应用于垃圾渗滤液预处理工艺的研究★

张晓东 李 乐 赵 磊 沈丽娜 陆 曦 朱四琛 孙永军

(1.山西华仕低碳技术研究院有限公司，山西 太原 030000；2.南京工大环境科技有限公司，江苏 南京 210009； 3.南京工业大学城市建设学院，江苏 南京 211800)

0 引言

垃圾渗滤液是垃圾在长期稳定化过程中形成的一种高浓度有机废水,若不加以收集治理，将对环境造成巨大危害，甚至通过食物链和生态环境影响人体健康[1]。垃圾渗滤液中有机物含量高，可生化性差，往往需要在生化处理系统前端进行预处理以提高其可生物降解能力[2]。

针对垃圾渗滤液的水质特点，本文选用混凝沉淀、Fenton氧化以及蒸发作为垃圾渗滤液的预处理方法，通过试验，对比了各工艺对垃圾渗滤液的处理效果，并研究了各工艺的最佳运行条件。

1 实验材料与方法

1.1 水样

试验用水取自江苏某灰渣填埋场调节池，水质指标如表1所示。

表1 原水水质

1.2 材料与试剂

FeSO4·7H2O,H2O2,NaOH,H2SO4均为分析纯。PAFC和PAM为市售产品，来自南京生健泉化玻仪器有限公司。

1.3 水质分析方法与仪器

COD：快速消解法，HACH-DRB200消解仪+HACH-DR1010测定仪(哈希(北京)公司)；

NH4-N+：纳氏试剂分光光度法，UV-5000紫外分光光度计(上海元析仪器有限公司)。

1.4 试验方法

1.4.1混凝沉淀试验

絮凝剂为PAFC,PAM，混凝搅拌速度为210 r/min快转2 min，70 r/min慢转15 min，反应结束后静沉15 min，取上清液分析相关水质指标。

1.4.2Fenton氧化试验

芬顿试剂为FeSO4·7H2O,H2O2，反应4.0 h后静沉30 min，取上清液分析相关水质指标。

1.4.3蒸馏试验

于蒸馏烧瓶内进行蒸发结晶，反应结束后测定冷凝液的相关水质指标。

2 试验结果分析

2.1 混凝沉淀法预处理垃圾渗滤液

2.1.1PAFC投加量

控制反应pH值为9.0，按投加量为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。

由图1可知，PAFC作为混凝剂时对垃圾渗滤液中COD，NH4-N+的去除效果明显，去除率呈现先增加后下降的趋势。最佳PAFC投加量为30 mg/L，此时COD，NH4-N+的去除率分别为31.41%,32.40%。反应初期，混凝形成的束状结构絮凝体随着投加量的增加不断增大，沉降性能明显提高。而继续增加投加量，COD，NH4-N+的去除率快速下降，结构松散的絮凝体分散在溶液中，不利于沉降，这是由于过量的PAFC会引起絮凝体发生分散再稳定[3]。

2.1.2PAFC+PAM联用投加量

控制反应在最佳条件下进行，混凝结束后按投加量为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。

如图2所示，随着PAM投加量的增加，强化混凝体系对COD，NH4-N+的去除效果先增强后减弱。最佳PAM投加量为4 mg/L，此时COD，NH4-N+的去除率分别为52.50%,47.53%。区别于单独使用PAFC时，强化混凝体系中生成的絮状团块更加稳定密实，同时絮凝和沉降速度明显加快，这是因为PAM能够利用其大分子线型结构体的特征，将分散于溶液中的松散絮凝体进行架桥吸附形成体积大、结构紧实的絮状沉淀，加速沉降[4]。而继续增加PAM投加量，过量的有机高分子絮凝剂会影响溶液中絮体或悬浮颗粒物表面的动电位，降低架桥吸附效果[3]。

2.2 混凝沉淀-Fenton氧化法预处理垃圾渗滤液

2.2.1H2O2投加量

以混凝沉淀后出水为实验对象，控制反应pH值为3.0，按投加量为1‰,1.5‰,2.0‰,2.5‰,3.0‰投加H2O2，按质量比为Fe2+∶H2O2=1∶10投加Fe2+。

由图3可知，随着H2O2投加量的提高，COD，NH4-N+的去除效果呈现先增强后减弱的趋势，且最佳H2O2投加量为1.5‰，此时COD，NH4-N+的去除率分别为63.08%，68.01%。分析原因是：反应初期随着H2O2的不断补充，Fenton反应体系生成·OH的速度进一步加快，从而有利于有机物被氧化降解[5]；而当反应达到一定平衡时，Fe2+已被消耗完全，此时继续投加H2O2并不能增加·OH的产生量，且过量的H2O2将直接参与和·OH的反应，产生同有机物之间的竞争效应[6]。

2.2.2H2O2∶Fe2+质量比

以混凝沉淀后出水为实验对象，控制反应pH值为3.0，按投加量为1.5‰投加H2O2，按质量比H2O2∶Fe2+分别为10∶1,10∶2,10∶3,10∶4,10∶5投加Fe2+。

从图4可以看出，当反应体系中H2O2一定量时，随着Fe2+投加量的增加，COD,NH4-N+的去除效果呈现先上升后下降的趋势。最佳H2O2∶Fe2+质量比为10∶3，此时COD,NH4-N+的去除率分别为72.82%,73.95%。分析原因是：在H2O2一定量的情况下，反应体系中·OH的生成速率随着Fe2+投加量的增加而增大，大量具有极高氧化还原电位的·OH将快速氧化降解废水中有机物[7]；而随着Fe2+投加量的进一步增大，芬顿氧化反应体系产生中间态活性基团·OH的能力达到饱和，过量的Fe2+将不断消耗反应体系中的H2O2，从而降低去除效果[8,9]。

2.3 混凝沉淀-Fenton氧化—蒸发预处理垃圾渗滤液

图5为不同组合工艺对垃圾渗滤液的处理效果图，从图5中可以看出，单独使用混凝沉淀法时，COD,NH4-N+的去除率最低；单独使用Fenton氧化法时，难降解有机物得到一定程度的去除，但对NH4-N+的去除效果不佳，仅为37.02%；单独使用蒸发法时，COD，NH4-N+的去除效果均有大幅地提升，但废水中残留的COD，NH4-N+浓度仍较高，不利于后续生化系统的运行；当使用混凝沉淀+Fenton氧化组合工艺时，反应体系能够显著去除废水中悬浮污染物质，提高废水的可生化性，但出水中盐含量较高，存在一定的微生物生长抑制作用；当使用混凝沉淀+Fenton氧化+蒸发组合工艺时，COD，NH4-N+的去除率分别达到91.22%,86.73%，出水中COD,NH4-N+的残留浓度仅为137 mg/L,17.12 mg/L，在大幅降低废水中含盐量的同时提高了可生化性。

3 结语

1)混凝沉淀法预处理垃圾渗滤液，在pH=9.0时，PAFC最佳投加量为30 mg/L，PAM最佳投加量为4 mg/L，此时COD,NH4-N+的去除率达到最佳，分别为52.50%,47.53%；

2)Fenton氧化法处理混凝沉淀后出水，在pH=3.0时，H2O2最佳投加量为1.5‰，H2O2∶Fe2+最佳质量比为10∶3，此时COD,NH4-N+的去除率达到最佳，分别为72.82%，73.95%，较单独使用Fenton氧化法预处理垃圾渗滤液时，COD,NH4-N+的去除率分别提高了13.85%,36.92%；

3)混凝沉淀+芬顿氧化+蒸发组合工艺预处理垃圾渗滤液时，在最佳工艺条件下，COD,NH4-N+的去除率分别达到91.22%,86.73%，能够有效降低生物毒性、提高可生化性，明显优于单独使用混凝沉淀法或Fenton氧化法。