垃圾滲濾液是生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)的產(chǎn)物，成分復(fù)雜，若處理不當(dāng)會(huì)對(duì)填埋場(chǎng)周邊環(huán)境產(chǎn)生極大的危害。垃圾滲濾液是典型的高COD和高氨氮廢水，傳統(tǒng)的生化工藝很難達(dá)到較好的處理效果，為此學(xué)者們提出了如混凝、電化學(xué)、高級(jí)氧化、反滲透等深度處理工藝以保證滲濾液的達(dá)標(biāo)排放。
湖北省某垃圾填埋場(chǎng)采用反硝化/短程硝化/厭氧氨氧化生物處理工藝，是國(guó)內(nèi)第一個(gè)采用厭氧氨氧化工藝處理垃圾滲濾液的項(xiàng)目，截至目前已穩(wěn)定運(yùn)行5年。該項(xiàng)目中以厭氧氨氧化為核心的生物處理工藝可實(shí)現(xiàn)氨氮、TN、TP等污染物的有效去除，但為了滿足《生活垃圾填埋場(chǎng)污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889—2008）表2中COD的排放限值，深度處理工藝增設(shè)了反滲透（RO）處理單元�，F(xiàn)有RO濃縮液直接回灌填埋場(chǎng)，導(dǎo)致進(jìn)水中難降解有機(jī)物濃度和鹽度逐年增加，對(duì)前端生化處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成潛在的風(fēng)險(xiǎn)，因此該填埋場(chǎng)亟需對(duì)有機(jī)物深度處理單元進(jìn)行工藝改造，以保障整體處理系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。
膜處理工藝出水水質(zhì)好，但并不能將有機(jī)物徹底降解，產(chǎn)生的濃縮液處理又較為復(fù)雜昂貴，而且膜組需要頻繁的清洗、維護(hù)、更換，導(dǎo)致成本增加�；炷ǔＷ鳛槔鴿B濾液出水有機(jī)物處理的工藝選擇，其優(yōu)勢(shì)在于經(jīng)濟(jì)實(shí)用、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行管理方便等。為此，筆者提出“混凝—?dú)飧 呒?jí)氧化”的無膜法工藝改造路線，其優(yōu)勢(shì)在于技術(shù)成熟、無濃縮液產(chǎn)生，從而解決濃縮液難處理的問題。重點(diǎn)考察了混凝工藝用于深度去除某垃圾滲濾液厭氧氨氧化出水中有機(jī)物的可行性，優(yōu)化了混凝工藝的運(yùn)行參數(shù)，并進(jìn)行中型正交優(yōu)化試驗(yàn)，同時(shí)對(duì)混凝前后的有機(jī)物組分和分子質(zhì)量進(jìn)行了分析，并對(duì)混凝產(chǎn)生的污泥進(jìn)行了有機(jī)物釋放特性的探究，旨在為后期工程應(yīng)用改造提供參考。
1、試驗(yàn)材料與方法
1.1 試驗(yàn)進(jìn)水
混凝試驗(yàn)的原水取自湖北省某垃圾滲濾液處理工程厭氧氨氧化工藝段的實(shí)際出水。水樣呈黃褐色，COD濃度為800~1500mg/L，總氮濃度為40~100mg/L，pH約為7.5~8.5。
1.2 試驗(yàn)方法
混凝過程包括快速攪拌混合、慢速攪拌混合和靜置沉淀3個(gè)主要步驟，在快速攪拌混合初始階段加入混凝劑，在慢速攪拌混合初始階段添加助凝劑聚丙烯酰胺（PAM），隨后靜置沉淀。取處理前后的上清液水樣進(jìn)行水質(zhì)分析。pH用1mol/L的氫氧化鈉溶液和鹽酸調(diào)節(jié)。
混凝參數(shù)優(yōu)化小試采用控制變量法，在1000mL配有機(jī)械攪拌器的有機(jī)玻璃燒杯混凝試驗(yàn)裝置中進(jìn)行，每次試驗(yàn)水樣為1000mL�；炷行驼粌�(yōu)化試驗(yàn)采用三因素三水平的正交試驗(yàn)，試驗(yàn)裝置為帶機(jī)械攪拌裝置的反應(yīng)沉淀裝置，每次試驗(yàn)水樣為8000mL。
取混凝中型正交優(yōu)化試驗(yàn)最佳工藝條件下的混凝前后水樣，進(jìn)行三維熒光測(cè)試和凝膠滲透層析（GPC），檢測(cè)有機(jī)物的變化。采用小型板框壓濾機(jī)對(duì)中試所得混合污泥進(jìn)行脫水，不添加任何脫水藥劑，取等量脫水后的泥餅分別浸泡在清水和濾液中，定期取樣檢測(cè)浸出液的TOC、COD、UV254及色度等水質(zhì)指標(biāo)的變化，以考察脫水后污泥的有機(jī)物釋放情況。
1.3 分析項(xiàng)目與方法
pH采用玻璃電極法測(cè)定，采用WTW便攜式水質(zhì)分析儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)；TOC采用燃燒氧化-非分散紅外吸收法測(cè)定；COD采用快速消解分光光度法測(cè)定；色度采用色度儀法測(cè)定。
三維熒光光譜采用HitachiF-7000三維熒光光譜分析儀（日本Hitachi公司）測(cè)定；凝膠滲透層析（GPC）采用ShimadzuLC20高效液相色譜和HW2000GPC色譜工作站（日本Shimadzu公司）測(cè)試。
2、結(jié)果與討論
2.1 混凝參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果分析
2.1.1 pH的優(yōu)化
pH是影響混凝效果的重要參數(shù)，不同的pH范圍內(nèi)，混凝劑水解產(chǎn)生不同形態(tài)和不同比例的產(chǎn)物，從而影響混凝效果，因此探究混凝工藝的最佳pH具有重要的意義。在本試驗(yàn)中，混凝劑采用聚合硫酸鐵（PFS），投加量為1500mg/L，探究不同pH條件下混凝對(duì)有機(jī)物和色度的去除效果，結(jié)果見圖1。
由圖1可知，以PFS為混凝劑，達(dá)到最佳有機(jī)物去除效果的初始pH為5.75，TOC、COD和UV254的去除率分別為78.98%、65.63%和86.62%，而且在該pH下色度去除效果也達(dá)到最佳，去除率為97.16%。因此在該試驗(yàn)條件下最佳初始pH為5.75。同時(shí)，混凝后反應(yīng)體系的pH均降低。梁聰?shù)热说难芯拷Y(jié)果表明，pH過低或者過高均不利于混凝過程。但是在本試驗(yàn)的pH范圍即5.0~8.3內(nèi)，PFS對(duì)有機(jī)物和色度的去除效果能保持在35.35%~78.98%和78.02%~97.16%范圍內(nèi)，說明PFS的適用范圍較廣。
2.1.2 混凝劑投加量的優(yōu)化
有機(jī)物及色度去除效果、污泥沉降性能與PFS投加量的關(guān)系見圖2。當(dāng)PFS投加量由800mg/L提升到1500mg/L時(shí)，TOC、COD、UV254和色度的去除率分別由34.40%、40.13%、29.14%和60.69%升高至80.25%、63.87%、89.27%和97.80%；但是當(dāng)PFS投加量由1500mg/L繼續(xù)提高到1600mg/L時(shí)，對(duì)有機(jī)物和色度的去除效果提升不明顯甚至略有下降，原因可能是過量的混凝劑導(dǎo)致脫穩(wěn)的膠體發(fā)生電荷逆轉(zhuǎn)而再次穩(wěn)定，從而影響除污效果，污泥沉降比也有相似的變化規(guī)律。綜合考慮，在該試驗(yàn)條件下混凝劑PFS的最佳投加量為1500mg/L。
2.1.3 助凝劑與混凝程序的優(yōu)化試驗(yàn)
在初始pH為5.75、PFS投加量為1500mg/L的條件下進(jìn)行了PAM和攪拌程序的優(yōu)化試驗(yàn)，結(jié)果如圖3所示�？梢钥闯�，在最佳初始pH和PFS投加量條件下，各個(gè)指標(biāo)的去除率均較高且相對(duì)穩(wěn)定，PAM投加量以及快速和慢速攪拌的時(shí)間分配對(duì)去除有機(jī)物和色度的影響不大，但是對(duì)污泥沉降性能有影響。污泥沉降比越高，產(chǎn)生的化學(xué)污泥就越多，后續(xù)處理成本就會(huì)增加。因此在保證有機(jī)物去除效果的前提下，綜合考慮動(dòng)力成本和污泥沉降性能，確定最佳PAM投加量為2mg/L，最佳攪拌混合工序?yàn)榭焖贁嚢?/span>3min然后慢速攪拌7min。
綜上，小試確定的最佳條件如下：初始pH=5.75，混凝劑PFS投加量為1500mg/L，助凝劑PAM投加量為2mg/L，快速攪拌3min然后慢速攪拌7min。在最佳條件下，對(duì)TOC、COD、UV254和色度的去除率分別可達(dá)到79.84%、67.57%、88.55%和95.00%。
2.2 中型正交優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果分析
由2.1節(jié)的小試結(jié)果可以看出，對(duì)混凝效果影響較大的因素主要是初始pH、PFS投加量、PAM投加量。為了進(jìn)一步將試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用在實(shí)際工程項(xiàng)目中，進(jìn)行了中型規(guī)模的放大試驗(yàn)，同時(shí)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)考察初始pH、PFS投加量、PAM投加量的影響程度和最佳參數(shù)值，以期為實(shí)際工程改造提供理論支持。
針對(duì)pH、PFS投加量、PAM投加量3個(gè)因素，以TOC、COD、UV254和色度去除率為目的指標(biāo)，設(shè)計(jì)三因素三水平正交試驗(yàn)，以L9的正交表進(jìn)行試驗(yàn)研究，試驗(yàn)方案和結(jié)果如表1所示。對(duì)表1中的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果如表2所示。其中，不論以TOC、COD、UV254等有機(jī)物去除率為分析指標(biāo)，還是以色度去除率為分析指標(biāo)，影響程度最大的都是pH。以TOC去除率為分析指標(biāo)時(shí)，影響因素主次排序?yàn)椋?/span>pH>PFS投加量>PAM投加量，最佳因素水平為：pH=5.75、PFS投加量=1800mg/L、PAM投加量=1mg/L；而以COD、UV254和色度去除率為分析指標(biāo)時(shí)，影響因素主次排序?yàn)椋?/span>pH>PAM投加量>PFS投加量。但是由表2中的數(shù)據(jù)分析可知，在pH主因素確定的條件下，PFS投加量和PAM投加量?jī)蓚�(gè)因素不同水平之間差異很小。綜合考慮各種因素，混凝正交試驗(yàn)的最佳組合為A2B2C2，即pH=5.75、PFS投加量=1500mg/L、PAM投加量=2mg/L。中型正交試驗(yàn)結(jié)果與小試結(jié)果一致，這有利于進(jìn)一步為工程應(yīng)用提供理論支持。
2.3 混凝前后有機(jī)物特性變化
2.3.1 三維熒光分析
測(cè)定垃圾滲濾液生化出水混凝深度處理前后水樣的三維熒光光譜，分析溶解性有機(jī)物組分及含量的變化，結(jié)果如圖4所示。
垃圾滲濾液厭氧氨氧化出水中主要的三維熒光峰分布在3個(gè)區(qū)域，其中，強(qiáng)度最大的熒光區(qū)域是a峰，λEx/λEm=240~260nm/420~480nm，對(duì)應(yīng)的是紫外區(qū)類富里酸熒光峰，表征分子質(zhì)量較低、熒光效率較高的有機(jī)物；b峰位置是λEx/λEm=300~350nm/380~420nm，對(duì)應(yīng)的是可見區(qū)類富里酸熒光峰，表征相對(duì)穩(wěn)定的、分子質(zhì)量較高的芳香性類富里酸物質(zhì)；此外c峰位置是λEx/λEm=260~280nm/320~350nm，對(duì)應(yīng)的是類色氨酸熒光峰，與滲濾液中有機(jī)物降解代謝產(chǎn)物及微生物代謝產(chǎn)物有關(guān)。經(jīng)過混凝處理后，出水的a峰和b峰消失，只剩下c峰，c峰的位置沒有變化，熒光強(qiáng)度略有降低，說明混凝工藝對(duì)此類色氨酸類物質(zhì)即滲濾液中復(fù)雜有機(jī)物的代謝產(chǎn)物和微生物代謝產(chǎn)物的去除效果一般。但是a峰和b峰的消失說明混凝對(duì)垃圾滲濾液生化出水中紫外區(qū)和可見區(qū)的類富里酸類物質(zhì)有較好的去除效果，而由混凝機(jī)理可知，該類難降解有機(jī)物并不是被降解和完全礦化，而是隨著混凝劑的吸附沉降從水中去除。
2.3.2 有機(jī)物分子質(zhì)量變化
對(duì)混凝前后的水樣進(jìn)行GPC分子質(zhì)量分布的測(cè)試，以分析其中有機(jī)物的變化，結(jié)果如圖5所示。采用窄分布聚乙二醇（PEG）標(biāo)樣組制作標(biāo)準(zhǔn)曲線和相對(duì)校正法確定分子質(zhì)量。根據(jù)GPC的測(cè)試原理，出峰時(shí)間越早，分子質(zhì)量越大。從圖5可以看出，處理前兩個(gè)峰的出峰時(shí)間分別是15.34和16.38min，對(duì)應(yīng)的數(shù)均分子質(zhì)量（Mn）分別是2367和443；處理后兩個(gè)峰的出峰時(shí)間分別為15.80和16.69min，對(duì)應(yīng)的Mn分別是1049和312。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，處理后保留時(shí)間明顯延后，大分子質(zhì)量分布明顯表現(xiàn)切邊集中，而且峰面積比例變大，從13.56%提高到37.44%，處理后的分子質(zhì)量整體變小。混凝工藝主要通過混凝劑和污染物之間的物理化學(xué)作用將污染物從水中分離，因此處理后分子質(zhì)量變小的主要原因是去除了分子質(zhì)量較大的物質(zhì)。
2.4 混凝后沉淀污泥的有機(jī)物釋放規(guī)律
雖然混凝工藝對(duì)垃圾滲濾液生化出水中的有機(jī)物去除效果較好，但是有機(jī)物并不是被降解，而是被吸附沉降在產(chǎn)生的絮狀污泥里，污泥的后續(xù)處理也是混凝工藝的考察重點(diǎn)。首先對(duì)中試沉淀的污泥進(jìn)行板框壓濾，然后分別浸泡在清水和濾液中，模擬考察混凝泥餅的有機(jī)物釋放情況。由于未添加任何脫水藥劑，壓縮后污泥含水率相對(duì)較高，含水率由99.9%降為65.7%，原污泥體積為5L，經(jīng)過板框壓濾后體積縮小為0.2L，體積壓縮了96%。壓濾過程中濾液的水質(zhì)變化如圖6所示，可以看出，整個(gè)板框壓濾過程中濾液的TOC、COD、UV254和色度等數(shù)據(jù)雖然有所波動(dòng)，但均未發(fā)生明顯變化，壓濾過程并未出現(xiàn)污染物的二次釋放。
接著考察了壓濾后混凝污泥中污染物的長(zhǎng)期釋放情況，結(jié)果如圖7所示�？梢钥闯觯炷勰嘟�(jīng)壓縮后TOC、COD、UV254和色度的釋放速率均隨時(shí)間的延長(zhǎng)而變慢并最終趨于穩(wěn)定。清水和濾液兩組試驗(yàn)的TOC初始釋放速率分別為0.158、0.033mg/（g·d），COD初始釋放速率分別為0.188、0.080mg/（g·d）；而經(jīng)過180d后釋放速率降低并趨于穩(wěn)定，第195天兩組的TOC初始釋放速率分別降至0.001、0.002mg/（g·d），COD初始釋放速率分別降至0.003、0.001mg/（g·d）。清水組和濾液組的TOC累積釋放量分別為3.09、1.93mg/g，COD累積釋放量分別為10.07、8.52mg/g。
初始時(shí)刻，壓縮后的污泥放入溶液中，由于存在濃度梯度差，吸附在污泥中的污染物開始向水中慢慢擴(kuò)散溶解，初始釋放速率較高，尤其是浸入清水組的污泥，初始時(shí)刻TOC和COD釋放速率分別是濾液組的4.80和2.35倍，但后期清水組和濾液組的污染物釋放均達(dá)到平衡，釋放速率均降至很慢，區(qū)別不明顯。對(duì)混凝前后的水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算可得到混凝去除的有機(jī)物和色度折算每克干污泥的去除量，本試驗(yàn)條件下，混凝去除的TOC和COD量分別為82.66mg/g干污泥和309.88mg/g干污泥，此去除量遠(yuǎn)大于到達(dá)釋放平衡階段TOC和COD的累積釋放量，TOC和COD的累積釋放量占比分別為2.33%~3.74%和2.75%~3.25%，說明通過混凝去除的有機(jī)物二次釋放造成嚴(yán)重污染的風(fēng)險(xiǎn)較小，可采取回填至垃圾填埋場(chǎng)的方式處理混凝產(chǎn)生的污泥。
3、結(jié)論
采用混凝工藝對(duì)垃圾滲濾液厭氧氨氧化出水中的有機(jī)物進(jìn)行深度去除，參數(shù)優(yōu)化小試得到的最佳混凝參數(shù)如下：pH=5.75、聚合硫酸鐵投加量為1500mg/L、PAM投加量為2mg/L、快攪（250r/min）3min+慢攪（60r/min）7min；中型正交試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)混凝工藝影響最大的因素是pH。三維熒光光譜分析表明，混凝工藝可有效去除垃圾滲濾液生化出水中的富里酸類大分子有機(jī)物，但對(duì)一些復(fù)雜有機(jī)物的代謝產(chǎn)物和微生物代謝產(chǎn)物等去除效果不明顯；分子質(zhì)量測(cè)試結(jié)果顯示，混凝處理后分子質(zhì)量整體變小。對(duì)混凝后產(chǎn)生的污泥進(jìn)行板框壓濾脫水，并對(duì)泥餅進(jìn)行污染物釋放試驗(yàn)，結(jié)果顯示，污染物釋放量較小且釋放速率趨于穩(wěn)定，污染物二次釋放的風(fēng)險(xiǎn)較小�；炷に囀怯行コ鴿B濾液生化出水中有機(jī)物的深度處理選擇之一。（來源：北京城市排水集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京市污水資源化工程技術(shù)研究中心）
