城市生活垃圾衛生填埋處理過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生大量的垃圾滲濾液，受不同填埋場(chǎng)垃圾成分等因素的影響，滲濾液水質(zhì)水量變化大，且滲濾液中污染物濃度高，國內現有垃圾滲濾液處理工藝較復雜，達標排放成本很高。老齡垃圾填埋場(chǎng)滲濾液僅采用滲濾液循環(huán)等生物處理工藝難以達到排放標準。目前，針對老齡垃圾填埋場(chǎng)滲濾液水質(zhì)復雜的特點(diǎn)，國內外采用的預處理技術(shù)有化學(xué)混凝沉淀、厭氧法、催化氧化法等，現有研究結果表明，預處理滲濾液存在著(zhù)處理費用較高、且預處理周期較長(cháng)等問(wèn)題。本研究結合國內外學(xué)者在電化學(xué)深度處理垃圾滲濾液方面的應用和電化學(xué)處理廢水技術(shù)，通過(guò)實(shí)驗選擇不同的電化學(xué)反應電極材料，把電絮凝應用于垃圾滲濾液預處理，并提出采用“電絮凝預處理+滲濾液循環(huán)+化學(xué)氧化”組合工藝處理老齡垃圾填埋場(chǎng)滲濾液。
1 實(shí)驗基本原理
電絮凝是指在外加直流電源作用下，利用可溶性陽(yáng)極材料產(chǎn)生大量陽(yáng)離子，在電化學(xué)反應過(guò)程中，陽(yáng)離子在水中水解、聚合，生成Fe（OH）3等水解產(chǎn)物而起凝聚作用，其過(guò)程和機理類(lèi)似于化學(xué)混凝沉淀法。同時(shí)，電化學(xué)反應過(guò)程中，在陰極會(huì )產(chǎn)生還原能力很強的新生態(tài)氫，在陽(yáng)極會(huì )產(chǎn)生氧氣，這些活性物質(zhì)可與廢水中的部分污染物起氧化還原反應，部分高分子有機物會(huì )分解為低分子有機物。因此，電絮凝處理廢水是多種過(guò)程的協(xié)同作用，污染物易被去除。
垃圾填埋場(chǎng)滲濾液循環(huán)處理就是將垃圾填埋場(chǎng)產(chǎn)生的滲濾液經(jīng)過(guò)收集后回灌到垃圾填埋場(chǎng)，利用垃圾層和覆蓋土層的物理、生物作用來(lái)處理填埋場(chǎng)垃圾滲濾液的方法。
2 實(shí)驗裝置和方法
2.1 實(shí)驗裝置與材料
電化學(xué)預處理實(shí)驗模擬電解槽采用實(shí)驗室用大燒杯。外供電采用直流穩壓電源，陽(yáng)極材料為魚(yú)鱗鐵，陰極材料為不銹鋼，自制陽(yáng)極和陰極板大小均為6 cm×3 cm。實(shí)驗裝置如圖 1所示，電絮凝預處理實(shí)驗和循環(huán)處理實(shí)驗用垃圾滲濾液均取自某老齡生活垃圾填埋場(chǎng)（填埋時(shí)間10 a以上）。滲濾液原水水質(zhì)：COD為7 600 mg/L、可生化性指標BOD5/COD為0.15。
圖 1 電化學(xué)實(shí)驗裝置
在實(shí)驗室中建立模擬滲濾液循環(huán)處理有機玻璃實(shí)驗柱，設計柱長(cháng)1 000 mm，內徑150 mm。實(shí)驗柱內部從底部到上部依次裝入銅絲濾網(wǎng)、石英砂、垃圾、石英砂。其中的垃圾是老齡垃圾填埋場(chǎng)內成熟垃圾，過(guò)孔徑1 cm篩，共裝入垃圾5 kg，逐層壓實(shí)，密度1 g/cm3。裝置如圖 2所示。
圖 2 模擬滲濾液循環(huán)處理裝置
化學(xué)氧化實(shí)驗以燒杯為模擬反應器，選擇Fenton試劑、NaClO等氧化劑對預處理和循環(huán)處理后的滲濾液進(jìn)行化學(xué)氧化處理實(shí)驗。
2.2 實(shí)驗方法與步驟
（1）電絮凝實(shí)驗。用鐵作電解槽的陽(yáng)極，不銹鋼為陰極，取極板間距1.4 cm，通過(guò)調整電流密度、電化學(xué)反應時(shí)間，確定實(shí)驗最佳電絮凝反應條件。
（2）滲濾液循環(huán)處理實(shí)驗。使用兩個(gè)實(shí)驗柱，實(shí)驗柱1使用未經(jīng)預處理的滲濾液原液進(jìn)行循環(huán)，實(shí)驗柱2使用電絮凝最佳反應條件下預處理后的滲濾液進(jìn)行循環(huán)。在室溫條件下進(jìn)行，滲濾液循環(huán)布水量控制在1 L/d，布水采取連續滴水淋濾方式，對出水中的主要污染物進(jìn)行取樣分析。對比分析不同實(shí)驗柱隨著(zhù)孔隙水體積倍數（PVN）變化對應的主要污染物指標變化。
（3）化學(xué)氧化實(shí)驗。垃圾滲濾液經(jīng)過(guò)電絮凝和循環(huán)處理后，用化學(xué)氧化方法進(jìn)行深度處理，分別取經(jīng)過(guò)預處理+滲濾液循環(huán)處理后的出水100 mL，選擇Fenton試劑、雙氧水、次氯酸鈉等氧化劑進(jìn)行氧化實(shí)驗，篩選出合適的氧化劑，再取100 mL經(jīng)過(guò)預處理+滲濾液循環(huán)處理后的出水設計正交實(shí)驗，分析氧化劑投加量、反應時(shí)間、pH等因素對化學(xué)氧化去除污染物的影響，測定不同實(shí)驗條件下出水COD，確定最佳化學(xué)氧化條件。
2.3 檢測項目及方法
采用重鉻酸鉀法測定溶液中的COD；采用稀釋接種法測定溶液中的BOD5，通過(guò)BOD5與相同溶液COD相除計算可生化性指標BOD5/COD；采用pH計測定溶液中的pH。
3 實(shí)驗結果及分析
3.1 電流密度對電絮凝效果的影響
控制反應時(shí)間在75 min，電流密度對電絮凝反應的影響結果見(jiàn)圖 3。
圖 3 電流密度對電絮凝效果的影響
由圖 3可知，電流密度逐漸增大后，滲濾液中主要污染因子COD去除率不斷提高，BOD5/COD可生化性指標也不斷增加。但電流密度不能無(wú)限增大，過(guò)大的電流密度既增加電耗又加快了鐵陽(yáng)極損耗速度，實(shí)驗發(fā)現電流密度達到一定程度后COD去除率的增加已不明顯，本實(shí)驗確定電絮凝處理垃圾滲濾液最佳電流密度為55 mA/cm2。
3.2 反應時(shí)間對電絮凝效果的影響
控制電流密度在55 mA/cm2，改變反應時(shí)間，其對電絮凝效果的影響見(jiàn)圖 4。
圖 4 反應時(shí)間對電絮凝效果的影響
由圖 4可以看出，隨著(zhù)電化學(xué)反應時(shí)間的延長(cháng)，滲濾液中主要污染因子COD的去除率一直保持上升趨勢。
電絮凝處理垃圾滲濾液反應過(guò)程主要分為兩個(gè)階段：第一個(gè)階段以絮凝、氣浮原理為主，滲濾液中大分子污染物主要在此階段去除；第二階段以電化學(xué)氧化還原為主，在此階段小分子污染物被進(jìn)一步氧化還原為揮發(fā)性有機物或二氧化碳。如圖 4所示，電化學(xué)反應75 min前以電絮凝和氣浮為主，較好的絮凝效果使滲濾液COD迅速降低，色度也明顯降低；反應75 min后，滲濾液COD去除以電化學(xué)氧化還原為主，COD去除速率增速放緩，繼續反應去除率變化不大。但滲濾液的BOD5/COD指標有一定增加，說(shuō)明部分難生化降解的有機物通過(guò)電化學(xué)氧化還原轉化為可生化降解的物質(zhì)，電絮凝預處理實(shí)驗有效提高了滲濾液的可生化性。
根據上述實(shí)驗結果，以魚(yú)鱗鐵電極為陽(yáng)極、不銹鋼為陰極，極板間距1.4 cm，在電流密度55 mA/cm2，不需外加電解質(zhì)，電化學(xué)反應時(shí)間75 min條件下，對比了反應前后滲濾液中COD與BOD5/COD的變化，結果表明，COD由反應前的7 600 mg/L降低到3 100 mg/L，滲濾液色度、濁度明顯降低，COD去除率達到59.2%，BOD5/COD由0.15提高到0.38，可生化性提高，為后續滲濾液循環(huán)處理提供了條件。
通過(guò)對電絮凝預處理前后滲濾液采用GCMS定性分析表明，原樣含有機物70多種，電絮凝處理后為30多種，說(shuō)明大部分復雜高分子有機物如多級、多環(huán)結構的化合物轉化為簡(jiǎn)單小分子的有機物。
3.3 電絮凝預處理費用分析
由于鐵陽(yáng)極原材料使用的魚(yú)鱗鐵簡(jiǎn)單易得，電化學(xué)處理廢水成本主要是電耗，單位時(shí)間的電耗與槽電壓成正比。本試驗核算電絮凝預處理滲濾液平均電能消耗9.08 kW·h/m3，小于相關(guān)文獻報道的結果。
3.4 滲濾液循環(huán)對比試驗結果
電絮凝預處理后的滲濾液進(jìn)入設計好的滲濾液循環(huán)實(shí)驗柱。通過(guò)2個(gè)滲濾液循環(huán)柱對比實(shí)驗可以發(fā)現，實(shí)驗柱2由于電絮凝預處理降低了滲濾液中污染物的負荷、提高了滲濾液的可生化性，大大加快了滲濾液循環(huán)處理過(guò)程中COD的降解速度。當PVN=24，實(shí)驗柱2中的滲濾液COD降低到300 mg/L以下。而實(shí)驗柱1原樣滲濾液未經(jīng)任何預處理，在循環(huán)后滲濾液COD下降趨勢緩慢，循環(huán)實(shí)驗結束時(shí)仍保持在4 000 mg/L以上，不能在實(shí)驗周期內得到有效降解，該柱中滲濾液COD的降低主要是通過(guò)垃圾本身的物理吸附作用，而生物降解作用無(wú)明顯體現。
3.5 化學(xué)氧化實(shí)驗結果
為了進(jìn)一步降低滲濾液主要污染因子濃度，使最終排放廢水滿(mǎn)足相關(guān)標準要求，針對預處理+循環(huán)處理后的滲濾液，設計了化學(xué)氧化實(shí)驗。實(shí)驗結果表明，Fenton試劑、雙氧水、次氯酸鈉等氧化劑對預處理+循環(huán)處理后的出水均有一定的氧化效果，但Fenton試劑易導致出水返色，且雙氧水投加量較大，故本實(shí)驗確定NaClO為氧化劑。
按L9（33）進(jìn)行正交試驗，確定最佳運行條件，實(shí)驗結果見(jiàn)表 1。
表 1 化學(xué)氧化正交實(shí)驗結果
由表 1可知，NaClO化學(xué)氧化實(shí)驗影響因素從主到次的排序為：a＞b＞c，即氧化劑加入量＞pH＞反應時(shí)間。最佳氧化工藝條件為：a3b2c2，即NaClO投加體積分數為2%、pH為7、反應時(shí)間60 min。
由上述實(shí)驗可知,用電絮凝預處理+滲濾液循環(huán)處理的方法處理垃圾滲濾液，最佳電絮凝反應條件為極板間距1.4 cm、電流密度55 mA/cm2、反應時(shí)間75 min，處理后出水再經(jīng)NaClO化學(xué)氧化處理在PVN=24、NaClO投加體積分數2%、pH 7、反應時(shí)間60 min的最佳條件下，最終出水可以達到《生活垃圾填埋污染控制標準》（GB16889—2008）限值要求，出水達到pH=7，COD≤90 mg/L。
4 結論與建議
（1）電絮凝方法預處理老齡垃圾填埋場(chǎng)滲濾液周期較短。在最佳電絮凝反應條件下，即極板間距1.4 cm、電流密度55 mA/cm2、反應時(shí)間75 min，垃圾滲濾液主要污染因子COD去除率達到59.2％，色度、濁度明顯降低，BOD5/COD指標由0.15提高到0.38。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
（2）經(jīng)電絮凝預處理后的滲濾液回灌至垃圾反應床，由于電化學(xué)預處理過(guò)程降低了滲濾液的負荷、提高了可生化性，大大加快了滲濾液循環(huán)處理過(guò)程中COD的降解速度。實(shí)驗結果表明，當PVN=24，滲濾液中主要污染因子COD降低到300 mg/L以下，與未經(jīng)預處理的滲濾液循環(huán)相比，COD降低明顯。
（3）老齡垃圾填埋場(chǎng)滲濾液采用“電絮凝預處理+滲濾液循環(huán)+次氯酸鈉化學(xué)氧化”處理后，出水水質(zhì)可以滿(mǎn)足《生活垃圾填埋污染控制標準》（GB 16889—2008）中COD不大于100 mg/L的限值要求。
（4）建議通過(guò)不斷改進(jìn)電解槽結構完善電化學(xué)預處理垃圾滲濾液方法，進(jìn)一步降低處理費用。
