分子量和组成成分在渗滤液处理工艺中的变化

张新端

（山东三润环保科技有限公司，山东济南250100）

垃圾焚烧厂由于较高的污染物浓度，较高的BOD5/COD比，比较合适运用生物工艺进行处理。

目前分子量分布和组成成分的变化被广大学者用来评价处理工艺的处理效果。有研究者[1]运用分子量分布方法研究了混凝和电解前后渗滤液中的污染物的去除情况；韩云等[2]测试了渗滤液及处理出水的分子量分布，并据此对处理工艺单元的效率作出评价；郭劲松等[3]用分子量评价Fenton试剂对垃圾渗滤液的处理效果；曾晓岚等[3]光谱分析法对渗滤液不同分子量分布区间进行了分析。按照污染物分子量将渗滤液中的污染物划分为若干分子量区间，针对各个分子量区间的具体特征，采取相应的处理工艺。同时分析各工艺单元对渗滤液组成成分富里酸（FA）/腐殖酸（HA）和亲水性有机质（HyI）的去除效果，为寻找合适的焚烧厂渗滤液处理工艺提供依据。

1 试验方案

1.1 试验水质

试验用水取自某垃圾焚烧发电厂。试验进水水质见表1。

表1 试验中处理工艺的进水水质

1.2 试验装置

厌氧处理：试验中厌氧采用序批式厌氧反应器（ASBR），运行周期为24 h，包括进水、搅拌、沉降和出水。污泥浓度为1.93 gMLSS/L。

好氧处理：采用序批式好氧反应器（SBR），运行周期为24 h，包括进水、静置、曝气（好氧）、沉降和出水5个部分。污泥浓度为5.4 gMLSS/L，污泥负荷为1.7 kgCOD/（kgMLSS·d）。

混凝：HACH pH计，ZR-6六联同步混凝搅拌器等。

分子量分布：上海原子核应用物理研究所研制的SCM-300超滤杯和HM平板膜，截留分子量分别为100 k，50 k，10 k，4 k，2 k；0.45 μm玻璃纤维膜。

组分分离设备：蠕动泵、玻璃过滤柱等。

1.3 测试内容及测试方法

1.3.1 测试工艺单元出水

对各工艺单元出水测试COD，观察总体的去除效果，其中COD的测试采用HACH法。

1.3.2 测试分子量分布

对系统进水及各工艺单元的出水进行分子量分布测试。采用逐级过滤的方式，将水样先经过0.45 μm玻璃纤维膜，然后依次经过100 k，50 k，10 k，4 k和2 k的平板膜，各区间的浓度采用差值计算。测试各分子量区间的COD和UV254，其中UV254采用HACH DR/4000U spectrophotometer测试。

1.3.3 测试组成成分

按照相关文献[5，6]提供的腐殖酸和富里酸的分离和净化方法，对各水质情况进行分类和检测，分离出的三类溶解性有机质为：富里酸（fulvic acid，FA）、亲水性（hydrophilic，HyI）和腐殖酸（humic acid，HA）部分。测试各工艺出水中组成成分中的COD浓度。

2 试验结果及分析

2.1 工艺单元出水测试

垃圾渗滤液处理工艺的各工艺单元出水见表2。

表2 渗滤液的处理工艺单元出水浓度及处理效率

由表2可得，渗滤液处理工艺中，SBR起主要作用，其中COD去除效率约为96.6%，UV254的去除效率约为97.0%；厌氧对污染物的去除效果有限，其中COD去除效率约为13.8%，UV254去除效率约为5.4%。

2.2 处理工艺的分子量区间的COD变化

将渗滤液中的有机物划分成＜2 k，4 k～2 k，10 k～4 k，50 k～10 k，100 k～50 k和＞100 k 6个区间，测试各区间的COD浓度，反映各工艺单元对不同分子量区间COD的去除效果。各分子量区间COD的变化见表3。

表3 渗滤液处理工艺单元各分子量区间COD的变化情况

2.2.1 对渗滤液进水

（1）通过0.45 μm膜过滤时，原水中细菌、细小的颗粒态有机物等可被截留，占总COD的0.2%。（2）在0.45 μm～2 k的COD浓度为1 850 mg/L，约占总COD的17.2%，主要由蛋白质、腐殖酸组成[8]。（3）＜2 k的分子量区间COD浓度为8 925 mg/L，占总COD的82.6%。新鲜渗滤液的大量可生物降解的物质，主要为挥发性脂肪酸（VFA）和氨基酸。

2.2.2 厌氧工艺

由表2、表3知，厌氧处理对渗滤液COD降解贡献不大。但是厌氧工段可以将大分子量的有机物向小分子量转变[7]，使渗滤液中VFA含量提高。＜2 k有机物浓度由8 925 mg/L提高到9 102 mg/L。

2.2.3 SBR工艺

由表2、表3知，SBR工艺对渗滤液中COD的去除效果非常显著，去除效率可达96.6%。SBR工艺对各区间的有机物去除都较明显，对＜2 k的有机物去除效果最好，去除率高达99%。这表明SBR生物处理工艺可有效去除小分子量有机物。主要由于好氧微生物大量利用VFA合成自身物质或者进行新陈代谢，使VFA浓度大为降低，从而使＜2 k小分子去除率比较高。

2.2.4 混凝工艺

混凝对具有较强憎水性的大分子量的有机物去除效果较好[4]，而混凝中形成的矾花通过矾花吸附和电中和将大分子量的有机物去除，共同沉降在污泥中外排去除。但是对小分子量物质去除效果比较差。挥发性脂肪酸类有机物为渗滤液中的小分子量有机物[7]，此类物质颗粒较小，混凝形成的矾花对其进行吸附效果较差。

2.3 分子量区间的组成成分变化

将渗滤液中的溶解性有机质分离成腐殖酸（HA）、富里酸（FA）和亲水性有机质（HyI）3部分。通过3类物质在工艺单元的变化情况，为工艺选择提合理供依据。各分子量区间组成成分变化见表4。

由表4知，进水成分中以FA和HyI为主，分别占77.88%和21.77%。

渗滤液经厌氧工艺处理，FA和HyI均有不同程度小幅度下降。这由于厌氧微生物将小分子有机物转化、合成为自身组成物质或其他大分子有机物，这增大了COD。渗滤液中HA主要由芳香族化合物、羧基、羟基化合物和糖类[8-10]等大分子量物质组成，因此厌氧出水中HA的含量有所上升。

表4 各工艺单元组成成分的变化

SBR工艺单元出水中HA，FA和HyI的去除率分别为84.17%，98.88%和91.00%，主要由于SBR工艺中活性污泥将可生物降解物质进行吸收，转化为自身物质或者进行新陈代谢，从而降解污染物。

混凝工艺单元对HA和FA的去除较彻底。主要因为HA和FA由大分子物质组成，并且带有羧酸基和羟基等带负电性官能团[11]，混凝通过电性中和和吸附等作用对大分子物质有较好去除效果。但是HyI主要由小分子量的有机物组成，小分子物质多为亲水性，并且呈现中性，所以混凝对小分子物质的去除有限。

由表4知，HA总的去除效率达到88%；FA总的去除效率可以达到99.4%；HyI总的去除效率可以达到95.7%。上述处理工艺对渗滤液的组成成分有较好的去除效果，也说明所选择的处理工艺比较合理可行。

3 结论

（1）通过分析分子量分布和组成成分对垃圾焚烧厂渗滤液的进水—厌氧—SBR—混凝—出水的工艺进行初设，结果显示该工艺具有较好的处理效果。

（2）该工艺对各分子量区间的COD均有较好的处理效果，但出水＜2 k区间的COD绝对值然较高，要满足较高排放要求，需要进一步物化方式处理。

（3）该工艺对由大分子组成的HA和FA的去除效果较好，但是对由小分子组成的HyI的去除效果相对较差，需要进一步找寻适合的处理方法。