老龄垃圾填埋场渗滤液芬顿- 絮凝联合处理工艺优化

孙志霄

（上海环境集团股份有限公司，上海市 200336）

0 引 言

生活垃圾填埋场渗滤液是一种污染物浓度高、性质复杂、处理难度大的废水。渗滤液的污染物成分和浓度与填埋场的使用年限密切相关，填埋5 a 以下的初期填埋场，BOD5、TOC、营养物和重金属的含量均很高，BOD5和CODCr浓度最高可达几万mg/L，NH3-N 浓度相对较低。随着填埋时间的增加，渗滤液中有机物浓度降低，可生化性差、相对分子质量大的有机化合物占优势，同时氨氮浓度逐渐增加[1]。老龄垃圾渗滤液中含有多种难以生物处理的溶解性有机物（DOM），如不经妥善处理，会对周围的土壤、大气、地下水等造成严重污染[2]。

渗滤液中难降解DOM 的处理技术主要有絮凝沉淀、高级氧化、燃料电池、正渗透等。其中絮凝沉淀法和芬顿氧化法因其便捷高效的特点，成为渗滤液预处理及深度处理的重要手段[3-8]。针对某垃圾填埋场老龄渗滤液，分别研究了芬顿氧化工艺和絮凝沉淀工艺中，不同药剂及其投加量等条件下渗滤液CODCr、TOC、NH4+-N、TN 含量及BOD5/CODCr比值的变化情况。基于优化的工艺条件，进一步研究了芬顿氧化与絮凝沉淀联合处理老龄渗滤液的效果，为渗滤液处理的工程应用提供理论依据。

1 研究方法

1.1 渗滤液性质

渗滤液取自上海某垃圾填埋场，其初始理化指标见表1。渗滤液的BOD/COD 比值为0.25，COD/TN比值为0.92，生物降解性较差。

表1 老龄垃圾渗滤液初始污染物浓度

1.2 芬顿氧化试验

单独芬顿氧化试验采用的药剂为30% H2O2、40% FeSO4·H2O、HCl、NaOH。试验过程中，使用6 M HCl 将渗滤液pH 调至5.0 ± 0.2，根据表2 加入一定量的FeSO4·7H2O 获得Fe2+，开启磁力搅拌机对溶液进行搅拌，搅拌稳定后向溶液中加入H2O2开始芬顿反应，H2O2的投加量按表2 中H2O2/Fe2+摩尔比控制。在25℃，150 rpm 条件下震荡培养4 h 后，使用2 M NaOH 溶液调节pH 至7.0 ± 0.2 终止芬顿反应，静置沉淀，取上清液检测BOD5、CODCr、TOC、NH4+-N、TN。

表2 芬顿试验因素水平表

1.3 絮凝沉淀试验

单独絮凝沉淀试验研究了聚丙烯酰胺（PAM）、聚合氯化铝（PAC）的污染物去除效果，采用的药剂为0.1% PAM、3% PAC、NaOH。试验过程中，使用2 M NaOH 将渗滤液pH 调节至7.0 ± 0.2，取250 mL 样品分别加入PAM 或PAC，PAM、PAC 的投加量分别为3、5、7、9 mL。在250 rpm 条件下搅拌60 s，然后调整转速为50 rpm 搅拌60 s；静置沉淀，取上清液检测BOD5、CODCr、TOC、NH4+-N、TN。

1.4 芬顿-絮凝联合试验

芬顿- 絮凝联合试验根据工艺顺序分为先芬顿氧化再絮凝沉淀及先絮凝沉淀再芬顿氧化两种。芬顿- 絮凝试验采用芬顿氧化实验优化后的运行条件，对渗滤液进行芬顿氧化处理，再按照絮凝沉淀工艺进行实验；絮凝- 芬顿试验采用絮凝沉淀实验优化后的运行条件，对渗滤液进行絮凝沉淀处理，再按照芬顿氧化工艺进行实验。

2 结果与讨论

2.1 芬顿处理效果

单独芬顿氧化处理试验结果见表3。由表3 可见，当FeSO4浓度从0.008 mol·L-1增加到0.01 mol·L-1，CODCr、TOC、TN 去除率明显提升；当FeSO4浓度继续增加至0.015 mol·L-1和0.02 mol·L-1时，CODCr去除率先上升再下降，出现较为明显的拐点，而TOC、TN 去除率未见明显变化。对NH4+-N 的去除，各试验组未见明显差异。因此，FeSO4浓度为0.015 mol·L-1时芬顿处理效果较好。在同一FeSO4浓度条件下，渗滤液主要污染物的去除率在在[H2O2] / [FeSO4]比为1.0 或1.5 时达到最大值。此外，当FeSO4 添加量为0.015 mol·L-1或0.02 mol·L-1时，[H2O2] / [FeSO4]比为1.5 或2.0 时，BOD5/COD 显著高于其他试验组，与未处理的渗滤液相比，可生化性明显改善。综上，当FeSO4添加量为0.015 mol·L-1，[H2O2] / [FeSO4]比为1.5 时，渗滤液污染物的去除效果最佳，CODCr、TOC、NH4+-N、TN 的去除率分别为89.1%、82.8%、43.0%、51.8%，BOD5/COD 为0.468。

表3 芬顿氧化试验结果

2.2 絮凝处理效果

单独絮凝沉淀处理试验结果见图1。由图1 可见，单独投加PAM 的絮凝效果高于PAC，且随絮凝剂投加量的增加，污染物去除率呈现先上升、后下降的趋势。当PAM 投加量为7 mL 时，各污染物去除率达到最大值，CODCr、TOC、NH4+-N、TN 去除率分别为69.0%，80.6%，47.9%，34.0%。与单独芬顿氧化处理相比，单独絮凝沉淀处理对渗滤液CODCr和TN 的去除率较低。

图1 絮凝剂种类及投加量对污染物去除率的影响

2.3 芬顿-絮凝处理效果

先芬顿氧化后絮凝沉淀处理效果见图2。当FeSO4投加量分别为0.01 mol·L-1及0.015 mol·L-1时，渗滤液CODCr、TOC、NH4+-N、TN 去除率随絮凝剂PAC 投加量变化情况见图2。对CODCr、TOC、TN的去除，FeSO4投加量为0.015 mol·L-1时的去除率高于投加量为0.01 mol·L-1时的去除率；且絮凝剂PAC 投加量为4 ml 时的去除率高于投加量为2 mL、6 mL 时的去除率。当FeSO4投加量为0.015 mol·L-1、[H2O2] / [FeSO4]比为1.5 时，投加4 mL 的PAC，渗滤液CODCr、TOC 去除率分别从89.1%、82.8%上升至90.2%，90.7%，NH4+-N、TN 的去除率略有下降。

图2 芬顿- 絮凝处理对污染物去除率的影响

2.4 絮凝-芬顿处理效果

在絮凝剂投加量为7 mL 条件下，絮凝剂种类及芬顿处理的氧化剂投加量对渗滤液中CODCr、TOC、NH4+-N、TN 等污染物的影响见图3。絮凝剂PAC-芬顿的处理效果优于絮凝剂PAM- 芬顿。随着[H2O2] / [FeSO4]比的增加，絮凝- 芬顿工艺对CODCr及TOC 的去除呈现先增加，后下降的趋势。当[H2O2]/ [FeSO4]比为1.5 时，CODCr及TOC 去除率达到最大值，分别为76.9%，90.2%。

图3 絮凝- 芬顿处理对污染物去除率的影响

2.5 对比分析

单独芬顿氧化、单独絮凝沉淀、芬顿- 絮凝联合处理等4 种工艺对老龄垃圾填埋场渗滤液的最佳去除效果见表4。由表4 可见，先芬顿氧化再絮凝沉淀的芬顿- 絮凝工艺对CODCr和TOC 的去除效果最好，对NH4+-N、TN 的去除效果需要进一步研究。

表4 不同处理方法对渗滤液CODCr 和TOC 去除效果对比

3 结 论

芬顿氧化、絮凝沉淀、芬顿与絮凝联合处理对老龄垃圾填埋场渗滤液污染物均有一定的去除效果，其中CODCr和TOC 的去除率较高，NH4+-N 和TN 的去除率相对较低。芬顿与絮凝联合处理较单独芬顿氧化或单独絮凝沉淀处理均可提升CODCr和TOC 的去除率，其中先芬顿氧化再絮凝沉淀的工艺对CODCr和TOC 的去除率最高，是老龄垃圾填埋场渗滤液的最佳处理方式，在优化条件下对CODCr及TOC 的去除率均可达到90%以上。