垃圾填埋场渗滤液浓缩液高级氧化组合技术研究

吕 伟 彭 磊 周星煜 魏敦庆

(深圳市深水生态环境技术有限公司，广东 深圳 518031)

生活垃圾渗滤液是垃圾堆体在雨水冲淋、机械压实和生物化学反应等作用下所产生的具有高浓度污染物的污水。垃圾渗滤液主要采用“预处理+膜生物反应器(MBR)+纳滤(NF)”工艺进行处理，但该工艺会产生15%～30%环境危害更大、更加难以处理的浓缩液[1]。目前，浓缩液处理方法包括回灌填埋场、蒸发处理、回喷焚烧炉或者用于飞灰增湿等，这些技术存在能耗高、效率低、稳定性差、副作用大等缺点，难于推广应用[2]。

高级氧化技术利用羟基自由基(·OH)的强氧化性产生链式反应，可以有效分解浓缩液中难以生物降解的有机物，使之断链转化为小分子，最终矿化为H2O、CO2和矿物盐[3]。H2O2、UV和臭氧联合可产生大量·OH，形成高级氧化反应。该过程因无二次污染产生、技术稳定可靠而受到研究者的广泛关注。笔者以深圳市某生活垃圾填埋场渗滤液纳滤浓缩液为研究对象，采用“混凝沉淀+高级氧化+硝化/反硝化(A/O)”工艺去除浓缩液中的COD和总氮，研究高级氧化对浓缩液中COD、总氮等指标的去除效果，以期为实际工程提供技术支撑。

1 材料和方法

1.1 实验材料

本实验浓缩液为纳滤浓缩液，呈深棕褐色，pH为7.6～9.1，COD浓度为5 500～6 300 mg·L-1，总氮浓度为240～280 mg·L-1，电导率为22 000～26 000 μS·cm-1。

1.2 实验装置

实验装置由混凝沉淀单元、高级氧化单元和A/O单元构成。混凝沉淀反应池为自制有机玻璃反应器，有效容积17 L，沉淀池为平流式。臭氧发生器采用派尼瑞普POZBO-700 g型，以纯氧气为气源制备臭氧。臭氧高级氧化反应采用三级串联柱状反应器，总有效容积为70 L。反应器内嵌带有高透光石英套管紫外灯，底部设有臭氧柱状布气器和双氧水加药口，顶部有尾气排放口，尾气经臭氧尾气毁灭器处理后排放。A/O系统水力停留时间为3 h，接种的活性污泥取自深圳市某水质净化厂二沉池污泥。

1.3 实验流程

垃圾渗滤液纳滤浓缩液经混凝沉淀处理后，泵入三级反应塔进行高级氧化反应。进水pH调至8.5，每级反应塔均按0.5 m3·h-1气流速度通入浓度为148 g·m-3的臭氧，双氧水按1:500比例与进水混合，注入高级氧化系统。高级氧化出水采用A/O法进一步处理。

1.4 水质检测

pH值采用pH计测定，色度采用色度仪测定，CODCr、BOD5、氨氮和总氮浓度均采用《水和废水监测分析方法(第四版)》中的方法进行测定。

2 结果和讨论

2.1 混凝沉淀实验

实验考察了混凝沉淀工艺对浓缩液中COD、总氮的处理效果。在PAM投加量为20 mg·L-1的条件下，COD和总氮的去除率随着PAFC投加量的增加而提高，在PAFC投加量为2.50 mg·L-1时去除率最高，最高的COD和总氮去除率分别可达67.4%、54.2%。在PAFC投加量为2.00 mg·L-1的条件下，COD和总氮去除率与PAM投加量并没有明显关系，表现较好的一组是PAM投加量为24 mg·L-1时，COD和总氮去除率分别为62.2%、50.0%。结果如表1所示。从经济效益方面考虑，PAFC、PAM最佳投加量分别为2.00 g·L-1、12 mg·L-1。在此投加量下，纳滤浓缩液的COD、氨氮去除率可达61.5%、47.9%，处理效果理想。但混凝沉淀出水COD浓度仍较高，需进一步处理。

表1 混凝剂最佳投加量

2.2 高级氧化实验

2.2.1 高级氧化对COD的去除效果

高级氧化工艺对浓缩液COD的处理效果如图1所示。浓缩液平均进水(即混凝沉淀出水，下同)COD浓度为2 288 mg·L-1，经过高级氧化工艺处理后，平均出水COD浓度为661 mg·L-1，平均COD去除率为71%，最高COD去除率为83%。相关研究表明，H2O2、UV可以引发O3生成大量具有更强氧化性的·OH，其氧化速率常数高达108～1010mol-1·L·s-1，比使用O3直接氧化高7个数量级，且能彻底降解有机物[4]。

图1 高级氧化对COD的去除

2.2.2 高级氧化对色度的去除

高级氧化工艺对浓缩液具有显著的脱色效果。浓缩液平均进水色度为2525度，经处理后，平均出水色度为15度，平均色度去除率为99.4%，最高色度去除率达99.8%，具体如图2所示。据相关研究显示，残留在浓缩液中的有机污染物通常是难以生化降解的腐殖质类物质[5]。腐殖质类物质具有醌结构、偶氮结构等生色基团，这些官能团使渗滤液呈黄色或棕色。臭氧分子很容易攻击生色基团所含有的苯环或氮-氮双键结构(或兼而有之)，一旦这些结构被破坏，颜色就会消失[6]。

图2 高级氧化对色度的去除

2.2.3 高级氧化对BOD5和BOD5/COD的影响

表2为高级氧化工艺对纳滤浓缩液BOD5和BOD5/COD的影响。浓缩液进水BOD5平均浓度为5.73 mg·L-1，经过高级氧化处理后，出水BOD5平均浓度为50.5 mg·L-1，BOD5浓度提高了7.8倍。同时，浓缩液进水极低的BOD5/COD值提高至0.10左右。这表明浓缩液可生化性得到了较大的提高，有利于后续生化处理。

表2 高级氧化对BOD5和BOD5/COD的影响

2.2.4 高级氧化对总氮和氨氮的影响

从图3可见，高级氧化工艺对浓缩液总氮的去除效果不明显，而氨氮则经历了一个从上升后又下降的过程。氨氮浓度经过第一级反应器后上升，这可能是浓缩液存在的部分难降解COD被矿化，其中有机氮转化成无机氮释放，有利于后续采用A/O法去除总氮。而在第二、三级反应器中，氨氮浓度则出现连续下降，推测是释放出的氨氮被氧化为硝态氮，因此表现出总氮变化不大，但氨氮下降的现象。

图3 高级氧化对总氮和氨氮的影响

2.3 A/O处理实验

由于浓缩液所含有机物大多不可被生物降解，因此采用高级氧化工艺提高浓缩液可生化性，并增加后续的生化处理，进一步提高COD和总氮去除率。在不额外添加碳源的情况下，生化处理实验的平均进水COD和总氮浓度分别为597 mg·L-1、121 mg·L-1，经生化处理后，平均出水COD和总氮浓度分别为442 mg·L-1、87 mg·L-1，平均COD和总氮去除率分别为26%、28%，最高COD和氨氮去除率分别达52%、43%，具体如图4所示。

图4 A/O处理对总氮和COD的影响

3 结论

(1)作为预处理工艺，在PAFC、PAM投加量分别为2.00 g·L-1、12 mg·L-1的条件下，混凝沉淀处理可去除浓缩液COD和总氮分别达到62%、48%。

(2)O3/UV/H2O2高级氧化工艺处理混凝沉淀出水，可以有效降解甚至矿化浓缩液中难以生化处理的COD，破坏发色基团，显著去除色度，提高浓缩液的可生化性。浓缩液中COD、色度的平均去除率分别为71%、99%。

(3)A/O法处理高级氧化出水，可以去除浓缩液中28%的总氮和26%的COD。

(4)“混凝沉淀+高级氧化+A/O”高级氧化组合技术处理垃圾填埋场渗滤液纳滤浓缩液，COD、总氮的去除率分别达到92%、63%。