在很大差異。由圖3可知，經(jīng)過(guò)UASB生物處理后出水，滲濾液中高激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸峰(峰A)與低激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸峰(峰B)的熒光強(qiáng)度大幅下降。由圖4可知，高激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸峰熒光強(qiáng)度由4325降至649.2，降低幅度達(dá)84.9%；低激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸峰熒光強(qiáng)度由3941降至1037，降低幅度達(dá)73.7%；可見(jiàn)光區(qū)富里酸峰(峰C)和紫外光區(qū)富里酸峰(峰D)的熒光強(qiáng)度相對(duì)降幅較小，分別降低了46.7%和34.6%；熒光峰的削弱與產(chǎn)生熒光峰的物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，在UASB工藝處理滲濾液中熒光峰A、B、C、D削減效果為：A＞B＞C＞D，由此可見(jiàn)，垃圾滲濾液DOM中高激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸與低激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸較可見(jiàn)光區(qū)富里酸和紫外光區(qū)富里酸更易降解[20-21]。

由圖3可知，經(jīng)過(guò)反硝化罐處理，峰A和峰B有小幅度削減，峰C和峰D有小幅度增強(qiáng)，這是因?yàn)樵趨捬鯒l件下UASB出水中的難生物降解有機(jī)物被進(jìn)一步降解轉(zhuǎn)化成可見(jiàn)光區(qū)富里酸和紫外光區(qū)富里酸，而高激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸、低激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸等在反硝化階段進(jìn)一步被降解；經(jīng)過(guò)硝化出水，峰A、B、C、D小幅度減弱。在超濾和出水的時(shí)候峰A、B、C、D的熒光強(qiáng)度進(jìn)一步被削減。由圖4可知，最終處理出水DOM中高激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸熒光強(qiáng)度最高為316.6，低激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸熒光強(qiáng)度最低為186.5。

圖4 各構(gòu)筑物水樣DOM熒光強(qiáng)度變化

2.3 熒光強(qiáng)度與COD的關(guān)系

通過(guò)觀察圖2和圖4發(fā)現(xiàn)COD濃度和高激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸、低激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸和可見(jiàn)光區(qū)富里酸的熒光強(qiáng)度具有類似的變化趨勢(shì)，分別將COD濃度與高激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸、低激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸可見(jiàn)光區(qū)富里酸的熒光強(qiáng)度建立相關(guān)關(guān)系，結(jié)果如圖5所示。

圖5 熒光強(qiáng)度與COD濃度的線性關(guān)系

由圖5可以看出，3種熒光類DOM(高激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸、低激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸和可見(jiàn)光區(qū)富里酸)的熒光強(qiáng)度與COD濃度呈現(xiàn)出明顯的正相關(guān)關(guān)系。高激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸、低激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸和可見(jiàn)光區(qū)富里酸的熒光強(qiáng)度與COD濃度的線性相關(guān)系數(shù)(R2)分別為0.9985、0.9647和0.8082，3種物質(zhì)熒光強(qiáng)度與COD濃度呈現(xiàn)較好的線性關(guān)系，可通過(guò)高激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸、低激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸和可見(jiàn)光區(qū)富里酸的熒光強(qiáng)度反映焚燒發(fā)電廠的垃圾滲濾液COD的濃度，因此，利用三維熒光技術(shù)可以快速檢測(cè)焚燒發(fā)電廠垃圾滲濾液處理過(guò)程中COD的濃度。

3 結(jié)論

(1)采用UASB反應(yīng)器-反硝化池-硝化池-超濾-納濾工藝處理焚燒發(fā)電廠的垃圾滲濾液，COD由58018 mg/L降至323 mg/L，去除率為99.4%；總氮和氨氮去除率分別為98.9%和99.9%。該工藝對(duì)焚燒廠垃圾滲濾液中COD、總氮、氨氮有較好的去除效果。

(2)三維熒光光譜分析表明，焚燒廠垃圾滲濾液中存在4種DOM的特征熒光峰分別為高激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸峰(峰A)、低激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸峰(峰B)、可見(jiàn)光區(qū)富里酸峰(峰C)和紫外光區(qū)富里酸峰(峰D)；原水中DOM主要為高激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸、低激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸其熒光強(qiáng)度分別為4325和3872。經(jīng)過(guò)處理后，4種物質(zhì)的熒光強(qiáng)度均不同程度降低，出水DOM中高激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸熒光強(qiáng)度最高為316.6，低激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸熒光強(qiáng)度最低為186.5。

(3)COD濃度與高激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸、低激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸和可見(jiàn)光區(qū)富里酸的熒光強(qiáng)度具有良好的線性關(guān)系，與COD線性相關(guān)系數(shù)(R2)分別為0.9985、0.9647和0.8082，因此，可利用三維熒光技術(shù)對(duì)高激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸、低激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸和可見(jiàn)光區(qū)富里酸熒光強(qiáng)度進(jìn)行表征，實(shí)現(xiàn)對(duì)垃圾焚燒廠垃圾滲濾液中COD濃度的快速分析。