垃圾焚烧发电厂储坑渗滤液与NaOH预处理秸秆混合厌氧消化试验研究

尹世军 张文阳 丁 兰

(1.江西省环境保护科学研究院，江西 南昌 330039；2.西南交通大学地球科学与环境工程学院，四川 成都 610031)

垃圾焚烧发电厂的储坑渗滤液主要来源于垃圾本身内含的水以及垃圾在堆酵过程中产生的水分。其COD高，成分复杂，含有大量如苯、萘、菲等杂环芳烃化合物、多环芳烃、酚、醇类化合物、苯胺类化合物等难降解有机物。其中可溶性有机物占多数，可生化性好[10，11]。目前，垃圾焚烧发电厂储坑渗滤液主要将其作为高浓度有机废水，采用厌氧生物处理技术结合超滤或反渗透膜技术进行处理。例如：采用新型序批式UASB—无污泥持留序批式反应器(WSBR)工艺，对各项污染物有较高的去除率[12]。采用厌氧-2级好氧(A/O2)-Fenton-曝气生物滤池(BAF)组合工艺，以及“两级UASB-A/O”组合工艺等[13、14]。这些处理技术均局限于将该储坑渗滤液做为高浓度有机废水进行处理，并未考虑在对其进行再生能源化资源化利用。而将储坑渗滤液与其它生物质垃圾进行混合厌氧消化的研究更鲜有报道。

秸秆由于其木质素在植物细胞壁中与纤维素和半纤维素等碳水化合物结合在一起形成“木质素-碳水化合物联合体而使其生物降解率较低，最高仅为纯碳水化合物的50%[1]。一般通过预处理可破坏秸秆的木质纤维素结构，以提高厌氧消化效率和产气量。

碱处理是秸秆预处理使用最多的方式[1、2、4]。用NaOH，Ca(OH)2或KOH等溶液浸泡秸秆或喷洒于秸秆表面，使秸秆的官能团受到破坏，以打开纤维素、半纤维素和木质素之间的酯键，使其发生断裂，从而提高消化率[3、8]。与未处理相比，其单位TS产气量明显提高，厌氧发酵时间显著缩短，纤维素比例也提高1/3左右[5、6]，经6%NaOH处理的稻草，厌氧发酵累积产气量可提高27.3%～64.5%[7]。

本研究将垃圾焚烧发电厂储坑渗滤液视做可再生资源，采用经NaOH预处理的秸秆与其进行混合厌氧消化，旨在探讨将该渗滤液再生能源化并与秸秆综合资源利用的可行性。

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验原料为干稻草，取自成都市郊区农田，秸秆在取用时无天然降解。将秸秆烘干、粉碎过30目方孔筛后放置备用。接种物取自绵阳塔子坝污水处理厂剩余污泥。

渗滤液取自成都九江垃圾焚烧发电厂垃圾储坑，颜色为土黄色，有恶臭。实验原料基本理化性质如下表：

表1 实验原料基本理化性质

1.2 实验方法

1.2.1 秸秆预处理实验

NaOH预处理秸秆方案：将称好的秸秆12.65g(0.3gVS/L负荷)容量为1L的烧杯中，取质量分数为4%NaOH溶液200ml，浸泡秸秆72小时，之后用滤纸滤掉浸泡液，并用蒸馏水清洗预处理后的秸秆至过滤液pH为7.5。将预处理完毕的秸秆在105℃环境下烘12小时至恒重备用。

1.2.2 活性污泥厌氧驯化

取500ml剩余污泥置于容量为1L密封的消化罐中，对污泥进行厌氧驯化至pH不再变化(pH=7.0)，无气体产生为止，结束污泥厌氧驯化。

1.2.3 试验装置

本实验采用1000ml的抽滤瓶作为厌氧消化罐，实验装置如图1。

1.取样口 2.加样口 3.导气口 4.消化罐 5.6.集气瓶 7.量杯 8.水浴锅图1 试验装置

1.2.4 混合厌氧消化试验

本研究设计了2组试验，见表2。其中，试验1为NaOH预处理秸秆+渗滤液试验组。试验2为NaOH预处理秸秆+无渗滤液比较试验对照组。试验温度控制在35±1，采用排水法收集气体。本试验初期产气主要是CO2，所以产气量从第6天开始记录。

表2 试验设计

1.3 分析检测方法

总固体含量(TS)：采用(105±5)℃烘干法[15]；挥发性固体含量(VS)：采用550～600 ℃灼烧法[15]；产气量：采用排水收集法；氨氮和VFA(挥发性脂肪酸)：蒸馏联合滴定法[16]。

2 结果与分析

2.1 高浓度渗滤液对厌氧消化过程的pH及VFA影响

经NaOH预处理秸秆+渗滤液(试验1)与未添加渗滤液试验(试验2)的pH及VFA变化趋势见图2。

图2 试验1和试验2pH、VFA变化趋势

比较试验1和试验2，二者的pH值和VFA变化趋势相近。试验运行初期二者的pH值均为7.1，在可生化范围内，随着水解、酸化的进行，二者的pH值均呈现出明显下降趋势，但试验1的pH下降速率要明显高于试验2，试验1在第7天时达到最低值6.4，而试验2在第14天时达到最低值6.7。初期试验1的VFA含量要明显高于试验2，这与渗滤液当中含有高浓度可溶性有机物有关。同时初期二者的VFA含量均呈现明显的上升趋势，并在第7天时达到最高，而试验1的VFA值要比试验2高出703.8 mg/L，说明在在水解酸化阶段，渗滤液中的高浓度可溶性有机物被产酸性细菌降解转化为有机酸，使得pH下降，VFA含量相对升高。

试验1和试验2在经历了各自的pH值最低点后，pH值开始逐步上升，试验1在第14天左右pH值已达到7.0，试验2在第21天左右pH值也达到7.0。同时，二者的VFA也相对逐步下降，说明反应系统有水解酸化阶段逐步过渡到甲烷化阶段。但在第7 ～14天，试验1的VFA下降速率要明显高于试验2，二者在第21天后VFA维持在220mg/L左右的稳定状态，而pH维持在7.1左右的稳定状态。

比较二者的pH值和VFA随反应过程的变化可见，尽管在试验1中加入了100ml焚烧发电厂储坑渗滤液，水解酸化阶段产生的VFA含量相对试验2要高，但高浓度渗滤液并没有影响反应系统正常的水解酸化和产甲烷化，在试验条件下，一定量的高浓度渗滤液可以和NaOH预处理秸秆形成混合厌氧消化系统。

2.2 高浓度渗滤液对厌氧消化过程产气量及产气率的影响

经试验1和试验2的产气量及产气率变化趋势见图3和图4。

由图可见，试验1和试验2在反应过程中产气趋势是相似的。在试验初期的第1～5天，二者均主要进行水解酸化阶段，VFA的含量明显升高，产生大量的以CO2为主的气体，第6天之后反应系统逐步开始进入甲烷化阶段，VFA的含量逐渐下降，产气量逐步上升，试验1在第15天时产气量和产气率均达到最大值，分别为565mL和283.21mL/gVS。试验2在第13天时产气量和产气率均达到最大值320mL和223.06mL/gVS，前者比后者的单日产气量多245mL，产气率高60.15mL/gVS。二者的产气量和产气率在达到最大值后，随着VFA的逐步完成，系统产气量和产气率也逐渐下降，第19天后逐渐回升，到第22天时，二者的产气量和产气率又达到相对极大值，此时试验2 的产气量和产气率要高于试验1，随后又呈现逐渐下降的趋势，到第27天后系统不再产气。

比较二者的产气量，试验1和试验2的总产气量分别为6650mL和4782mL。

由于试验1中添加了高浓度渗滤液，给系统带入较高浓度的VFA，使其反应系统产生的总产气量相对较高，使其比试验2的产气量多1868mL。由此说明，在试验条件下，加入一定量的高浓度渗滤液对系统的产气率和产气量的提升具有明显的促进作用。

图3 试验1和试验2产气量、VFA变化趋势

图4 试验1和试验2产气率、VFA变化趋势

3 试验结论

(1)焚烧发电厂储坑渗滤液是极难降解的高浓度有机废水。将此渗滤液100ml加入到经碱预处理的秸秆厌氧消化系统中，尽管其VFA值要比未加入渗滤液的试验2高出703.8 mg/L，但不会影响该反应系统从水解酸化阶段进入产甲烷阶段。

(2)该储坑渗滤液的加入，提高了混合厌氧系统的产气率和产气量。和产气情况分析可知，试验1比试验2的峰值产气率高出60.15mL/gVS，峰值日产气量高出245mL，总产气量高出1868mL。

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