何星基 蓝卓男 苏小建 蔡国华 罗习

【摘 要】文章介绍了高级氧化吸附法处理垃圾渗滤液的工艺，并通过絮凝沉降法和高级氧化法相结合的预处理工艺研究，比较了不同絮凝剂和不同氧化剂的处理效果。所得结果：在100 mL垃圾渗滤液中，加入1 mL0.15 g/mL聚合硫酸铁，采用石灰调pH值絮凝后，再加1 mL1 g/L KMnO4溶液氧化处理得到最佳预处理效果，预处理后的水通过ZH螯合吸附纤维柱中的吸附处理，能够进一步降低COD，经过该综合工艺处理，NH3-N、TP、COD等指标均达到国家排放标准。

【关键词】垃圾渗滤液；处理工艺；物理化学法；COD

【中图分类号】X703 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）01-0068-04

1 概述

卫生填埋法具有成本低、技术成熟、管理方便等优势而在垃圾处理中得到广泛应用，处理量占到垃圾处理总量的82%以上，但垃圾填埋过程中产生污染性极强的垃圾渗滤液，对环境造成危害。以日处理量为基准，卫生填埋场渗滤液产量为日填埋量的30%，目前我国城市生活垃圾填埋处理设施中产生渗滤液约6.4万t/d，1 t渗滤液所含污染物相当于100 t城市污水的浓度，毒性比常规的城市污水大得多[1]。

垃圾渗滤液是一种非常复杂的高浓度有机污水，组成复杂，有机物和氨氮的含量都很高。NH4+-N和COD的变化范围分别为1 000～3 000 mg/L和1 200～54 412 mg/L。重金属离子含量高，主要包括Fe、Zn、Cd、Cr、Hg、Mn、Pb、Ni等10多种重金属离子[2]。

目前垃圾渗滤液的处理方式主要以生物法为主，其中年轻渗滤液中易生物降解的有机物含量较高，BOD5/COD比较高，氨氮较低，适宜采用生物法处理。随着填埋场使用年限增加，可生化性会降低，氨氮大幅增加，这些都会抑制生物法的处理效果，因此中老龄场垃圾渗滤液不宜直接采用生物法处理。生物法对温度、水质和水量的变化比较敏感，无法处理难生物降解的有机物。而物化法对可生化性差、氨氮含量高的垃圾渗滤液有较好的处理效果，且不受水质和水量变化的影响，出水水质相对稳定，被广泛用于预处理和深度处理垃圾渗滤液。

2 实验研究

本文研究了通过物理化学法中絮凝沉淀法和化学氧化法的综合处理后，出水再经过纤维树脂柱的吸附和过滤处理达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）。通过絮凝沉淀实验在聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铝铁3种絮凝剂中选择高效、高质量的絮凝剂。通过实验，化学氧化法中MnO2、H2O2、KMnO43种氧化性强的氧化剂作为实验氧化剂使用，通过对比选择最佳的氧化剂。而絮凝剂和氧化剂的最优选是能使实验效果达到最佳。通过多种工艺联合使用，解决了垃圾渗滤液的原水中有机物和氨氮含量较高问题，该方法逐渐成为垃圾渗滤液处理的重要工艺。

2.1 预处理

2.1.1 絮凝沉降法

人们对垃圾渗滤液进行絮凝处理时，传统的处理工艺常采用一些无机低分子絮凝剂[3-4]或者石灰等沉淀剂[5]。如在垃圾渗滤液中加入聚合氯化铝、聚合硫酸铁或聚合氯化铝铁等无机高分子絮凝剂，发现不同种试剂对垃圾渗滤液的处理效果不同。聚合氯化铝铁COD的去除率（61%）和聚合氯化铝（60%）并无太大差距，但是聚合硫酸铁的絮凝效果最佳，COD去除率达68%。与传统的无机低分子絮凝剂比较，无机高分子絮凝剂的优点在于用量少、剩余污泥少、对水质pH影响小，在污水处理工艺上有广泛的应用。本文采用聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铝铁3种絮凝剂分别处理桂林市冲口垃圾填埋场的渗滤液，研究了这3种絮凝剂对垃圾渗滤液中COD、NH3-N和TP的去除效果，比较了3种絮凝剂的去除效果，确定适宜絮凝剂种类和最佳添加量，以达到最佳的处理效果。

2.1.1.1 实验材料与方法

（1）实验材料。垃圾渗滤液于2014年4月13日取自桂林市冲口垃圾填埋场，用塑料壶密封运回实验室。由于采样前受此垃圾填埋场位于的临桂县四塘乡冲口村区域有大到暴雨的天气影响，水样的各项污染物指标偏低，处理前的水质如下：色度1 120度，COD为778 mg/L，NH3-N为4.96 mg/L，TP为2.90 mg/L。

絮凝剂：聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铝铁。浓度均为0.15 g/mL，溶液各10 mL。

ZH重金属螯合吸附纤维：由桂林奥尼斯特节能环保科技有限公司提供。

（2）实验方法。垃圾渗滤液用H2SO4和NaOH调节pH值，并加入PAM试剂。NH3-N的测定采用中华人民共和国国家环境保护标准纳氏试剂分光光度法，COD采用重铬酸盐法测定，TP测定方法采用钼酸铵分光光度法[6]。

（3）最佳絮凝剂的选择。在同种浓度的条件下，不同种絮凝剂对垃圾渗滤液的COD、NH3-N、TP去除效果的影响。按实验方法，在3种絮凝剂的浓度都为0.15 g/mL的情况下，3种絮凝剂对同种同体积的垃圾渗滤液的处理效果不同。研究结果如图1所示。

由图1可知，当3種絮凝剂在同种浓度条件下，聚合硫酸铁对垃圾渗透液COD的去除效果最好，聚合氯化铝和聚合氯化铝铁的去除效果差别不大且都不如聚合硫酸铁。但是经过絮凝处理后的垃圾渗滤液的COD浓度均达不到国家排放标准（100 mg/L），聚合硫酸铁处理后的水质COD为241.94 mg/L，聚合氯化铝处理后的水质COD为306.45 mg/L，聚合氯化铝铁处理后的水质COD为298.29 mg/L。

NH3-N的去除是聚合硫酸铁的去除效果最好（0.58 mg/L），聚合氯化铝次之（1.01 mg/L），聚合氯化铝铁最差（1.19 mg/L）。3种絮凝剂处理后的水样NH3-N浓度均达到国家排放标准。

而对于TP来说，3种絮凝剂的去除效果都很好，均达到95%以上，并且处理后水质的TP浓度都达到国家排放标准。

因此，聚合硫酸铁是相对最佳的絮凝剂。

（4）不同浓度条件下聚合硫酸铁对垃圾渗滤液的COD去除效果。配成不同濃度的聚合硫酸铁溶液对垃圾渗滤液进行混凝处理，不同浓度值的聚合硫酸铁对絮凝效果有着重要影响，如图2所示。

在同批量聚合硫酸铁和垃圾渗滤液絮凝试验下，垃圾渗透液NH3-N的去除率和COD去除率有相似的趋势。当聚合硫酸铁的投加浓度在0.05～0.15 g/mL范围内变化时，垃圾渗透液的COD和NH3-N去除率随着此絮凝剂浓度的增加而增大，但浓度为0.15 g/mL时，COD和NH3-N的去除率随着聚合硫酸铁的浓度增加而减小，这可能是由于絮凝过程中，絮凝剂的水解引入了有机物，增加了COD和NH3-N的浓度。由图2可知，聚合硫酸铁在0.15 g/mL浓度时，对垃圾渗透液的COD和NH3-N去除率达到峰值69%和87%，但处理后的水质中COD浓度（241.91 mg/L）并没有达到国家排放标准（100 mg/L），而NH3-N浓度（0.58 mg/L）的去除效果比较显著，达到国家排放标准（25 mg/L）[6]。对于去除TP效果来说，聚合硫酸铁浓度在0.05 g/mL时去除效果最差，只有73%，当聚合硫酸铁浓度达到0.1 g/mL时，TP的去除率达100%，并且以此趋势一直到浓度为0.25 g/mL时略有下降至98%，但是TP的去除效果极佳，在浓度为0.1～0.25 g/mL范围内，均达到国家排放标准（3 mg/L）[6]。

2.1.1.2 结果与讨论

聚合硫酸铁作为无机高分子絮凝剂在pH为6～8条件下，浓度为0.15 g/mL时对垃圾渗透液的COD、NH3-N、TP都有较好的去除效果，因此，对垃圾渗滤液的絮凝预处理应选择浓度为0.15 g/mL的聚合硫酸铁。

2.1.2 高级化学氧化法处理絮凝后垃圾渗透液水样

化学氧化法可以有效地降解垃圾渗滤液中的难降解有机物，有利于后期（螯合纤维）处理，本文研究在一定量的垃圾渗滤液中分别投加一定量的30%浓度的H2O2、MnO2、KMnO4作为氧化剂进行氧化处理的方法。由于在预处理过程中NH3-N和TP去除率较高并且达到国家排放标准，故氧化处理垃圾渗透液只测定COD的去除率。相关数据见表1。

2.1.2.1 实验方法与材料

（1）H2O2氧化剂处理。取100 mL预处理后的垃圾渗透液置于烧杯中，将pH调至6～8，加入0.1 mL30%浓度的H2O2，此时，烧杯中的溶液有大量气泡产生，静置反应3 h后用重铬酸盐法测定COD。该氧化过程中产生的羟基自由基（·OH）具有较高的氧化功能，作为反应的中间产物，无选择性的氧化废水中的污染物，将其降解为CO2、水和无害盐，且不产生二次污染。该法处理后的水样COD浓度为118.78 mg/L，去除率为85%，但未达到国家排放标准。

随着H2O2投加量的增加，COD的去除率反而下降，表明随着H2O2投量增加，产生的羟基自由基在不断增多，COD去除率也在增大，但加入过多的H2O2时，过量的H2O2和羟基自由基发生如下反应[7]：

H2O2+·OH→H2O+HO2·

反应生成的HO2·氧化能力大大低于·OH，所以加入过多的H2O2反而会降低降解效果。

（2）KMnO4氧化剂处理。取100 mL预处理后的垃圾渗透液置于烧杯中，将pH调至中性范围后，往烧杯中加入1 mL浓度为0.1%的KMnO4溶液。静置反应3 h后，KMnO4的紫红色褪去，溶液生成黑色固体MnO2沉淀。用此办法处理后的水样COD浓度为98.3 mg/L，去除率达到87%，此法已经达到垃圾渗透液处理后的国家排放标准，但是由于浓度较高，并且有可能是实验操作引起的误差，故在用KMnO4氧化后还要继续研究能更好地去除有机污染物的方法——过ZH重金属螯合吸附纤维柱。

（3）MnO2氧化剂处理。利用MnO2的吸附性及氧化作用处理垃圾渗滤液，MnO2在水处理中的应用主要体现在它的吸附性和催化作用上。

①各取100 mL预处理后的垃圾渗透液置于烧杯中，用H2SO4和NaOH调节分别将溶液pH值调至2、3、4、5、6、7梯度，再在各烧杯中加入0.5 g MnO2固体后用六联搅拌器分别搅拌。搅拌速度为300 r/min，搅拌时间为1.5 h。反应后用重铬酸盐法测定COD[6]。由图3可知，在pH为3的情况下，NH3-N去除率在pH为3的情况下也达到峰值（COD为75%，NH3-N为88%），并且在各pH值范围内并无太大差距，处理后的NH3-N浓度均达到国家排放标准。TP的去除率几乎接近100%。但是COD去除率在pH为3时达到峰值（75%），而在其他pH值范围内，COD的去除率都不是很理想，并且最佳pH值条件下COD的去除率并没有达到国家排放标准。故MnO2在研究的3种氧化剂中不是最理想的氧化剂选择。MnO2氧化的最佳pH值如图3所示。

②最佳搅拌时间。在氧化过程中，氧化剂的氧化效果与氧化时间密切相关。本实验研究了MnO2在处理垃圾渗滤液时氧化搅拌时间与垃圾渗滤液中COD、NH3-N、TP的去除率关系。实验结果如图4所示。

由图4可知，当搅拌时间对COD的去除率没有很大影响，各时间范围内搅拌后的COD去除效果并无太大浮动，但在搅拌时间为1.5 h时去除率达到峰值（75%），但是搅拌时间的长短对NH3-N的去除效果有较大影响，搅拌时间为0.5～1 h时去除率达到峰值（55%～56%）。随着搅拌氧化时间的增加，NH3-N的去除率越低，可能是由于MnO2的形态不同，因为MnO2的形态对污染物的降解效果影响很大。TP的去除率稳定在99%不变，说明TP的去除在第一步絮凝沉淀过程中已经达到很好的效果。

2.1.2.2 结果与讨论

H2O2的氧化性较强，还原性较弱。在酸性或碱性溶液中，只是在遇到比它强的氧化剂时才表现出还原性。水样中的H2O2要消耗部分重铬酸钾，对化学需氧量的测定结果有影响。MnO2在氧化处理垃圾渗透液工艺上去除率并不是特别理想，并且MnO2在水处理中的应用主要体现在它的吸附性和催化作用上，MnO2的形态对污染物的降解效果影响很大，工艺较为复杂。在测定水样中的COD时，相对于H2O2和MnO2，KMnO4作为氧化剂反应现象较为直观且去除率略高，便捷了实验操作并且测定结果更为准确。KMnO4预氧化技术具有除浊、除臭、除色、除藻、有效去除水中无机污染物和有机污染物、控制消毒副产物及强化混凝等综合净水效能，在强化常规处理工艺、微污染水源水处理、深度处理方面发挥了独到的优势。KMnO4在氧化降解有机物过程中不会产生有毒、有害副产物，其最终还原产物为不溶性环境友好的锰氧化物，很容易从溶液中分离出来。此外，在应用的过程中，KMnO4氧化法还具有基建费用低、设备简单、运行管理方便、使用灵活的特点，可以根据水质变化情况随时调整药剂的投量。因而，KMnO4在各种工业废水、生活污水及微污染水的处理中均有广泛应用，其作为水处理的一种预处理技术具有良好的发展前景。在本研究中，KMnO4在3种氧化剂中将作为最优选择。

2.2 ZH重金属螯合吸附纤维处理垃圾渗滤液

螯合纤维和普通的离子交换树脂相比，应用形式多样，可满足各种工艺对强度、充填密度、形态尺寸的要求，具有比表面大、吸附与解吸速度快等许多普通离子交换树脂无法比拟的优点。故本实验采用ZH重金属螯合吸附纤维处理垃圾渗滤液。

2.2.1 实验材料与方法

2.2.1.1 实验材料

（1）经预处理（絮凝沉降和高级氧化）后的垃圾渗滤液200 mL。

（2）ZH重金属螯合吸附纤维由桂林奥尼斯特节能环保科技有限公司提供。相关数据见表2。

由表2可知，螯合吸附纤维的柱体积为84.6 cm3，则我们选择溶液流出纤维柱的流速为5倍柱体积值，即0.1 mL/s。

2.2.1.2 实验方法

（1）各取200 mL絮凝沉降预处理后的垃圾渗滤液与烧杯中，在1#烧杯中加入1 mL 1 g/L KMnO4溶液高级氧化2 h。在2#烧杯中加入0.1 mL 30%的H2O2溶液对絮凝沉降后的垃圾渗滤液进行氧化2 h。

（2）将预处理后的垃圾渗滤液倒入螯合吸附纤维柱，通过调整出水阀门控制出水流速为0.1 mL/s，对出水进行COD测定。

2.2.1.3 实验数据与结果分析

由表3可知，在预处理阶段，经过KMnO4高级氧化过后的垃圾渗滤液去除率达到87%，并且98.3 mg/L的浓度达到了国家排放标准（100 mg/L），但是由于兩个数值较为接近，并且可能由于操作误差会对数值有影响，为了确保能达到国家排放标准，将高级氧化后的水样通过螯合吸附纤维来降低COD浓度更为完善实验结果。而仅是通过H2O2高级氧化预处理后的水样，并没有达到国家排放标准，所以将水样进行螯合吸附纤维处理很有必要。

由表3可知，在KMnO4高级氧化后，水样通过柱体积为84.6 cm3 ZH重金属螯合吸附树脂柱后，水样的COD浓度从98.3 mg/L降到45 mg/L，去除率从87%上升到了94%，并且达到了国家排放标准。而在H2O2高级氧化后，水样通过柱体积为84.6 cm3 ZH重金属螯合吸附纤维柱，水样的COD浓度从118.78 mg/L降到58 mg/L，去除率上升了7%。通过预处理实验证明，在氧化剂的选择方面KMnO4占有很大优势，并且通过ZH重金属螯合吸附树脂柱处理后，COD去除效果也比H2O2的去除效果好。故在垃圾渗滤液的物理化学工艺上KMnO4发挥了极大的作用。

3 结论

本实验研究了垃圾渗滤液的物理化学工艺，并结合了ZH重金属螯合吸附纤维处理工艺以达到更加理想的实验效果。通过研究，在垃圾渗滤液的预处理工艺上，絮凝剂聚合硫酸铁浓度为0.15 g/mL，KMnO4浓度为1 g/mL，进行絮凝沉降处理及高级氧化处理，处理效果表现了絮凝剂和氧化剂的极大优点，而经过预处理后的水通过ZH重金属螯合吸附纤维处理便达到良好的效果。由于垃圾渗滤液具有特殊的水质，成分复杂，处理也比较复杂，通过单独的处理方法一般很难达到排放标准，通过多种工艺联合使用才能达到排放标准。因此该方法逐渐成为垃圾渗滤液处理的主导工艺，我国的垃圾渗滤液处理技术也越来越成熟。

参 考 文 献

[1]唐凤喜，曹国凭，刘景良，等.我国垃圾渗滤液处理现状及处理技术进展[J].河北联合大学学报（自然科学版），2012，34（1）：116-120.

[2]吴莉娜，涂楠楠，程继坤，等.垃圾渗滤液水质特性和处理技术研究[J].科学技术与工程，2014，14（31）：136-143.

[3]Amokrane A.，Comel C.，Veron J.Landfill leachatespre-treatment by coagulation-flocculation[J].Water Research，1997（31）：2775-2782.

[4]Wang P.，Lau I.，Fang H.H. P.，et al.Landfill lea-chatetreatment with combined UASB and Fenton coagulation[J].Journal of EnvironmentalScience and Health PartA，2000（35）：1981～1988.

[5]e en F.，Gürsoy G.Characterization of landfill leachatesand studies on heavymetal remova[J].l Journal of Environment Monitoring，2000（2）：436～442.

[6]HJ 535—2009，中华人民共和国国家环境保护标准[S].2009.

[7]张晖，Huang C P.Fenton法处理垃圾渗滤液的影响因素分析[J].中国给水排水，2002，18（3）：14-17.

[责任编辑：钟声贤]