垃圾填埋场渗滤液生物处理尾水的分析

垃圾填埋场渗滤液生物处理尾水的分析

垃圾填埋的提取物组成复杂，污染严重，包括各种材料，优先控制中国环境污染物名单。目前,渗滤液的处理主要采用各种生物处理单元的组合,但处理后的渗滤液COD一般仍高达500～800mg/L,只能达相应的国家三级排放标准(COD<1000mg/L),只允许排入污水管道。但垃圾填埋场一般都建在城市郊外地区,铺设污水管道代价非常昂贵,通常只能将处理后的渗滤液排入附近水体。因此,需要在填埋场内将渗滤液生物处理尾水(简称渗滤液尾水)进一步处理达到相应的国家排放标准。目前,国内外对原生垃圾渗滤液的性质进行了很多研究,但对于渗滤液尾水性质的系统研究则鲜见报道。本研究借助现代化仪器对4个月的渗滤液尾水进行分析,得出不同季节渗滤液尾水的特性及共性,并讨论其原因,为渗滤液尾水的深度处理提供参考。1实验部分1.1生物反应床的出水渗滤液尾水取自上海老港垃圾填埋场经三级矿化垃圾生物反应床处理后的出水。分别在3、6、9、12月取水样,所取水样在封闭条件和室温下放置1个月,所测指标几乎没有变化。1.2有机相的提取量取250mL各月份渗滤液移入分液漏斗中,加入20mL二氯甲烷,密闭分液漏斗,用力振荡1～2min,并间歇地排气以减小过大压力,静置使有机相从水相中分离,放出下层有机相溶液于指定的玻璃磨口三角瓶,同时加入1份相同体积的二氯甲烷重复萃取2次,合并3次溶剂提取液。用10mol/L的氢氧化钠调节萃取后残留水相的pH=12,用总体积60mL的二氯甲烷连续萃取3次,收集并合并提取液。再用6mol/L的盐酸调节萃取后的残留水相溶液pH=2,由于渗滤液中含有大量的碳酸盐物质,所以在调节pH到酸性过程中会出现大量的气泡,因此需小心缓慢的滴加盐酸溶液到玻璃烧杯中,并进行快速搅拌,然后用总体积60mL的二氯甲烷连续萃取3次,收集并合并提取液。合并上述3步萃取的有机相,过无水硫酸钠柱,使之完全脱水,直至溶液中加入无水硫酸钠不结块为止。脱水后有机相溶液进入旋转蒸发仪,在44℃,转速30r/min条件下浓缩至最终溶液为5mL,收集到10mL棕色样品瓶,放入冰箱保存。其中在液液萃取过程中,可加入少量氯化钠加速其萃取分层,如分层不明显(特别是酸性条件下),可采用离心分离装置在5000r/min、15min条件下加速其离心分层。1.3水质、金属、渗滤液尾有机物的测定pH采用pHB-4便携式数字pH计测定;COD采用重铬酸钾法测定;BOD5采用OxiDirect测试仪测定;TOC和TN采用TOC-vcpn测定仪(日本岛津公司)测定;NH3-N、NO-3-N和NO-2-N采用DR5000紫外分光光度计(HACH公司)测定;TP采用钼酸铵分光光度法测定;阴离子采用ICS-1000离子色谱仪(美国戴安公司)测定;金属采用Optima2100DV等离子发射光谱仪(美国PerkinElmer公司)测定。渗滤液尾水中的有机物种类采用TraceDSQ气相色谱/质谱(GC/MS)联用仪(美国Finngan公司)测定。(1)GC条件:色谱柱DB-5(30cm×0.25cm×0.25cm),载气He(流速1mL/min),进样口温度220℃,初始温度50℃;程序升温,10℃/min,最终温度280℃;分流比1∶10;进样量1μL。(2)MS条件:电子轰击源EI,电子能量70eV,离子源温度250℃,电子倍增器电压1301V,全扫描方式,扫描速度500u/s,扫描范围5～650u。2结果与分析2.1渗滤液尾水处理的还原性无机物渗滤液尾水的常规水质指标见表1。由表1可知,3、12月渗滤液尾水的COD和TOC较高,而6月的则低很多。这主要是由于上海3、12月的温度较低,相对于温度较高的6月,微生物的活性下降,导致微生物降解污染物的能力有所下降。6、9月的BOD5和TP均未测出,主要是由于6、9月温度较高,微生物活性较强,降解污染物的能力也较强,能够被生物降解的污染物质几乎被完全降解。微生物活动会消耗磷元素,而渗滤液中TP较低,在微生物活动较强烈时,会消耗掉几乎所有的TP。4个月的渗滤液尾水BOD5/COD均小于0.012,且C∶N∶P比例严重失调,因此渗滤液尾水难以进一步生物降解。另外,即使所有的TOC全部氧化成CO2所贡献的COD也分别只有459、318、389、439mg/L,与实际的COD有一定的差距,何况TOC是在高温下(600～800℃)通过氧化有机碳形成CO2后通过测定CO2量来测得,其中包括不能被重铬酸钾氧化的有机碳。这说明除有机物外,渗滤液尾水中还有一些还原性无机类物质贡献了COD。因此,深度处理渗滤液尾水时,除了考虑去除有机物外,也应当注意还原性无机物的去除。3、12月的渗滤液尾水中NH3-N和TN均较高,而6、9月的则较小,其中6月的NH3-N特别低。这表明矿化垃圾生物反应床去除渗滤液中的NH3-N和TN主要依靠微生物的作用。3、6、9、12月渗滤液尾水中的NH3-N、NO-3-N和NO-2-N之和分别占TN的91.8%、74.3%、88.0%和88.5%,表明TN主要由无机氮构成。而从pH来看,4个月的渗滤液尾水pH相近,因此温度是影响NH3-N和TN去除效果的主要因素。在温度较低时,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渗滤液尾水中含mg量大、ca含量大的原因渗滤液尾水的金属元素分析结果见表2。渗滤液尾水中除含有Na、K(2000～3000mg/L)外,由表2可知,含量较高的金属元素是Mg和Ca,其次是Al、Fe、Zn,其他金属的含量相对较小,但值得注意的是As的含量相对较高,其原因尚有待进一步研究。4个月渗滤液尾水中的含Mg量相差不大,其主要来源于海水。上海老港垃圾填埋场是一个海边滩涂填埋场,海水会浸入填埋单元,从而导致渗滤液中含有较高的Mg。同时,渗滤液和填埋垃圾中的一些污染物,尤其是一些高浓度有机污染物也会籍此扩散到海水中去,对靠近填埋场区域的海水造成污染。4个月的渗滤液尾水中含Ca量变化较大,这除了海水浸入的原因外,还与填埋垃圾的成分变化有关。填埋场填埋的垃圾除生活垃圾外,还包括一些建筑垃圾、工业废渣等,这些物质含Ca量较高。填埋的建筑垃圾和工业废渣所占的比例不同会导致渗滤液中含Ca量的不同。城市居民日常生活中所用的包含Al、Fe、Zn元素的物品相对比包含其他重金属元素的物品为多,因此生活垃圾中该3种金属元素含量相对较高,其在渗滤液尾水中也较高。2.3渗滤液尾水中含氮有机物情况渗滤液尾水的阴离子监测结果见表3。渗滤液尾水中含量较多的阴离子为Cl-、SO2-4和NO-3,NO-2因容易被氧化为NO-3,所以含量相对较少。Cl-、SO2-4含量高主要是由于海水浸入的原因,F-主要是由海水带入。其中Cl-含量变化较大,可能是由于填埋垃圾组分不同所造成。生活垃圾中,特别是厨余垃圾中含有大量含氯盐类及有机物,这些化合物在水解或微生物的作用下最终生成Cl-。NO-3和NO-2主要来自微生物对含氮有机物的降解作用。垃圾中的含氮有机物主要是蛋白质、尿素等大分子有机物,这些物质在生物处理过程中,较易被微生物降解脱出含氮基团,表4和表5的数据表明,渗滤液尾水中已几乎没有含氮有机物。4个月的渗滤液尾水中NO-3含量变化较大,3、12月较高,而6、9月较低,主要是因为反硝化菌的活性随温度变化而有所不同所致。2.4渗滤液尾水中有机物的降解经GC/MS自带的计算机谱库检索,只取可信度在60.00%以上的有机污染物,分析结果如表4和表5所示。垃圾渗滤液中含有的有机污染物比较复杂,其中还有致癌物、促癌物、辅致癌物和致突变物等有毒物质。杨志泉等用GC/MS法分析了广州大田山填埋场渗滤液的有机污染物,得到可信度在60.00%以上的有机污染物73种,而且有16种物质被列入我国环境优先控制污染物的黑名单中。刘军等用GC/MS法研究了人工模拟垃圾填埋产生的渗滤液,从中得到了可信度在60.00%以上的有机污染物34种,其中致癌物1种、促癌物和辅致癌物4种,致突变物1种。9月渗滤液尾水中的有机污染物,有3种存在于3月渗滤液尾水中,说明在3月的低温条件下,矿化垃圾生物反应床内微生物的活性降低,相当一部分有机物没有被降解。但即使在低温条件下,3月渗滤液尾水中的有机污染物也仅有14种,比国内其他学者分析的渗滤液中有机物种类少很多,说明大部分有机物被降解。然而,3月渗滤液尾水中被美国环保局(USEPA)列入优先污染物的有3种,列入我国环境优先控制污染物黑名单的有3种;9月尾水中有4种有机污染物,被USEPA列入优先污染物的有1种,列入我国环境优先控制污染物黑名单的有1种,说明渗滤液尾水仍有较强的污染性,对环境存在一定的威胁。3水景渗滤液尾水中无机类物质(1)垃圾渗滤液的生物处理效果随季节不同而有很大差异,主要是因为微生物活性在低温时受到较大抑制。垃圾渗滤液尾水中的污染物浓度仍然较高,BOD5/COD均小于0.012,且C∶N∶P比例严重失调,因此难以进一步生物降解,除有机物外,还有还原性无机类物质贡献了COD。(2)海边滩涂型填埋场渗滤液尾水中Ca、Mg、Cl-和SO2-4含量非