（环境工程专业论文）难降解渗滤液溶解性有机物特征分析及其在处理工艺中的应用.pdf

摘要 除率很低，如p f s 对4 k 以上有机物去除率为8 9 ，而对l k 以下的仅为2 3 5 。 这一结果揭示了分子量在l k 以下有机物约占4 0 的循环豳灌出水，采用混凝法 处理c o d 去除率不离的根源。 ( 4 ) 对循环回灌出水进行电解处理，确定了最佳工程操作参数为：极板间 距1 0 m m ，电流密度1 0 m m 2 ，氯离子浓度5 0 0 0m g l 和p h 值8 。电解过程中 间接氧化起主要作用，电解产生的c l o - 优先完全去除n h 3 - n 。由于电流效率隧 电解时间的延长而下降，本文提出合理的电化学处理渗滤液应控制在n h 3 n 全 部去除而b o d c o d 上升至0 3 的水平上。 ( 5 ) 从d o m 分子量分级和亲水一憎水性角度，首次对电解氧化法处理渗滤 液的物质去除特钲进行了研究。实验结果证明，有机物在电解氧化过程中按照 大分予物质向小分子物质的形式转变；电解氧化9 0 m i n 可有效去除大分子和腐 殖酸类物质，且出水的可生化性显著提高。这一结果可为电解氧化法处理大分 子量的难降解物质提供一定理论依据。+ ( 6 ) 对各处理工艺过程中d o m 去除特征进行分析，结果表明，对小分子量 和亲水性有机物占主要部分且芳构化程度比较低的渗滤液，应采用生物处理方 法；对大分子量有机物和腐殖质占主要部分且芳构化程度院较高的渗滤液，可 采用混凝或电解的方法，进一步提高其可生化性和去除率。这一特征分拼方法 可为水处理工艺的选择提供借鉴。 关键词：渗滤液，溶解性有机物，分子量分级，亲水一憎米性分类，混凝，电 化学氧化 a b s t r a c t a b s tr a c t t h er e l e a s eo fl e a c h a t et ot h ee n v i r o n m e n ti so n eo ft h em a j o re n v i r o n m e n t a l i m p a c t sr e l a t e dt od i s p o s a lo fw a s t e d u et ot h eg r e a t l yv a r i a b l ev o l u m e t r i cf l o wa n d c h e m i c a lc o m p o s i t i o n ，l e a c h a t et r e a t m e n th a sb e e np r o v e dt ob ed i f f i c u l ta sh i g h r u n n i n gc o s ta n dl o n gt r e a t m e n tp r o c e s s e s f o rl e a c h a t ef r o mo l dl a n d f i l l s ，t h e p r o b l e mi se s p e c i a l l ys e r i o u s 。a sar e s u l t ，t e c h n i c a l l ya n de c o n o m i c a l l ye f f e c t i v e t r e a t m e n tp r o c e s s e sf o rl e a c h a t eh a v e b e e np a i d g r e a ta t t e n t i o nd u r i n g t h e d e v e l o p m e n to f l a n d f i l l t e c h n o l o g yn a t i o n a l l y a n di n t e r n a t i o n a l l y i n w h i c h ， k n o w l e d g eo ft h ec h a r a c t e r i s t i c so fl e a c h a t ep l a y sa ni m p o r t a n tr o l e p r e v i o u sr e s e a r c hr e s u l t sa n dr u n n i n ge x p e r i e n c e si n d i c a t e dt h a tt h ei n d i c e so f c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ( c o d ) a n dt o t a lo r g a n i cc a r b o n ( t o c ) a r ef a rf r o m e n o u g ht od i r e c tt h ep r a c t i c a lo p e r a t i o no fl e a c h a t et r e a t m e n t i nt h i sp a p e r , d i s s o l v e d o r g a n i cm a t t e r ( d o m ) w a sc h o s e na st a r g e tt oc l a s s i f yl e a c h a t ea n da sb a s i sf o r s e l e c t i n ga p p r o p r i a t et r e a t m e n tp r o c e s s 。t h el e a c h a t e sf r o mal a b o r a t o r ys i m u l a t e d l a n d f i l lc o l u m n sa n dl a o g a n gl a n d f i l ls i t ew e r er e c i r c u l a t e di n t os i m u l a t e dl a n d f i l l l a y e r s ，d u r i n gw h i c ht h ee v o l u t i o n so fh y d r o p h i l i c h y d r o p h o b i ef r a c t i o n a t i o n ( h u m i c a c i d ，f u l v i ca c i da n dh y d r o p h i l i cf r a c t i o n s ) a n dm o l e c u l a rw e i g h tg r a d eo fd o mi n t h el e a c h a t ew e r ea n a l y z e dt os t u d yt h er e m o v a le f f e c to fc o n t a m i n a n t s b yt h i s m e a n s ，f i v ek i n d so fb i o r e f r a c t o r yl e a c h a t ef r o md i f f e r e n tt r e a t m e n tu n i t sw e r e c h a r a c t e r i z e d ，a n db a s e do nt h ea n a l y t i c a lr e s u l t s ，c o a g u l a t i o na n de l e c t r o c h e m i c a l o x i d a t i o nw e r ec h o s e nt od e a lw i t ht h eb i o r e f r a c t o r yl e a c h a t e s 。t h er e m o v a l c h a r a c t e r i s t i c sa n df e a s i b i l i t yo ft h e s et r e a t m e n tm e t h o d so nd o mw e r ei n v e s t i g a t e d ， a n dt h em e c h a n i s ma n da p p l i c a b i l i t yw e r ea l s od i s c u s s e di nt h ep a p e r , d e s c r i b e di n d e t a i la sf o l l o w s ( 1 ) t h ec h a r a c t e r i s t i c so fd o mi nt h ef i v ek i n d so fb i o r e f m c t o r yl e a c h a t ew e r e a n a l y z e db a s e do nt h eh y d r o p h i l i c h y d r o p h o b i cf r a c t i o n a t i o na n dm o l e c u l a rw e i g h t g r a d eo ft h ed o m 。t h er e s u l t ss h o w e dt h a td o m i nt h eb i o r e f r a c t o r yl e a c h a t ew a s m a i n l yc o m p o s e do fo r g a n i cs u b s t a n c e sw i t hm o l e c u l a rw e i g h tb e l o w4 k h u m i e 1 1 1 a b s t r a c t s u b s t a n c e sa c c o u n t e df o ra b o u t t h ec h a r a c t e r i z a t i o no fd o mi n 6 0 o f d o m ，r e s u l t i n gi nh i g ha r o m a t i c i t ye x t e n t t h el e a c h a t e sp r o v i d e ds c i e n t i f i cb a s i sf o r t h ec h o i c e o ft r e a t m e n tt e c h n i q u e s ( 2 ) d e c o n t a m i n a t i o ne f f e c t so fl e a c h a t e sd u r i n gd i f f e r e n td e g r a d a t i o n sw e r e e v a l u a t e da sv i e w e df r o mh y d r o p h i l i c h y d r o p h o b i cf r a c t i o n a t i o na n dm o l e c u l a r w e i g h tg r a d eo fd o m i tw a sc o n c l u d e dt h a t ，h y d r o p h i l i co r g a n i cm a t t e ra n dd o m w i t hl o wm o l e c u l a rw e i g h tw e r em o r ee a s i l yd e g r a d e d a f t e rb i o l o g i c a lt r e a t m e n t ， t h ep r o p o r t i o no fh u m i cm a t t e ra n dd o mw i t hh i g hm o l e c u l a rw e i g h ti n c r e a s e d a n a e r o b i c ，i n t e r m i t t e n tm i c r o a e r o b i ca n dn a t u r a la e r o b i cc o n d i t i o n sw e r e r e s p e c t i v e l ya p p l i e di nt h el a n d f i l ll a y e r st ot r e a tt h el e a c h a t e t h er e s u l t ss h o w e d t h a t ，t h er e m o v a le f f e c to fo r g a n i cm a t t e rw i t hl o wm o l e c u l a rw e i g h tu n d e ra e r o b i c e n v i r o n m e n tw a sp r e c e d e db yt h a tu n d e ra n a e r o b i ce n v i r o n m e n t ( 3 ) c o dr e m o v a le f f i c i e n c yo ft h er e c i r c u l a t e dl e a c h a t eb yi r o nc o a g u l a n tw a s h i g h e rt h a nt h a tb ya l u m i n u mc o a g u l a n t 58 o fc o di nt h el e a c h a t ec o u l db e r e m o v e db yp o l y f e r r i cs u l p h a t e ( p f s ) c o a g u l a t i o nw a se f f e c t i v et oe l i m i n a t eh u m i c m a t t e ra n dd o mw i t h h i g hm o l e c u l a rw e i g h t ，w h i l ei n e f f i c i e n tt od e a lw i t h h y d r o p h i l i cs u b s t a n c e sa n dl o wm o l e c u l a rw e i g h to r g a n i cm a t t e r f o re x a m p l e ，p f s c o a g u l a n tc o u l dr e d u c e8 9 o ft h eo r g a n i cm a t t e rw i t ht h em o l e c u l a rw e i g h th i g h t h a n4 kw h i l e2 3 5 o ft h eo r g a n i cm a t t e rw i t ht h em o l e c u l a rw e i g h tb e l o wik c o n s i d e r i n gt h ep r o p o r t i o no fd o mw i t hm o l e c u l a rw e i g h t l ki nt h er e c i r c u l a t e d l e a c h a t ew a sa sh i g ha s4 0 ，t h a tw h yt h ec o a g u l a t i o ne f f i c i e n c yw a su n s a t i s f i e d c o u l db ee x p l a i n e d ( 4 ) t h eo p t i m u me l e c t r o l y s i sc o n d i t i o n s f o rt h er e c i r c u l a t e dl e a c h a t ew e r e e l e c t r o l y t i cg a po f10 m m ，e l e c t r i c a ld e n s i t yo f10 a d m 2 ，c l 。c o n c e n t r a t i o no f5 0 0 0 m g la n dp ho f8 t h eh y p o c h l o r o u s ( c i o 。) p r o d u c e dd u r i n g e l e c t r o l y s i s p r e f e r e n t i a l l yo x i d i z e da m m o n i an i t r o g e n ( n h 3 - n ) t h ec u r r e n te f f i c i e n c yd e c l i n e d w i t ht h ee x t e n d i n go ft h ee l e c t r o l y s i s a c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ，t h e o p t i m a le l e c t r o c h e m i c a lo x i d a t i o no ft h el e a c h a t ew a sp r o p o s e da st h a t ，n h 3 - nw a s c o m p l e t e l yr e m o v e da n dt h eb o d c o dr a t i or o s et o0 3 ( 5 ) n ed e c o n t a m i n a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft h er e c i r c u l a t e dl e a c h a t et h r o u g h e l e c t r o l y t i co x i d a t i o nw e r es t u d i e db a s e do nt h ee v o l u t i o no ft h em o l e c u l a rw e i g h t a b s t r a c t d i s t r i b u t i o n ，c o m p o s i t i o no fh u m i ca c i d ( h a ) ，f u l v i ca c i d ( f a ) a n dh y d r o p h i l i c ( h y i ) f r a c t i o n so fd o m t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ed o mw i t hh i 曲m o l e c u l a rw e i g h t t e n d e dt ob ec o n v e r t e dt ol o wm o l e c u l e st h r o u g he l e c t r o l y s i s ；e l e c t r o l y s i sm a i n l y r e s u l t e di nt h ed e g r a d a t i o no fh u m i cs u b s t a n c e sa n dh i g hm o l e c u l a rd o m ，a n dt h e b o d c o dr a t i oo ft h el e a c h a t ei n c r e a s e di n9 0 m i n ，w h i c hp r o v i d e dt h et h e o r yb a s i s f o ro t h e rb i o r e f r a c t o r ym a t t e rw i t hh i 曲m o l e c u l a rw e i g h tt r e a t e db ye l e c t r o l y s i s ( 6 ) a c c o r d i n gt ot h ed e c o n t a m i n a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fd i f f e r e n tt r e a t m e n t p r o c e s s e s ，t h el e a c h a t e sw i t hh i 曲c o n t e n to fl o w m o l e c u l a rw e i g h ta n dh y d r o p h i l i e d o mt o g e t h e rw i t hl o ws p e c i f i cu l t r a v i o l e ta b s o r b a n c ew e r es u i t a b l et ob e b i o l o g i c a l l yt r e a t e d ；w h i l et h el e a c h a t e sm a i n l yc o n t a i n i n gh i g hm o l e c u l a rw e i g h t a n dh u m i cs u b s t a n c e sw i t hh i 曲s p e c i f i cu l t r a v i o l e ta b s o r b a n c ew o u l db e t t e rb e t r e a t e db yc o a g u l a t i o no re l e c t r o l y s i sw h i c hc o u l de n h a n c ei t sd e g r a d a b i l i t ya n d r e m o v a le f f i c i e n c y t h em e t h o do fa n a l y t i c a lc h a r a c t e r i s t i co fd o mo f f e r e ds o m e r e f e r e n c et ot h ed e c i s i o n m a k i n go ft r e a t m e n tt e c h n i q u e s 。 k e yw o r d s ：l e a c h a t e ，d i s s o l v e do r g a n i cm a t t e r , m o l e c u l a rw e i g h tg r a d e ， h y d r o p h i l i c h y d r o p h o b i cf r a c t i o n a t i o n ，c o a g u l a t i o n ，e l e c t r o c h e m i c a lo x i d a t i o n v 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提 供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国 家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目 的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活 动。 本论文不原意加入任何数据库蛰 学位论文作者签名：鼯孵 姑年了月z 日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在五年解密后适用本 授权书。 指导教师签名：李。面九 学位论文作者签名：撇蓐 硝年3 月2 - e l 铡穸年；月z e 1 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的博士学位论文难降解渗滤液溶解性有 机物特征分析及其在处理工艺的应用，是本人在导师指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位 论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及 的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标 明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 签名：荔偿够 2 0 0 5 年2 月2 0 日 第1 章综述 第1 章综述 随着经济的发震，城市规模的扩大，由城市生活垃圾造成的环境污染日益 严重，城市生活垃圾的处理和处置成为世界各阑普遍关注的问题。城市生活垃 圾处理处置的主要技术方法有卫生填埋、堆肥、焚烧和热解等几种，其中卫生 填埋既是目前城市生活垃圾应用率最大的处理处置技术，也是网体废物的最终 处置手段，是任何固体凌物处理处置体系中都不可缺少的。僵由于壤埋产生的 渗滤液是种有毒有害的高浓度有机废水，如果不采取收集和处理措施，就会 引起地表水、地下水、土壤等严重的二次污染【lj i 引。为了减少渗滤液对环境的污 染，对卫生填埋的防渗和覆盖要求愈来愈高，而这叉使得填埋场的稳定周期越 来越长。盘2 0 世纪7 0 年代起，美重、英毽、加拿大、澳大利贬、德国、丹麦、 意大利、瑞典和日本等国相继开始了生物反应器填埋场的研刭3 j 1 4 j 。生物反应器 型垃圾填埋技术除了具有一般卫生填埋场的垃圾贮留功能外，还具有降低渗滤 液污染强度、增加填埋场有效容积、提高产气量、填埋场稳定快、降低垃圾处 置成本等优势f 5 1 f i i1 1 8 ，成了当今垃圾填埋技术发展的一个方向。虽然生物反应 器填埋技术可以削减污染负荷和渗滤液产生量，但却不能完全消除渗滤液，循 环回灌后的渗滤液仍需进行处理方能达到排放要求汐j 。 因此，不论是卫生填埋场还是生物反应器填埋场，渗滤液处理均是需面临 的一大难题。要解决渗滤液污染问题，除了必须加强垃圾填埋场的管理，尽量 减少渗滤液的产生外，关键还是要对渗滤液进行必要的处理，使其达标排放。 但由于填埋场渗滤液斡产生受垃圾组成、垃圾含水率、垃圾填埋层温度、垃圾 填埋时间、填埋工艺、降陌渗透量等因素的影响i lo - ，尤其是降雨量和填埋时间 的影响l ，水质水量变化范围大，渗滤液成分复杂，这使得渗滤液的处理比城 市污水的处理要复杂得多。现有渗滤液处理系统存在投资、运行费用高，处理 流程长，处理过程操作管理困难，最终排放的渗滤液不达标等阀题，特别是老 填埋场渗滤液可生化性差，问题尤为严重。目前，垃圾渗滤液的处理技术已经 成为国内外研究的一个热点u 羽，渗滤液的有效处理成为填埋技术发展中亟待解 决的一个闯题，为勰决这一难题有必要对渗滤液的性质徽更深入的研究。 第l 章综述 1 。1 研究背景 由于渗滤液成分复杂，水溪变化范围大，使其处理工艺一般长褥复杂，这 为选择合适的处理工艺增加了难度。对垃圾填埋场渗滤液的处理来说，仅用 c o d 或t o c 等有机物总体指标己不足以反映渗滤液中各有机物组份之间数量 和性质上的变化，特别是仅根据c o d 或t o c 等指标很难指导选择合适的渗滤 液处理工艺。国内外研究者已用气相色谱质谱法( g c 删s ) 对渗滤液中有机污 染物的组分进行了分析鉴定，如：o m a n 、郑曼英等1 1 2 j 【l3 j 在渗滤液中发现了几 十种不同的有机污染物。但是常规g c m s 仅能检测出挥发性或半挥发性的分子 量在3 0 0 - - 5 0 0 以下的有机物，不能检出水中分子量大于3 0 0 - - 5 0 0 的有机组份 ( 大多为腐殖质) ，而且如果要在工程中将水中每一种有机物分别检测出，不仅 在技术和经济上有难度，而且其结果也难以直接指导处理工艺的选择。因此亟 需建立适宜的渗滤液表征方法，使其既能够描述渗滤液中各有祝组分的性质， 又适予指导处理工艺选择的需要。 本论文提出用渗滤液中溶解性有机物( d i s s o l v e do r g a n i cm a t t e r ，简称d o m ) 分类特征作为一种指标，通过d o m 的分类特征来指导渗滤液处理工艺的合理 选择。d o m 是指水体中麓遥过0 4 5 1 a m 滤膜的、一系列具有不同结构及分子量 大小的有机物( 如低分子量的游离氨基酸、碳水化合物、有机酸等和大分子量的 酶、氨基糖、多酚和腐殖质等) 的总称1 1 4 1 。d o m 是陆地生态系统和水生生态系 统中的一种重要的、活跃的化学组分，它影响环境的酸碱特性、营养物质的有 效性、污染物质的环境行为特性( 如污染物质的毒性、迁移转化特性以及生物可 降解性等) ：同时，d o m 与水体富营养化以及温室气体的排放也有蓿密切的联 系i 翻i 1 7 1 ，另外，溶解性有机物的性质也是影响水处理工艺的基本水质特性 湖，因此研究渗滤液中的溶鳃性有枧组分对了解其水质特性及选择处理工艺 有重要作用。本论文根据d o m 的理化特性，将它们分类为不同的形态加以研 究，试图以此作为渗滤液的一种可行的表征方法，具体采用d o m 分子量分级 和亲水一憎水性分类的方法对渗滤液进行特征分折；根据d o m 的理化特性， 对混凝和电化学法处理渗滤液中的生物难降解性物质的去除特性进行研究。 第l 章综述 1 。2 研究目的和意义 ( 1 ) 从d o m 分子量分级和亲水性一憎水性分类囊度，对填埋垃圾稳定过程 中渗滤液d o m 的分类特征进行分析，找出渗滤液在填埋层内降解过程中的 d o m 去除规律。对多种条件下的难降解渗滤液中d o m 进行表征，更进步地 了解难降解渗滤液水质特征，并为处理工艺的选择提供依据。 ( 2 ) 根据难降解渗滤液d o m 的分类特征，采用混凝和电化学氧化法处理难 降解渗滤液，确定其最优操作条件，为工程应用提供依据。 ( 3 ) 对混凝和电化学氧化法处理难降解渗滤液的进出水进行d o m 表征，探 求混凝和电化学氧化去除d o m 的特性。 ( 4 ) 对多种处理工艺的进出水进行d o m 特征分析，找出水质变化与处理工 艺的关系，可为以后选择水处理工艺提供一定的借鉴。 。3 研究内容 ( 1 ) 以实验室模拟填埋柱中原生垃圾产生的新鲜渗滤液，及厌氧、闻歇微氧和自 然通风三种壤埋形式下产生的新鲜渗滤液再分别循环回灌进原填埋柱的出 水为研究对象，从d o m 分子量分级和亲水一噌水性分类角度，对新鲜渗滤 液及各自循环回灌出水的d o m 去除特性进行表征，并探讨不同类型的填埋 层在渗滤液降解过程中对有机物去除的影响。 ( 2 ) 以上海老港垃圾填埋场调节浊的渗滤液及其经实验室处于稳定产甲烷阶段 的厌氧垃圾填埋柱一次回灌出水和循环回灌出水为研究对象，从d o m 分子 量分级和亲水性一憎水性分类角度，对渗滤液经获氧垃圾填埋柱循环回灌处 理过程中的有机物去除规律进行分析，并与老港填埋场渗滤液经厌氧塘一缺 氧塘一好氧塘处理后的出水进行比较，探讨不同工艺过程对有机物去除的规 律。 ( 3 ) 以厌氧、闻欹微氧和自然通风条件下渗滤液循环隧灌出水、老港渗滤液经处 予稳定产甲烷阶段的厌氧填埋柱循环回灌出水，以及老港渗滤液经氧化塘处 理后的出水共五种难降解渗滤液为研究对象，从d o m 分子量分级和亲水性 一憎水性分类角度，对难降解渗滤液的水质特性进行深层次的研究，以便为 渗滤液的处理工艺提供依据。 第1 章综述 ( 4 ) 以c o d 的去除率为评价指标，研究混凝p h 值、混凝剂类型及投加量等最 佳混凝条件。在最佳混凝条件下，比较循环回灌出水混凝处理前后的分子量 变优和h a 、f a 和h y i 酶变化，并对不同分子量区间的有机物和从循环回 灌出水中分离出的h a 、f a 和h y i 进行混凝沉淀实验，探讨混凝对循环回 灌出水中有机物的去除规律。 ( 5 ) 以n h 3 - n 和c o d 的去除率为评价指标，考察循环回灌如水的电解影响因素， 如c l “浓度、电流密度、p h 值、极板闻距等对污染物去除的影响，确定电化 学处理循环回灌出水的最佳工艺操作条件。 ( 6 ) 采用d o m 亲水性一憎水性分类和分子量分级方法，表征在优化工况下电化 学处理过程中d o m 的变化，分析电化学氧纯对渗滤液中难降解有梳物的去 除规律。 ( 7 ) 分析电解过程中可吸附有机卤素( a o x ) 的变化规律，考察n h 3 一n 浓度高 低对d o m 氧化去除特性的影响，同时计算氧化过程中污染物去除的法拉第 电流效率，讨论电化学氧化的应用价值。 1 4 研究的创新点 ( 1 ) 首次从d o m 分子量分级和亲水性一憎水性分类角度，对填埋垃圾稳 定过程中渗滤液的d o m 分类特征变化进行分析，找出了渗滤液在填 埋层内降解过程中的d o m 去除规律。对多种条件下的难降解渗滤液 中d o m 进行分类特，征研究，为难降解渗滤液处理方法的选择提供科 学依据。 ( 2 ) 分别对从循环回灌出水中分离出的h a 、f a 和h y i 三种组分进行混凝 处理，深入分析了混凝沉淀对渗滤液中难降解有机物的去除规律。 ( 3 ) 首次采用d o m 分子量分级和亲水一憎水性分类方法，在优化工况下 表征电化学过程中d o m 的变化，深入研究了电化学氧化对渗滤液中 难降解有机物的去除规律。 第2 章国内外研究状况 第2 章国内外研究状况 2 1 渗滤液水质分析的国内外研究状况 城市垃圾填埋场渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水，其水质的变化 受多种因素的影响u o l ，但有一定的阶段性变化规律。由表2 1 可以看出，在不 同阶段，传统填埋场和生物反应器填埋场渗滤液的水质特点会发生不同的变化， 但即使在网一阶段渗滤液因受多种因素的影响，水质变化范围也比较大。总体 而言，渗滤液水质的变化可以直接反映填埋场内垃圾中有机物在微生物作用下 生物降解和稳定化的过程1 2 。对渗滤液成分进行分析，可以了解渗滤液的水质 及其在填埋场中的降解规律，并为水处理工艺的选择提供依据。 表2 1 传统填埋场与生物反应器填埋场渗滤液组成1 2 0 l t a b 2 1t h ec o m p o s i o no fl e a c h a t ef r o mt r a d i t i o n a ll a n d f i l ls i t ea n db i o r e a c t o rl a n d f i l ls i t e 过渡期产酸期产甲烷期稳定期 搔标 传统生物反应传统生物反疲器传统生物反应器传统生物反艨 填埋场器填埋场填煺场填埋场填埋场填埋场填埋场器填埋场 c o d ( m g l )4 8 秘1 8 0 0 02 秘。2 0 01 5 0 一7 1 0 0 0l1 6 o 一4 5 5 g5 8 弧9 7 6 l s e 乳1 7 0 0 0 3 l 9 0 07 7 一l 7 。翰 以己黢计 l o 岱v 3 2 0 嵇一2 7 3 0 0 协”18 8 弼 l 一3 0 7 3 0 2 5 0 - 4 0 0 00 - 3 9 0 0g ( r a g l ) b o d ，c o d0 2 3 o 8 7o 1 o 9 80 4 0 80 4 5 o 9 5o 1 7 o 6 4o 0 5 o 8 0 0 2 0 1 3o 0 5 0 0 8 n h 3 - n ( m g l ) 1 2 0 1 2 57 6 1 2 5 2 1 0 3 00 - 1 8 0 0 每一4 3 03 2 1 8 5 06 - - 4 3 04 2 0 - 5 8 0 p h 6 75 4 - 8 i4 7 - 7 7 5 7 7 4 6 3 8 8 5 9 - 8 67 1 8 87 4 8 3 渗滤液中有机物质的组成极其复杂，墨前许多研究者对渗滤液水质及其降 解过程的研究常采用c o d 、t o c 等综合水质指标来评判【矧。如：y a z d a n i 等【2 3 】 在加州y o l o 县现场研究表明，渗滤液回灌到填埋场一年后，渗滤液中的c o d 、 b o d 窝t o c 达到稳定状态，去除窭分别达8 9 0 、9 8 4 和8 9 o ；邹庐泉等 【2 4 j 【2 5 】通过模拟试验，对生物反应器填埋场的渗滤液污染物( c o d 、v f a 和n h 3 - n 等) 的浓度变化特征进行了研究；刘疆鹰等【2 6 1 1 2 7 1 对上海老港试验场渗滤液氨氮和 c o d 质量浓度进行长达3 。5 年的测定，建立了填埋场渗滤液n h 3 - n 和c o d 质 s 。 第2 章国内外研究状况 量浓度随时间变化的数学模型。但这些研究都没有反映渗滤液降解过程中各有 机物组份之间数量和性质上的变化，不能说明生物难降解物质主要是哪一类物 质，其研究结采也不链缀好地指导处理王艺的选择，这就需要对其进行更深入 的水质表征以研究渗滤液的水质特征及其降解规律。 溶解性有机物( d o m ) 是指水体中一系列具有不同结构及分子量大小的， 能通过0 4 5 9 m 滤膜的有机物( 如低分子量的游离氨基酸、碳水化合物、有机酸 等和大分子量的酶、氨基糖、多酚和瘸殪质等) 的总称4 1 。渗滤液中的d o m 是 影响水处理工艺的基本水质特性【l5 1 ，因此研究渗滤液中的溶解性有机组分对了 解其水质特性及选择处理工艺有重要作用。目前有很多研究者对各种污水和原 水中的d o m 特性进行了研究，美蘸地震调查局( u s g s ) 已提出以树脂吸附和离 子交换为基础的水中有机物的分类和富集技术【1 5 1 ，另外还有一些现代表征技术， 如：分子量分布的测定分析( 包括膜滤法【2 8 j 和凝胶色谱分析f 2 川) 、元素组成分析 3 0 】、g c m s 1 2 1 1 3 、h _ n m r 3 攒、c _ n m r 3 2 及荧光光谱两渊等，已广泛用于各类 天然水、地下水及污水处理厂怒东等多种水样中的d o m 表征及其环境行为研 究。 在上述d o m 表征方法中，气相色谱质谱法( g c 舢s ) 可对渗滤液中有机 污染物的组分进行鉴定强n 。利用此种方法，o m a n 1 2 1 等在多个填埋场渗滤液中 发现了1 5 0 多种不网的有机污染物；郑曼英等1 1 3 j 从广州大田山垃圾填埋场渗滤 液中检测出的有机污染物有7 7 种，其中芳烃类2 9 种，烯烃类1 8 种，酸类8 种， 酯类5 种，醇、酚类6 种，醛、酮类4 种，酰胺类2 种，其它5 种。但是常规 g c 舢s 仅能检澳出挥发性或半挥发性的分子量在3 0 0 - - 5 0 0 以下的有机物，水 中分子量大于3 0 0 - - 5 0 0 的有机组份( 大多为腐殖质) 未能检出1 3 5 j 。 仅根据c o d 或t o c 等指标很难选择合适的渗滤液处理工艺，利用气相色 谱质谱法( g c m s ) 将水中每一种( 如果可能的话) 有机物分别检出，显然可 提供更全面的渗滤液d o m 特性，尤其是对分析渗滤液的环境影响非常有帮助， 但g c m s 方法不仅在技术和经济上有难度，而且即使能检测出所有这些污染 物，僵也很难根据这些污染物的检测结果直接指导处理工艺的选择。因此亟需 建立一种适宣的渗滤液表征方法，使其既能够描述渗滤液中各有机组分的性质， 又适于处理工艺选择的需要。 d o m 组分可按有机物的理化特性将它们分为不同的形态加以研究，如可按 元素和功能团、化学基团、分子量、亲水憎承性、酸碱性等性质来划分强q 。 第2 章阑内外研究状况 其中d o m 分子量分级和亲水一憎水性分类的方法，具有指导水处理工艺选择 的可能i 3 霸。 水中溶解性有机物分子量的测定对了解水中有机物及其环境行为，提供水 处理组合工艺，考核水处理工艺效果有重要的作用1 3 引。另外，分子量分布也是 反映腐殖质的整体特征的一个重要参数，因为腐殖质的分子量分布( m o l e c u l a r w e i g h td i s t r i b u t i o n ，简写为m w d ) 与金属离子的螯含亲和力和吸附作用、静电 效应和生物活性有关系【3 9 1 ：小分子量的蹒殖质具有更强的生物活性翻流动性， 从而能快速吸附到矿物基质中；大分子量的腐殖质有更强的静电势能和官能团， 从而对金属离子具有更大的螯合亲和力和吸附作用h o 。 分子璧的测定方法有：膜过滤法、凝胶渗透色谱法、渗透压、粘度法、超 速离心( 沉降速度或沉降平衡) 等。在水处理工艺中，主要采用凝胶渗透色谱 法和膜过滤法【4 ，表2 2 列出了两种方法的适用范围。 表2 2 分子虽测定方法的适用范围 t a b2 2t h ea p p l i c a b l er a n g eo f m e a s u r i n gm e t h o dt o 醚w 测定方法测定的平均分子量 适用范围 凝胶渗透色谱法 各种平均分子量 1 0 7 ： 超滤膜法 m n 5 x 1 0 2 l 扩 ( 1 ) 凝胶色谱法( g e lp e r m e a t i o nc h r o m a t o g r a p h y ，g p c ) 是在色谱柱中装填一定孔 径分布的多孔凝胶作为固相，当水流经凝胶时，水中大分子有机物由于无法 进入凝胶，所以就较快地邋过凝胶色谱桂国现在出水中；小分子有机物可进 入多孔凝胶内，因此在凝胶中运动的路径相对较长，所以较迟出现在出水中。 这样，不同分子量的有机物通过色谱柱的时间不同，从而按分子量大小的先 后次序高现在出水中。 ( 2 ) 超滤膜法是用已知截露分子量的超滤膜置于搅拌池中，用纯氮气施以一定的 压力，水中分子量小于膜截留分子量的有机物透过膜出现在出水中，分子量 大子膜截留分子量的被膜截留而不能出现在出水中。用一系列已知截留分子 量的超滤膜对水样进行分离，就可褥到有机物的分予量分鑫。 两种方法的比较：在g p c 分析时，水中某些有机物会与凝胶产生离子相斥， 较快缝通过凝胶色谱柱，导致所测的分子量偏高；某些有机物会与凝胶产生吸 了 第2 章国内外研究状况 附或静电作用使运动受阻，导致所测的分子量偏低。而且，g p c 分析前常需用 蒸发或冷冻方法对水样进行浓缩，这可能改变水中溶解性有机物尺度的大小， 从而影响分析结果。超滤膜法分析结果会受到所选择的膜孔径分布、水溢、所 旌的压力、水样的p