焚烧发电垃圾渗滤液处理过程中DOM的荧光光谱分析

黄健 ，孙威威 ，黄智 ，王斌 ，王志华 ，张华 ，张勇 ，谢能勇

(1.安徽建筑大学环境与能源工程学院，安徽 合肥 230601；2.中节能(合肥)可再生能源有限公司，安徽 合肥230601；3.水污染控制与废水资源化安徽省重点实验室，安徽 合肥 230601)

0 引言

焚烧发电垃圾渗滤液主要由垃圾自身水分及在料坑发酵水分所组成，由于我国城市生活垃圾热值低于发达国家，通常在焚烧前会在储存仓中储存3～7天，在此期间会产生大量垃圾渗滤液[1-4]。焚烧厂发电垃圾渗滤液富含有机和无机污染物，其中有机污染物主要为溶解性有机物(DOM)[5-8]。垃圾渗滤液中DOM成分复杂且可为微生物代谢提供碳源。DOM与污水中污染物迁移转化具有密切关系，因此，研究垃圾渗滤液处理过程中各工艺出水DOM组成及含量变化特征对了解垃圾渗滤液处理中污染物变化特征有重要意义[9]。三维荧光光谱法(EEMs)与传统检测技术相比具有操作简单快捷、不需投加化学试剂且灵敏度较高等优点[10-11]，在饮用水、生活污水、自然水体和工业废水的DOM研究中被广泛使用[12-15]。

利用三维荧光强度与污染物指标建立相关关系可以快速检测污染物指标[16-17]。但目前关于焚烧发电垃圾渗滤液处理过程中DOM的三维荧光光谱学特征的研究较少。因此，该研究利用三维荧光光谱技术分析焚烧发电垃圾渗滤液处理过程中DOM的光谱特征及DOM变化，并根据荧光强度变化建立DOM荧光强度和COD浓度之间的关系，为焚烧发电垃圾渗滤液生物处理过程中DOM转化特征及COD浓度的快速监测提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 处理工艺流程和样品采集

该焚烧发电厂的垃圾渗滤液经过调节池后进入UASB反应器-反硝化池-硝化池-超滤-纳滤工艺，工艺流程图如图1所示。调节池水质检测结果如下：COD为58018.0 mg/L，总氮为2119.0 mg/L，氨氮为1918.0 mg/L。现场构筑物中取样点如图1所示：1-调节池出水；2-UASB出水；3-反硝化出水；4-硝化出水；5-超滤出水；6-总出水。采集的水样进行低温保存后带回实验室进行检测分析，水样经过0.45μm滤膜过滤后进行三维荧光光谱分析。

1.2 主要仪器和方法

氨氮检测采用纳氏试剂分光光度法，COD检测使用重铬酸钾法，总氮检测用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法。三维荧光光谱分析采用日立F-7000型荧光光度计，测定条件：电压为700 V，激发波长(λEx)200～450 nm，步长 5 nm，发射波长(λEm)250～550 nm，步长5 nm；狭缝宽度5 nm；扫描速度2400 nm/min。

2 结果与讨论

2.1 运行结果与分析

图1 垃圾渗滤液处理工艺图及取样点

图2 各取样点COD、氨氮和总氮浓度变化

垃圾渗滤液处理工艺各取样点的理化指标浓度如图2所示。由图2可知，COD、总氮和氨氮在整套工艺流程中呈现下降的趋势。其中，COD进水浓度为58018 mg/L，经各构筑物处理后出水浓度为323 mg/L，去除率为99.4%；总氮浓度由进水2119 mg/L降为22.2 mg/L，去除率为98.9%；氨氮浓度由进水1918 mg/L降为1.9 mg/L，去除率为99.9%。出水达到GB8978-1996《污水综合排放标准》三级标准。

2.2 DOM三维荧光谱分析

焚烧发电厂垃圾渗滤液处理过程中各构筑物三维荧光光谱如图3所示，荧光强度变化如图4所示。根据文献中分类方法[18-19]，图中共出现4种DOM的特征荧光峰，即高激发波长色氨酸峰(峰A)、低激发波长色氨酸峰(峰B)、可见光区富里酸峰(峰C)、紫外光区富里酸峰(峰D)。其特征荧光峰中心位置分别在 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。

由图3和图4可知，在原水中，高激发波长色氨酸峰(峰A)和低激发波长色氨酸峰(峰B)的荧光强度较强，可见光区富里酸峰(峰C)和紫外光区富里酸峰(峰D)的荧光强度不明显，由不同种类DOM的特征荧光峰荧光强度的强弱可知原水中DOM主要成分为高激发波长色氨酸和低激发波长色氨酸[9]。原水经过一系列构筑物处理后，各DOM的荧光强度明显下降。

图3 各构筑物水样稀释100倍的三维荧光图

UASB工艺对荧光峰强度的削弱存在很大差异。由图3可知，经过UASB生物处理后出水，渗滤液中高激发波长色氨酸峰(峰A)与低激发波长色氨酸峰(峰B)的荧光强度大幅下降。由图4可知，高激发波长色氨酸峰荧光强度由4325降至649.2，降低幅度达84.9%；低激发波长色氨酸峰荧光强度由3941降至1037，降低幅度达73.7%；可见光区富里酸峰(峰C)和紫外光区富里酸峰(峰D)的荧光强度相对降幅较小，分别降低了46.7%和34.6%；荧光峰的削弱与产生荧光峰的物质的性质有关，在UASB工艺处理渗滤液中荧光峰A、B、C、D削减效果为：A＞B＞C＞D，由此可见，垃圾渗滤液DOM中高激发波长色氨酸与低激发波长色氨酸较可见光区富里酸和紫外光区富里酸更易降解[20-21]。

由图3可知，经过反硝化罐处理，峰A和峰B有小幅度削减，峰C和峰D有小幅度增强，这是因为在厌氧条件下UASB出水中的难生物降解有机物被进一步降解转化成可见光区富里酸和紫外光区富里酸，而高激发波长色氨酸、低激发波长色氨酸等在反硝化阶段进一步被降解；经过硝化出水，峰A、B、C、D小幅度减弱。在超滤和出水的时候峰A、B、C、D的荧光强度进一步被削减。由图4可知，最终处理出水DOM中高激发波长色氨酸荧光强度最高为316.6，低激发波长色氨酸荧光强度最低为186.5。

图4 各构筑物水样DOM荧光强度变化

2.3 荧光强度与COD的关系

通过观察图2和图4发现COD浓度和高激发波长色氨酸、低激发波长色氨酸和可见光区富里酸的荧光强度具有类似的变化趋势，分别将COD浓度与高激发波长色氨酸、低激发波长色氨酸可见光区富里酸的荧光强度建立相关关系，结果如图5所示。

图5 荧光强度与COD浓度的线性关系

由图5可以看出，3种荧光类DOM(高激发波长色氨酸、低激发波长色氨酸和可见光区富里酸)的荧光强度与COD浓度呈现出明显的正相关关系。高激发波长色氨酸、低激发波长色氨酸和可见光区富里酸的荧光强度与COD浓度的线性相关系数(R2)分别为0.9985、0.9647和0.8082，3种物质荧光强度与COD浓度呈现较好的线性关系，可通过高激发波长色氨酸、低激发波长色氨酸和可见光区富里酸的荧光强度反映焚烧发电厂的垃圾渗滤液COD的浓度，因此，利用三维荧光技术可以快速检测焚烧发电厂垃圾渗滤液处理过程中COD的浓度。

3 结论

(1)采用UASB反应器-反硝化池-硝化池-超滤-纳滤工艺处理焚烧发电厂的垃圾渗滤液，COD由58018 mg/L降至323 mg/L，去除率为99.4%；总氮和氨氮去除率分别为98.9%和99.9%。该工艺对焚烧厂垃圾渗滤液中COD、总氮、氨氮有较好的去除效果。

(2)三维荧光光谱分析表明，焚烧厂垃圾渗滤液中存在4种DOM的特征荧光峰分别为高激发波长色氨酸峰(峰A)、低激发波长色氨酸峰(峰B)、可见光区富里酸峰(峰C)和紫外光区富里酸峰(峰D)；原水中DOM主要为高激发波长色氨酸、低激发波长色氨酸其荧光强度分别为4325和3872。经过处理后，4种物质的荧光强度均不同程度降低，出水DOM中高激发波长色氨酸荧光强度最高为316.6，低激发波长色氨酸荧光强度最低为186.5。

(3)COD浓度与高激发波长色氨酸、低激发波长色氨酸和可见光区富里酸的荧光强度具有良好的线性关系，与COD线性相关系数(R2)分别为0.9985、0.9647和0.8082，因此，可利用三维荧光技术对高激发波长色氨酸、低激发波长色氨酸和可见光区富里酸荧光强度进行表征，实现对垃圾焚烧厂垃圾渗滤液中COD浓度的快速分析。