矿化垃圾反应床进出水腐殖质对汞的络合作用*

严光亮，阳小霜，牛 静

（1.上海老港废弃物处置有限公司，上海 201302；2.同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海 200092）

矿化垃圾反应床进出水腐殖质对汞的络合作用*

严光亮1，阳小霜2，牛 静2

（1.上海老港废弃物处置有限公司，上海 201302；2.同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海 200092）

通过检测不同填埋龄的渗沥液中重金属汞的浓度，研究了矿化垃圾反应床的进出水中腐殖质对汞的络合作用，讨论了矿化垃圾反应床对渗沥液中的腐殖质金属络合性质的影响。结果表明：渗沥液中汞的浓度与填埋年份之间无特定关联；矿化垃圾反应床进出水的腐殖质，包括胡敏酸和富里酸，对汞表现出不同的络合能力，且出水腐殖质的络合能力强于进水腐殖质的能力。渗沥液经矿化垃圾反应床处理后，其中重金属汞的迁移转化能力减弱，稳定性增强，对环境的潜在危害降低。

矿化垃圾反应床；渗沥液；腐殖质；汞；络合作用

矿化垃圾反应床工艺具有基建和运行费用低、操作维护方便、耐负荷冲击、使用寿命长等优点，在垃圾渗沥液的处理方面效果十分显著［1-3］。上海老港废弃物处置有限公司于2005年建设和运行了日处理400 t的矿化垃圾反应床，运行良好。渗沥液经矿化垃圾生物反应床处理后，COD和氨氮等的去除率可达90%～96%以上［1］。但出水中仍残留有部分腐殖质等难降解有机物。

垃圾渗沥液成分复杂，除有机污染物外，重金属污染也引起了广泛关注。同时，由于腐殖质与重金属之间的络合作用对于重金属的形态、生态毒性以及迁移转化规律有着重要的影响［4］，研究渗沥液中腐殖质与重金属的相互作用成为当前的热点。从微观角度探索渗沥液中腐殖质对重金属迁移变化的影响，能更好地评估渗沥液中的重金属污染问题。汞（Hg）是渗沥液中毒性较大和生物有效性较强的重金属之一，故此，本研究选取汞作为主要研究对象，研究矿化垃圾反应床进出水中腐殖质对其的络合作用。

1 实验方法

1.1 渗沥液中汞含量的测定

采用意大利Milestone公司生产的DMA-80测汞仪。

1.2 渗沥液中腐殖质的提取与纯化

本实验所用渗沥液为上海老港生活垃圾卫生填埋场（四期）新鲜渗沥液，分别为矿化垃圾生物反应床的进水与出水。腐殖质的提取参照国际腐殖酸协会（International Humic Substance Society，IHSS）的方法，步骤如下：①将渗沥液通过0.45μm滤膜；②调节pH在1～2的范围内；③使其通过XAD-8树脂柱；④用0.1 mol/L的NaOH冲洗树脂柱得到腐殖质溶液；⑤腐殖质溶液酸化至pH约为1后放置24 h，离心分离出胡敏酸（HA） 样品；⑥0.1 mol/L的NaOH加入HA样品中反复离心3次，将其放入透析袋中在超纯水环境中搅拌48 h，冷冻干燥处理；⑦将步骤⑤离心得到的上清液经过XAD-8树脂并反冲洗，反洗液通过AGMP-50阳离子交换树脂，即得到富里酸（FA）样品，冷冻干燥处理；⑧将HA和FA溶液样品冷冻干燥后得到粉末状固体即为渗沥液中的HA和FA。分别配置为10 mg/L的溶液，贮于4℃备用。

1.3 重金属与腐殖质相互作用实验仪器与方法

1.3.1 HA络合容量的计算方法

采用透析法计算HA络合容量［5］。其原理是Hg与HA形成络合物后分子量增大，将不能通过透析袋。因此，透析袋内溶液中的金属浓度代表Hg的自由金属离子，而透析袋外溶液中的Hg浓度则为总浓度，实验装置见图1。根据两者浓度作图，通过线性回归计算其络合容量。

1.3.2 FA络合容量的计算方法

采用荧光光谱法计算FA络合容量。其原理是Hg与腐殖质络合，可导致腐殖质的荧光猝灭现象。考察在不同pH条件下FA-Hg的荧光强度，作图并根据公式（1）经非线性回归得到络合容量（CL）和络合常数（K）的值［6］。其中CM为重金属的浓度，I为该浓度下的荧光强度，IML则为荧光强度的最小值。

荧光光谱分析使用了HITACHI公司F-4500型荧光分光光度计，每隔15 min增加1次Hg的浓度，并取样经过N2吹脱后扫描其在特定波长下的发射光谱。具体操作参数为：Hg的激发和发射波长分别为335、435 nm，狭缝宽度均采用10 nm。

2 结果与讨论

2.1 渗沥液中汞的浓度变化

通过检测1991—2003年以及2007年渗沥液中的汞含量（见图2），发现渗沥液中总汞的含量为2～10μg/kg，与填埋年份无明显关联。垃圾渗沥液中汞的含量是一般湖泊汞含量的数万倍，其潜在的环境危害不可忽视。

2.2 HA的络合容量实验

在pH=7的条件下，分别测定商品HA、矿化垃圾反应床进出水中HA的络合容量，实验结果见图3。

图3为各HA与［Hg］的络合实验结果，分别从第4、5和6点对商品HA、进水HA以及出水HA的曲线进行线性回归，得到各自的趋势线方程、R2及其与x轴的截距即为络合容量，见表1。

表1 HA-Hg线性回归结果及络合容量比较

由线性回归结果可知，进水HA对［Hg］的络合容量较低。这是因为渗沥液在经过矿化垃圾反应床的处理之后，在矿化垃圾吸附和降解作用下，部分络合能力较弱的HA被去除，而出水渗沥液中剩余的HA络合能力较强。

2.3 FA的络合容量实验

分别在pH=5、pH=6、pH=7的条件下，配制10 mg/L的FA溶液，并保持离子强度为0.1 mol/L的KNO3，考察进出水FA对［Hg］的络合作用，结果见图4、5。

根据2个系列实验的结果，对图4、5中的曲线按公式（1）进行非线性回归，即可求得络合容量（CL） 和络合常数（K） 的值，结果见表2。

表2 FA-Hg络合容量实验结果

结果表明，进水的FA与Hg的络合容量CL和络合常数K随着pH的增加而升高，说明渗沥液中的FA在偏碱性条件下更利于与Hg发生络合作用；而出水中FA与Hg的最大络合容量出现在pH=6条件下，说明渗沥液经矿化垃圾反应床处理后，其中FA的性质发生了一定程度的变化。

3 结束语

渗沥液经矿化垃圾反应床处理后，出水的腐殖质（HA和FA） 对Hg的络合能力强于进水的腐殖质的能力。即渗沥液经矿化垃圾反应床处理后，汞被更好地络合于渗沥液中的腐殖质，在环境中的迁移转化能力削弱，可有效降低渗沥液中汞对环境的潜在危害。经矿化垃圾反应床处理后，渗沥液中其他重金属，如铬、锌、铅和铜等，是否与腐殖质存在络合作用有待进一步研究。

［1］ Li H J，Zhao Y C，Shi L，et al.Three-stage Aged Refuse Biofilter for the Treatment of Landfill Leachate［J］.JEnviron Sci，2009，21 （1）：70-75.［2］ Li H J，Gu Y Y，Zhao Y C，et al.Leachate Treatment Using a Demonstration Aged Refuse Biofilter［J］.JEnviron Sci，2010，22 （7）：1116-1122.［3］ Zhao Y C，Li H，Wu J，et al.Treatment of Leachate by Aged-refusebased Biofilter［J］.JEnviron Eng，2002，128（7）：662-668.

［4］ Christl I，Milne C J，Kinniburgh D G，et al.Relating Ion Binding by Fulvic and Humic Acids to Chemical Composition and Molecular Size 2 Metal Binding［J］.Environ Sci Technol，2001，35 （12）：2512-2517.

［5］ Trultt R E，Weber J H.Determination of Complexing Capacity of Fulvic Acid for Copper（II）and Cadmium（II）by Dialysis Titration［J］.Anal Chem，1981，53（2）：337-342.

［6］ Cesar P，Gennaro B，Nicola S，et al.Molecular and Quantitative Analysis of Metal Ion Binding to Humic Acids from Sewage Sludge and Sludge-amended Soils by Fluorescence Spectroscopy［J］.Environ Sci Technol，2006，40 （3）：917-923.

Complexing Capacity of Humic Substance for Hg in Influent and Effluent of Aged-refuse-based Bioreactor

Yan Guangliang1,Yang Xiaoshuang2,Niu Jing2
（1.Shanghai Laogang Waste Treatment Co.,Ltd,Shanghai 201302;2.State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse,Tongji University,Shanghai 200092）

The concentrations of Hg in leachate with different landfilling ages were tested.The complexing capacity of humic substances for Hg in the influent and effluent of aged-refuse-based bioreactor（ABR） were researched.And the effect of ABR on the complexing capacity was discussed.The results showed that the concentrations of Hg had no correlative relationship with the landfilling times.The complexing capacities of humic acid and fulvic acid for Hg in the influent and effluent of ABR were different.And complexing capacity of humic substance for Hg in the effluents was stronger than that in the influent.The transferring and transforming behaviors of Hg were limited in the leachate by ABR,its stability was enhanced,and the risk of Hg in the leachate was reduced to environment.

aged-refuse-based bioreactor（ABR）；leachate；humic substance；mercury（Hg）；complexing capacity

X703

A

1005－8206（2012） 01－0031－03

上海市科学技术委员会科研计划项目（10DZ1200109）

2011-11-06

严光亮（1955—），高级工程师，主要从事固体废物处理与资源化利用。

（责任编辑：苏媛）