城市生活垃圾衛(wèi)生填埋處理過程中會(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(guó)內(nèi)現(xiàn)有垃圾滲濾液處理工藝較復(fù)雜，達(dá)標(biāo)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(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。目前，針對(duì)老齡垃圾填埋場(chǎng)滲濾液水質(zhì)復(fù)雜的特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外采用的預(yù)處理技術(shù)有化學(xué)混凝沉淀、厭氧法、催化氧化法等，現(xiàn)有研究結(jié)果表明，預(yù)處理滲濾液存在著處理費(fèi)用較高、且預(yù)處理周期較長(zhǎng)等問題。本研究結(jié)合國(guó)內(nèi)外學(xué)者在電化學(xué)深度處理垃圾滲濾液方面的應(yīng)用和電化學(xué)處理廢水技術(shù)，通過實(shí)驗(yàn)選擇不同的電化學(xué)反應(yīng)電極材料，把電絮凝應(yīng)用于垃圾滲濾液預(yù)處理，并提出采用“電絮凝預(yù)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(yàn)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(yīng)過程中，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，其過程和機(jī)理類似于化學(xué)混凝沉淀法。同時(shí)，電化學(xué)反應(yīng)過程中，在陰極會(huì)產(chǎn)生還原能力很強(qiáng)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(yīng)，部分高分子有機(jī)物會(huì)分解為低分子有機(jī)物。因此，電絮凝處理廢水是多種過程的協(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、生物作用來處理填埋場(chǎng)垃圾滲濾液的方法。

2 實(shí)驗(yàn)裝置和方法
 
2.1 實(shí)驗(yàn)裝置與材料
 
電化學(xué)預(yù)處理實(shí)驗(yàn)?zāi)�擬電解槽采用實(shí)驗(yàn)室用大燒杯。外供電采用直流穩(wěn)壓電源，陽(yáng)極材料為魚鱗鐵，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(yàn)裝置如圖 1所示，電絮凝預(yù)處理實(shí)驗(yàn)和循環(huán)處理實(shí)驗(yàn)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(biāo)BOD5/COD為0.15。

 圖 1 電化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置

在實(shí)驗(yàn)室中建立模擬滲濾液循環(huán)處理有機(jī)玻璃實(shí)驗(yàn)柱，設(shè)計(jì)柱長(zhǎng)1 000 mm，內(nèi)徑150 mm。實(shí)驗(yàn)柱內(nèi)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(nèi)成熟垃圾，過孔徑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(yàn)以燒杯為模擬反應(yīng)器，選擇Fenton試劑、NaClO等氧化劑對(duì)預(yù)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(yàn)。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法與步驟
 
（1）電絮凝實(shí)驗(yàn)。用鐵作電解槽的陽(yáng)極，不銹鋼為陰極，取極板間距1.4 cm，通過調(diào)整電流密度、電化學(xué)反應(yīng)時(shí)間，確定實(shí)驗(yàn)最佳電絮凝反應(yīng)條件。

（2）滲濾液循環(huán)處理實(shí)驗(yàn)。使用兩個(gè)實(shí)驗(yàn)柱，實(shí)驗(yàn)柱1使用未經(jīng)預(yù)處理的滲濾液原液進(jìn)行循環(huán)，實(shí)驗(yàn)柱2使用電絮凝最佳反應(yīng)條件下預(yù)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(xù)滴水淋濾方式，對(duì)出水中的主要污染物進(jìn)行取樣分析。對(duì)比分析不同實(shí)驗(yàn)柱隨著孔隙水體積倍數(shù)（PVN）變化對(duì)應(yīng)的主要污染物指標(biāo)變化。

（3）化學(xué)氧化實(shí)驗(yàn)。垃圾滲濾液經(jīng)過電絮凝和循環(huán)處理后，用化學(xué)氧化方法進(jìn)行深度處理，分別取經(jīng)過預(yù)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(yàn)，篩選出合適的氧化劑，再取100 mL經(jīng)過預(yù)處理+滲濾液循環(huán)處理后的出水設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，分析氧化劑投加量、反應(yīng)時(shí)間、pH等因素對(duì)化學(xué)氧化去除污染物的影響，測(cè)定不同實(shí)驗(yàn)條件下出水COD，確定最佳化學(xué)氧化條件。

2.3 檢測(cè)項(xiàng)目及方法
 
采用重鉻酸鉀法測(cè)定溶液中的COD；采用稀釋接種法測(cè)定溶液中的BOD5，通過BOD5與相同溶液COD相除計(jì)算可生化性指標(biāo)BOD5/COD；采用pH計(jì)測(cè)定溶液中的pH。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
 
3.1 電流密度對(duì)電絮凝效果的影響
 
控制反應(yīng)時(shí)間在75 min，電流密度對(duì)電絮凝反應(yīng)的影響結(jié)果見圖 3。

 圖 3 電流密度對(duì)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(biāo)也不斷增加。但電流密度不能無限增大，過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(yàn)發(fā)現(xiàn)電流密度達(dá)到一定程度后COD去除率的增加已不明顯，本實(shí)驗(yàn)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(yīng)時(shí)間對(duì)電絮凝效果的影響
 
控制電流密度在55 mA/cm2，改變反應(yīng)時(shí)間，其對(duì)電絮凝效果的影響見圖 4。

 圖 4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)電絮凝效果的影響

由圖 4可以看出，隨著電化學(xué)反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，滲濾液中主要污染因子COD的去除率一直保持上升趨勢(shì)。

電絮凝處理垃圾滲濾液反應(yīng)過程主要分為兩個(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(jī)物或二氧化碳。如圖 4所示，電化學(xué)反應(yīng)75 min前以電絮凝和氣浮為主，較好的絮凝效果使?jié)B濾液COD迅速降低，色度也明顯降低；反應(yīng)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(xù)反應(yīng)去除率變化不大。但滲濾液的BOD5/COD指標(biāo)有一定增加，說明部分難生化降解的有機(jī)物通過電化學(xué)氧化還原轉(zhuǎn)化為可生化降解的物質(zhì)，電絮凝預(yù)處理實(shí)驗(yàn)有效提高了滲濾液的可生化性。

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以魚鱗鐵電極為陽(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(yīng)時(shí)間75 min條件下，對(duì)比了反應(yīng)前后滲濾液中COD與BOD5/COD的變化，結(jié)果表明，COD由反應(yīng)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(dá)到59.2%，BOD5/COD由0.15提高到0.38，可生化性提高，為后續(xù)滲濾液循環(huán)處理提供了條件。

通過對(duì)電絮凝預(yù)處理前后滲濾液采用GCMS定性分析表明，原樣含有機(jī)物70多種，電絮凝處理后為30多種，說明大部分復(fù)雜高分子有機(jī)物如多級(jí)、多環(huán)結(jié)構(gòu)的化合物轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單小分子的有機(jī)物。

3.3 電絮凝預(yù)處理費(fèi)用分析
 
由于鐵陽(yáng)極原材料使用的魚鱗鐵簡(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(yàn)核算電絮凝預(yù)處理滲濾液平均電能消耗9.08 kW·h/m3，小于相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果。

3.4 滲濾液循環(huán)對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果
 
電絮凝預(yù)處理后的滲濾液進(jìn)入設(shè)計(jì)好的滲濾液循環(huán)實(shí)驗(yàn)柱。通過2個(gè)滲濾液循環(huán)柱對(duì)比實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)柱2由于電絮凝預(yù)處理降低了滲濾液中污染物的負(fù)荷、提高了滲濾液的可生化性，大大加快了滲濾液循環(huán)處理過程中COD的降解速度。當(dāng)PVN=24，實(shí)驗(yàn)柱2中的滲濾液COD降低到300 mg/L以下。而實(shí)驗(yàn)柱1原樣滲濾液未經(jīng)任何預(yù)處理，在循環(huán)后滲濾液COD下降趨勢(shì)緩慢，循環(huán)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)仍保持在4 000 mg/L以上，不能在實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)得到有效降解，該柱中滲濾液COD的降低主要是通過垃圾本身的物理吸附作用，而生物降解作用無明顯體現(xiàn)。

3.5 化學(xué)氧化實(shí)驗(yàn)結(jié)果
 
為了進(jìn)一步降低滲濾液主要污染因子濃度，使最終排放廢水滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，針對(duì)預(yù)處理+循環(huán)處理后的滲濾液，設(shè)計(jì)了化學(xué)氧化實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)enton試劑、雙氧水、次氯酸鈉等氧化劑對(duì)預(yù)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(dǎo)致出水返色，且雙氧水投加量較大，故本實(shí)驗(yàn)確定NaClO為氧化劑。

按L9（33）進(jìn)行正交試驗(yàn)，確定最佳運(yùn)行條件，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表 1。

表 1 化學(xué)氧化正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

 由表 1可知，NaClO化學(xué)氧化實(shí)驗(yàn)影響因素從主到次的排序?yàn)椋篴＞b＞c，即氧化劑加入量＞pH＞反應(yīng)時(shí)間。最佳氧化工藝條件為：a3b2c2，即NaClO投加體積分?jǐn)?shù)為2%、pH為7、反應(yīng)時(shí)間60 min。

由上述實(shí)驗(yàn)可知,用電絮凝預(yù)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(yīng)條件為極板間距1.4 cm、電流密度55 mA/cm2、反應(yīng)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?jǐn)?shù)2%、pH 7、反應(yīng)時(shí)間60 min的最佳條件下，最終出水可以達(dá)到《生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889—2008）限值要求，出水達(dá)到pH=7，COD≤90 mg/L。

4 結(jié)論與建議
 
（1）電絮凝方法預(yù)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(yīng)條件下，即極板間距1.4 cm、電流密度55 mA/cm2、反應(yīng)時(shí)間75 min，垃圾滲濾液主要污染因子COD去除率達(dá)到59.2％，色度、濁度明顯降低，BOD5/COD指標(biāo)由0.15提高到0.38。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

（2）經(jīng)電絮凝預(yù)處理后的滲濾液回灌至垃圾反應(yīng)床，由于電化學(xué)預(yù)處理過程降低了滲濾液的負(fù)荷、提高了可生化性，大大加快了滲濾液循環(huán)處理過程中COD的降解速度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)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(yù)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(yù)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)可以滿足《生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889—2008）中COD不大于100 mg/L的限值要求。

（4）建議通過不斷改進(jìn)電解槽結(jié)構(gòu)完善電化學(xué)預(yù)處理垃圾滲濾液方法，進(jìn)一步降低處理費(fèi)用。