城市生活垃圾衛(wèi)生填埋處理過程中會產(chǎn)生大量的垃圾滲濾液，受不同填埋場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(nèi)現(xiàn)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滲濾液水質(zhì)復雜的特點，國內(nèi)外采用的預處理技術(shù)有化學混凝沉淀、厭氧法、催化氧化法等，現(xiàn)有研究結(jié)果表明，預處理滲濾液存在著處理費用較高、且預處理周期較長等問題。本研究結(jié)合國內(nèi)外學者在電化學深度處理垃圾滲濾液方面的應用和電化學處理廢水技術(shù)，通過實驗選擇不同的電化學反應電極材料，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)+化學氧化”組合工藝處理老齡垃圾填埋場滲濾液。
1 實驗基本原理
電絮凝是指在外加直流電源作用下，利用可溶性陽極材料產(chǎn)生大量陽離子，在電化學反應過程中，陽離子在水中水解、聚合，生成Fe（OH）3等水解產(chǎn)物而起凝聚作用，其過程和機理類似于化學混凝沉淀法。同時，電化學反應過程中，在陰極會產(chǎn)生還原能力很強的新生態(tài)氫，在陽極會產(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分解為低分子有機物。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。
垃圾填埋場滲濾液循環(huán)處理就是將垃圾填埋場產(chǎn)生的滲濾液經(jīng)過收集后回灌到垃圾填埋場，利用垃圾層和覆蓋土層的物理、生物作用來處理填埋場垃圾滲濾液的方法。
2 實驗裝置和方法
2.1 實驗裝置與材料
電化學預處理實驗模擬電解槽采用實驗室用大燒杯。外供電采用直流穩(wěn)壓電源，陽極材料為魚鱗鐵，陰極材料為不銹鋼，自制陽極和陰極板大小均為6 cm×3 cm。實驗裝置如圖 1所示，電絮凝預處理實驗和循環(huán)處理實驗用垃圾滲濾液均取自某老齡生活垃圾填埋場（填埋時間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 電化學實驗裝置
在實驗室中建立模擬滲濾液循環(huán)處理有機玻璃實驗柱，設(shè)計柱長1 000 mm，內(nèi)徑150 mm。實驗柱內(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內(nèi)成熟垃圾，過孔徑1 cm篩，共裝入垃圾5 kg，逐層壓實，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
化學氧化實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)處理后的滲濾液進行化學氧化處理實驗。
2.2 實驗方法與步驟
（1）電絮凝實驗。用鐵作電解槽的陽極，不銹鋼為陰極，取極板間距1.4 cm，通過調(diào)整電流密度、電化學反應時間，確定實驗最佳電絮凝反應條件。
（2）滲濾液循環(huán)處理實驗。使用兩個實驗柱，實驗柱1使用未經(jīng)預處理的滲濾液原液進行循環(huán)，實驗柱2使用電絮凝最佳反應條件下預處理后的滲濾液進行循環(huán)。在室溫條件下進行，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，對出水中的主要污染物進行取樣分析。對比分析不同實驗柱隨著孔隙水體積倍數(shù)（PVN）變化對應的主要污染物指標變化。
（3）化學氧化實驗。垃圾滲濾液經(jīng)過電絮凝和循環(huán)處理后，用化學氧化方法進行深度處理，分別取經(jīng)過預處理+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行氧化實驗，篩選出合適的氧化劑，再取100 mL經(jīng)過預處理+滲濾液循環(huán)處理后的出水設(shè)計正交實驗，分析氧化劑投加量、反應時間、pH等因素對化學氧化去除污染物的影響，測定不同實驗條件下出水COD，確定最佳化學氧化條件。
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 實驗結(jié)果及分析
3.1 電流密度對電絮凝效果的影響
控制反應時間在75 min，電流密度對電絮凝反應的影響結(jié)果見圖 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。但電流密度不能無限增大，過大的電流密度既增加電耗又加快了鐵陽極損耗速度，實驗發(fā)現(xiàn)電流密度達到一定程度后COD去除率的增加已不明顯，本實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，改變反應時間，其對電絮凝效果的影響見圖 4。
圖 4 反應時間對電絮凝效果的影響
由圖 4可以看出，隨著電化學反應時間的延長，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程主要分為兩個階段：第一個階段以絮凝、氣浮原理為主，滲濾液中大分子污染物主要在此階段去除；第二階段以電化學氧化還原為主，在此階段小分子污染物被進一步氧化還原為揮發(fā)性有機物或二氧化碳。如圖 4所示，電化學反應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75 min后，滲濾液COD去除以電化學氧化還原為主，COD去除速率增速放緩，繼續(xù)反應去除率變化不大。但滲濾液的BOD5/COD指標有一定增加，說明部分難生化降解的有機物通過電化學氧化還原轉(zhuǎn)化為可生化降解的物質(zhì)，電絮凝預處理實驗有效提高了滲濾液的可生化性。
根據(jù)上述實驗結(jié)果，以魚鱗鐵電極為陽極、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)，電化學反應時間75 min條件下，對比了反應前后滲濾液中COD與BOD5/COD的變化，結(jié)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(xù)滲濾液循環(huán)處理提供了條件。
通過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，說明大部分復雜高分子有機物如多級、多環(huán)結(jié)構(gòu)的化合物轉(zhuǎn)化為簡單小分子的有機物。
3.3 電絮凝預處理費用分析
由于鐵陽極原材料使用的魚鱗鐵簡單易得，電化學處理廢水成本主要是電耗，單位時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(jié)果。
3.4 滲濾液循環(huán)對比試驗結(jié)果
電絮凝預處理后的滲濾液進入設(shè)計好的滲濾液循環(huán)實驗柱。通過2個滲濾液循環(huán)柱對比實驗可以發(fā)現(xiàn)，實驗柱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)處理過程中COD的降解速度。當PVN=24，實驗柱2中的滲濾液COD降低到300 mg/L以下。而實驗柱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)實驗結(jié)束時仍保持在4 000 mg/L以上，不能在實驗周期內(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 化學氧化實驗結(jié)果
為了進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)標準要求，針對預處理+循環(huán)處理后的滲濾液，設(shè)計了化學氧化實驗。實驗結(jié)果表明，F(xiàn)enton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，故本實驗確定NaClO為氧化劑。
按L9（33）進行正交試驗，確定最佳運行條件，實驗結(jié)果見表 1。
表 1 化學氧化正交實驗結(jié)果
由表 1可知，NaClO化學氧化實驗影響因素從主到次的排序為：a＞b＞c，即氧化劑加入量＞pH＞反應時間。最佳氧化工藝條件為：a3b2c2，即NaClO投加體積分數(shù)為2%、pH為7、反應時間60 min。
由上述實驗可知,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、反應時間75 min，處理后出水再經(jīng)NaClO化學氧化處理在PVN=24、NaClO投加體積分數(shù)2%、pH 7、反應時間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(jié)論與建議
（1）電絮凝方法預處理老齡垃圾填埋場滲濾液周期較短。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http://wlmqsb.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，由于電化學預處理過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)處理過程中COD的降解速度。實驗結(jié)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）老齡垃圾填埋場滲濾液采用“電絮凝預處理+滲濾液循環(huán)+次氯酸鈉化學氧化”處理后，出水水質(zhì)可以滿足《生活垃圾填埋污染控制標準》（GB 16889—2008）中COD不大于100 mg/L的限值要求。
（4）建議通過不斷改進電解槽結(jié)構(gòu)完善電化學預處理垃圾滲濾液方法，進一步降低處理費用。
