分子量和組成成分在滲濾液處理工藝中的變化

張新端

（山東三潤(rùn)環(huán)?？萍加邢薰?，山東濟(jì)南250100）

垃圾焚燒廠由于較高的污染物濃度，較高的BOD5/COD比，比較合適運(yùn)用生物工藝進(jìn)行處理。

目前分子量分布和組成成分的變化被廣大學(xué)者用來(lái)評(píng)價(jià)處理工藝的處理效果。有研究者[1]運(yùn)用分子量分布方法研究了混凝和電解前后滲濾液中的污染物的去除情況；韓云等[2]測(cè)試了滲濾液及處理出水的分子量分布，并據(jù)此對(duì)處理工藝單元的效率作出評(píng)價(jià)；郭勁松等[3]用分子量評(píng)價(jià)Fenton試劑對(duì)垃圾滲濾液的處理效果；曾曉嵐等[3]光譜分析法對(duì)滲濾液不同分子量分布區(qū)間進(jìn)行了分析。按照污染物分子量將滲濾液中的污染物劃分為若干分子量區(qū)間，針對(duì)各個(gè)分子量區(qū)間的具體特征，采取相應(yīng)的處理工藝。同時(shí)分析各工藝單元對(duì)滲濾液組成成分富里酸（FA）/腐殖酸（HA）和親水性有機(jī)質(zhì)（HyI）的去除效果，為尋找合適的焚燒廠滲濾液處理工藝提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)水質(zhì)

試驗(yàn)用水取自某垃圾焚燒發(fā)電廠。試驗(yàn)進(jìn)水水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)中處理工藝的進(jìn)水水質(zhì)

1.2 試驗(yàn)裝置

厭氧處理：試驗(yàn)中厭氧采用序批式厭氧反應(yīng)器（ASBR），運(yùn)行周期為24 h，包括進(jìn)水、攪拌、沉降和出水。污泥濃度為1.93 gMLSS/L。

好氧處理：采用序批式好氧反應(yīng)器（SBR），運(yùn)行周期為24 h，包括進(jìn)水、靜置、曝氣（好氧）、沉降和出水5個(gè)部分。污泥濃度為5.4 gMLSS/L，污泥負(fù)荷為1.7 kgCOD/（kgMLSS·d）。

混凝：HACH pH計(jì)，ZR-6六聯(lián)同步混凝攪拌器等。

分子量分布：上海原子核應(yīng)用物理研究所研制的SCM-300超濾杯和HM平板膜，截留分子量分別為100 k，50 k，10 k，4 k，2 k；0.45 μm玻璃纖維膜。

組分分離設(shè)備：蠕動(dòng)泵、玻璃過(guò)濾柱等。

1.3 測(cè)試內(nèi)容及測(cè)試方法

1.3.1 測(cè)試工藝單元出水

對(duì)各工藝單元出水測(cè)試COD，觀察總體的去除效果，其中COD的測(cè)試采用HACH法。

1.3.2 測(cè)試分子量分布

對(duì)系統(tǒng)進(jìn)水及各工藝單元的出水進(jìn)行分子量分布測(cè)試。采用逐級(jí)過(guò)濾的方式，將水樣先經(jīng)過(guò)0.45 μm玻璃纖維膜，然后依次經(jīng)過(guò)100 k，50 k，10 k，4 k和2 k的平板膜，各區(qū)間的濃度采用差值計(jì)算。測(cè)試各分子量區(qū)間的COD和UV254，其中UV254采用HACH DR/4000U spectrophotometer測(cè)試。

1.3.3 測(cè)試組成成分

按照相關(guān)文獻(xiàn)[5，6]提供的腐殖酸和富里酸的分離和凈化方法，對(duì)各水質(zhì)情況進(jìn)行分類和檢測(cè)，分離出的三類溶解性有機(jī)質(zhì)為：富里酸（fulvic acid，F(xiàn)A）、親水性（hydrophilic，HyI）和腐殖酸（humic acid，HA）部分。測(cè)試各工藝出水中組成成分中的COD濃度。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 工藝單元出水測(cè)試

垃圾滲濾液處理工藝的各工藝單元出水見(jiàn)表2。

表2 滲濾液的處理工藝單元出水濃度及處理效率

由表2可得，滲濾液處理工藝中，SBR起主要作用，其中COD去除效率約為96.6%，UV254的去除效率約為97.0%；厭氧對(duì)污染物的去除效果有限，其中COD去除效率約為13.8%，UV254去除效率約為5.4%。

2.2 處理工藝的分子量區(qū)間的COD變化

將滲濾液中的有機(jī)物劃分成＜2 k，4 k～2 k，10 k～4 k，50 k～10 k，100 k～50 k和＞100 k 6個(gè)區(qū)間，測(cè)試各區(qū)間的COD濃度，反映各工藝單元對(duì)不同分子量區(qū)間COD的去除效果。各分子量區(qū)間COD的變化見(jiàn)表3。

表3 滲濾液處理工藝單元各分子量區(qū)間COD的變化情況

2.2.1 對(duì)滲濾液進(jìn)水

（1）通過(guò)0.45 μm膜過(guò)濾時(shí)，原水中細(xì)菌、細(xì)小的顆粒態(tài)有機(jī)物等可被截留，占總COD的0.2%。（2）在0.45 μm～2 k的COD濃度為1 850 mg/L，約占總COD的17.2%，主要由蛋白質(zhì)、腐殖酸組成[8]。（3）＜2 k的分子量區(qū)間COD濃度為8 925 mg/L，占總COD的82.6%。新鮮滲濾液的大量可生物降解的物質(zhì)，主要為揮發(fā)性脂肪酸（VFA）和氨基酸。

2.2.2 厭氧工藝

由表2、表3知，厭氧處理對(duì)滲濾液COD降解貢獻(xiàn)不大。但是厭氧工段可以將大分子量的有機(jī)物向小分子量轉(zhuǎn)變[7]，使?jié)B濾液中VFA含量提高。＜2 k有機(jī)物濃度由8 925 mg/L提高到9 102 mg/L。

2.2.3 SBR工藝

由表2、表3知，SBR工藝對(duì)滲濾液中COD的去除效果非常顯著，去除效率可達(dá)96.6%。SBR工藝對(duì)各區(qū)間的有機(jī)物去除都較明顯，對(duì)＜2 k的有機(jī)物去除效果最好，去除率高達(dá)99%。這表明SBR生物處理工藝可有效去除小分子量有機(jī)物。主要由于好氧微生物大量利用VFA合成自身物質(zhì)或者進(jìn)行新陳代謝，使VFA濃度大為降低，從而使＜2 k小分子去除率比較高。

2.2.4 混凝工藝

混凝對(duì)具有較強(qiáng)憎水性的大分子量的有機(jī)物去除效果較好[4]，而混凝中形成的礬花通過(guò)礬花吸附和電中和將大分子量的有機(jī)物去除，共同沉降在污泥中外排去除。但是對(duì)小分子量物質(zhì)去除效果比較差。揮發(fā)性脂肪酸類有機(jī)物為滲濾液中的小分子量有機(jī)物[7]，此類物質(zhì)顆粒較小，混凝形成的礬花對(duì)其進(jìn)行吸附效果較差。

2.3 分子量區(qū)間的組成成分變化

將滲濾液中的溶解性有機(jī)質(zhì)分離成腐殖酸（HA）、富里酸（FA）和親水性有機(jī)質(zhì)（HyI）3部分。通過(guò)3類物質(zhì)在工藝單元的變化情況，為工藝選擇提合理供依據(jù)。各分子量區(qū)間組成成分變化見(jiàn)表4。

由表4知，進(jìn)水成分中以FA和HyI為主，分別占77.88%和21.77%。

滲濾液經(jīng)厭氧工藝處理，F(xiàn)A和HyI均有不同程度小幅度下降。這由于厭氧微生物將小分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化、合成為自身組成物質(zhì)或其他大分子有機(jī)物，這增大了COD。滲濾液中HA主要由芳香族化合物、羧基、羥基化合物和糖類[8-10]等大分子量物質(zhì)組成，因此厭氧出水中HA的含量有所上升。

表4 各工藝單元組成成分的變化

SBR工藝單元出水中HA，F(xiàn)A和HyI的去除率分別為84.17%，98.88%和91.00%，主要由于SBR工藝中活性污泥將可生物降解物質(zhì)進(jìn)行吸收，轉(zhuǎn)化為自身物質(zhì)或者進(jìn)行新陳代謝，從而降解污染物。

混凝工藝單元對(duì)HA和FA的去除較徹底。主要因?yàn)镠A和FA由大分子物質(zhì)組成，并且?guī)в恤人峄土u基等帶負(fù)電性官能團(tuán)[11]，混凝通過(guò)電性中和和吸附等作用對(duì)大分子物質(zhì)有較好去除效果。但是HyI主要由小分子量的有機(jī)物組成，小分子物質(zhì)多為親水性，并且呈現(xiàn)中性，所以混凝對(duì)小分子物質(zhì)的去除有限。

由表4知，HA總的去除效率達(dá)到88%；FA總的去除效率可以達(dá)到99.4%；HyI總的去除效率可以達(dá)到95.7%。上述處理工藝對(duì)滲濾液的組成成分有較好的去除效果，也說(shuō)明所選擇的處理工藝比較合理可行。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)分析分子量分布和組成成分對(duì)垃圾焚燒廠滲濾液的進(jìn)水—厭氧—SBR—混凝—出水的工藝進(jìn)行初設(shè)，結(jié)果顯示該工藝具有較好的處理效果。

（2）該工藝對(duì)各分子量區(qū)間的COD均有較好的處理效果，但出水＜2 k區(qū)間的COD絕對(duì)值然較高，要滿足較高排放要求，需要進(jìn)一步物化方式處理。

（3）該工藝對(duì)由大分子組成的HA和FA的去除效果較好，但是對(duì)由小分子組成的HyI的去除效果相對(duì)較差，需要進(jìn)一步找尋適合的處理方法。