垃圾填埋場滲濾液生物處理尾水的分析

垃圾填埋場滲濾液生物處理尾水的分析

垃圾填埋的提取物組成復(fù)雜，污染嚴(yán)重，包括各種材料，優(yōu)先控制中國環(huán)境污染物名單。目前,滲濾液的處理主要采用各種生物處理單元的組合,但處理后的滲濾液COD一般仍高達500～800mg/L,只能達相應(yīng)的國家三級排放標(biāo)準(zhǔn)(COD<1000mg/L),只允許排入污水管道。但垃圾填埋場一般都建在城市郊外地區(qū),鋪設(shè)污水管道代價非常昂貴,通常只能將處理后的滲濾液排入附近水體。因此,需要在填埋場內(nèi)將滲濾液生物處理尾水(簡稱滲濾液尾水)進一步處理達到相應(yīng)的國家排放標(biāo)準(zhǔn)。目前,國內(nèi)外對原生垃圾滲濾液的性質(zhì)進行了很多研究,但對于滲濾液尾水性質(zhì)的系統(tǒng)研究則鮮見報道。本研究借助現(xiàn)代化儀器對4個月的滲濾液尾水進行分析,得出不同季節(jié)滲濾液尾水的特性及共性,并討論其原因,為滲濾液尾水的深度處理提供參考。1實驗部分1.1生物反應(yīng)床的出水滲濾液尾水取自上海老港垃圾填埋場經(jīng)三級礦化垃圾生物反應(yīng)床處理后的出水。分別在3、6、9、12月取水樣,所取水樣在封閉條件和室溫下放置1個月,所測指標(biāo)幾乎沒有變化。1.2有機相的提取量取250mL各月份滲濾液移入分液漏斗中,加入20mL二氯甲烷,密閉分液漏斗,用力振蕩1～2min,并間歇地排氣以減小過大壓力,靜置使有機相從水相中分離,放出下層有機相溶液于指定的玻璃磨口三角瓶,同時加入1份相同體積的二氯甲烷重復(fù)萃取2次,合并3次溶劑提取液。用10mol/L的氫氧化鈉調(diào)節(jié)萃取后殘留水相的pH=12,用總體積60mL的二氯甲烷連續(xù)萃取3次,收集并合并提取液。再用6mol/L的鹽酸調(diào)節(jié)萃取后的殘留水相溶液pH=2,由于滲濾液中含有大量的碳酸鹽物質(zhì),所以在調(diào)節(jié)pH到酸性過程中會出現(xiàn)大量的氣泡,因此需小心緩慢的滴加鹽酸溶液到玻璃燒杯中,并進行快速攪拌,然后用總體積60mL的二氯甲烷連續(xù)萃取3次,收集并合并提取液。合并上述3步萃取的有機相,過無水硫酸鈉柱,使之完全脫水,直至溶液中加入無水硫酸鈉不結(jié)塊為止。脫水后有機相溶液進入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀,在44℃,轉(zhuǎn)速30r/min條件下濃縮至最終溶液為5mL,收集到10mL棕色樣品瓶,放入冰箱保存。其中在液液萃取過程中,可加入少量氯化鈉加速其萃取分層,如分層不明顯(特別是酸性條件下),可采用離心分離裝置在5000r/min、15min條件下加速其離心分層。1.3水質(zhì)、金屬、滲濾液尾有機物的測定pH采用pHB-4便攜式數(shù)字pH計測定;COD采用重鉻酸鉀法測定;BOD5采用OxiDirect測試儀測定;TOC和TN采用TOC-vcpn測定儀(日本島津公司)測定;NH3-N、NO-3-N和NO-2-N采用DR5000紫外分光光度計(HACH公司)測定;TP采用鉬酸銨分光光度法測定;陰離子采用ICS-1000離子色譜儀(美國戴安公司)測定;金屬采用Optima2100DV等離子發(fā)射光譜儀(美國PerkinElmer公司)測定。滲濾液尾水中的有機物種類采用TraceDSQ氣相色譜/質(zhì)譜(GC/MS)聯(lián)用儀(美國Finngan公司)測定。(1)GC條件:色譜柱DB-5(30cm×0.25cm×0.25cm),載氣He(流速1mL/min),進樣口溫度220℃,初始溫度50℃;程序升溫,10℃/min,最終溫度280℃;分流比1∶10;進樣量1μL。(2)MS條件:電子轟擊源EI,電子能量70eV,離子源溫度250℃,電子倍增器電壓1301V,全掃描方式,掃描速度500u/s,掃描范圍5～650u。2結(jié)果與分析2.1滲濾液尾水處理的還原性無機物滲濾液尾水的常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)見表1。由表1可知,3、12月滲濾液尾水的COD和TOC較高,而6月的則低很多。這主要是由于上海3、12月的溫度較低,相對于溫度較高的6月,微生物的活性下降,導(dǎo)致微生物降解污染物的能力有所下降。6、9月的BOD5和TP均未測出,主要是由于6、9月溫度較高,微生物活性較強,降解污染物的能力也較強,能夠被生物降解的污染物質(zhì)幾乎被完全降解。微生物活動會消耗磷元素,而滲濾液中TP較低,在微生物活動較強烈時,會消耗掉幾乎所有的TP。4個月的滲濾液尾水BOD5/COD均小于0.012,且C∶N∶P比例嚴(yán)重失調(diào),因此滲濾液尾水難以進一步生物降解。另外,即使所有的TOC全部氧化成CO2所貢獻的COD也分別只有459、318、389、439mg/L,與實際的COD有一定的差距,何況TOC是在高溫下(600～800℃)通過氧化有機碳形成CO2后通過測定CO2量來測得,其中包括不能被重鉻酸鉀氧化的有機碳。這說明除有機物外,滲濾液尾水中還有一些還原性無機類物質(zhì)貢獻了COD。因此,深度處理滲濾液尾水時,除了考慮去除有機物外,也應(yīng)當(dāng)注意還原性無機物的去除。3、12月的滲濾液尾水中NH3-N和TN均較高,而6、9月的則較小,其中6月的NH3-N特別低。這表明礦化垃圾生物反應(yīng)床去除滲濾液中的NH3-N和TN主要依靠微生物的作用。3、6、9、12月滲濾液尾水中的NH3-N、NO-3-N和NO-2-N之和分別占TN的91.8%、74.3%、88.0%和88.5%,表明TN主要由無機氮構(gòu)成。而從pH來看,4個月的滲濾液尾水pH相近,因此溫度是影響NH3-N和TN去除效果的主要因素。在溫度較低時,硝化菌和反硝化菌的活性都受到了一定的抑制,因而3、12月NH3-N和TN均高于6、9月。2.2滲濾液尾水中含mg量大、ca含量大的原因滲濾液尾水的金屬元素分析結(jié)果見表2。滲濾液尾水中除含有Na、K(2000～3000mg/L)外,由表2可知,含量較高的金屬元素是Mg和Ca,其次是Al、Fe、Zn,其他金屬的含量相對較小,但值得注意的是As的含量相對較高,其原因尚有待進一步研究。4個月滲濾液尾水中的含Mg量相差不大,其主要來源于海水。上海老港垃圾填埋場是一個海邊灘涂填埋場,海水會浸入填埋單元,從而導(dǎo)致滲濾液中含有較高的Mg。同時,滲濾液和填埋垃圾中的一些污染物,尤其是一些高濃度有機污染物也會籍此擴散到海水中去,對靠近填埋場區(qū)域的海水造成污染。4個月的滲濾液尾水中含Ca量變化較大,這除了海水浸入的原因外,還與填埋垃圾的成分變化有關(guān)。填埋場填埋的垃圾除生活垃圾外,還包括一些建筑垃圾、工業(yè)廢渣等,這些物質(zhì)含Ca量較高。填埋的建筑垃圾和工業(yè)廢渣所占的比例不同會導(dǎo)致滲濾液中含Ca量的不同。城市居民日常生活中所用的包含Al、Fe、Zn元素的物品相對比包含其他重金屬元素的物品為多,因此生活垃圾中該3種金屬元素含量相對較高,其在滲濾液尾水中也較高。2.3滲濾液尾水中含氮有機物情況滲濾液尾水的陰離子監(jiān)測結(jié)果見表3。滲濾液尾水中含量較多的陰離子為Cl-、SO2-4和NO-3,NO-2因容易被氧化為NO-3,所以含量相對較少。Cl-、SO2-4含量高主要是由于海水浸入的原因,F-主要是由海水帶入。其中Cl-含量變化較大,可能是由于填埋垃圾組分不同所造成。生活垃圾中,特別是廚余垃圾中含有大量含氯鹽類及有機物,這些化合物在水解或微生物的作用下最終生成Cl-。NO-3和NO-2主要來自微生物對含氮有機物的降解作用。垃圾中的含氮有機物主要是蛋白質(zhì)、尿素等大分子有機物,這些物質(zhì)在生物處理過程中,較易被微生物降解脫出含氮基團,表4和表5的數(shù)據(jù)表明,滲濾液尾水中已幾乎沒有含氮有機物。4個月的滲濾液尾水中NO-3含量變化較大,3、12月較高,而6、9月較低,主要是因為反硝化菌的活性隨溫度變化而有所不同所致。2.4滲濾液尾水中有機物的降解經(jīng)GC/MS自帶的計算機譜庫檢索,只取可信度在60.00%以上的有機污染物,分析結(jié)果如表4和表5所示。垃圾滲濾液中含有的有機污染物比較復(fù)雜,其中還有致癌物、促癌物、輔致癌物和致突變物等有毒物質(zhì)。楊志泉等用GC/MS法分析了廣州大田山填埋場滲濾液的有機污染物,得到可信度在60.00%以上的有機污染物73種,而且有16種物質(zhì)被列入我國環(huán)境優(yōu)先控制污染物的黑名單中。劉軍等用GC/MS法研究了人工模擬垃圾填埋產(chǎn)生的滲濾液,從中得到了可信度在60.00%以上的有機污染物34種,其中致癌物1種、促癌物和輔致癌物4種,致突變物1種。9月滲濾液尾水中的有機污染物,有3種存在于3月滲濾液尾水中,說明在3月的低溫條件下,礦化垃圾生物反應(yīng)床內(nèi)微生物的活性降低,相當(dāng)一部分有機物沒有被降解。但即使在低溫條件下,3月滲濾液尾水中的有機污染物也僅有14種,比國內(nèi)其他學(xué)者分析的滲濾液中有機物種類少很多,說明大部分有機物被降解。然而,3月滲濾液尾水中被美國環(huán)保局(USEPA)列入優(yōu)先污染物的有3種,列入我國環(huán)境優(yōu)先控制污染物黑名單的有3種;9月尾水中有4種有機污染物,被USEPA列入優(yōu)先污染物的有1種,列入我國環(huán)境優(yōu)先控制污染物黑名單的有1種,說明滲濾液尾水仍有較強的污染性,對環(huán)境存在一定的威脅。3水景滲濾液尾水中無機類物質(zhì)(1)垃圾滲濾液的生物處理效果隨季節(jié)不同而有很大差異,主要是因為微生物活性在低溫時受到較大抑制。垃圾滲濾液尾水中的污染物濃度仍然較高,BOD5/COD均小于0.012,且C∶N∶P比例嚴(yán)重失調(diào),因此難以進一步生物降解,除有機物外,還有還原性無機類物質(zhì)貢獻了COD。(2)海邊灘涂型填埋場滲濾液尾水中Ca、Mg、Cl-和SO2-4含量非