厭氧-膜生物反應器處理垃圾滲濾液中多環芳烴的研究(圖)
采用固相萃取前處理和氣相色譜/質譜聯用的方法，分析厭氧2膜生物反應器處理垃圾滲濾液中多環芳烴的去除效果。結果表明，對多環芳烴的總去除效率超過80%；大部分三環、四環和五環的芳烴可在處理過程中被厭氧降解。
垃圾滲濾液的處理難度大，現有的處理技術主要包括物化法(吸附、沉淀、氧化、還原、離子交換、汽提、膜技術等)、生物處理(好氧與厭氧降解)和土地處理(快速和慢速滲濾系統、表面漫流、濕地系統)等。目前，國內大多圍繞化學耗氧量(COD)、生物耗氧量(BOD)、氨氮和總氮等綜合指標進行研究，很少討論那些造成微
污染但危害極大的痕量有毒有機污染物，例如農藥、多環芳烴、酞酸酯、壬基酚等。恰恰是那些濃度甚微的痕量有毒有機污染物表現出更顯著的毒性。本文采用厭氧2膜生物反應器對垃圾滲濾液中多環芳烴的去除過程與效果進行研究。垃圾滲濾液采自北京市某垃圾填埋場。具體處理流程分為四個工藝段:進水、厭氧濾池出水、膜生物反器、出水。其中厭氧濾池的有效容積為63L，內裝螺旋形聚丙烯彈性填料。膜生物反應器的有效容積為80L，膜組件為0122μm孔徑的中空纖維膜。總水力停留時間為915d。
1 樣品的前處理和分析
每個工藝段的水樣使用棕色玻璃瓶各采集1L，首先用玻璃纖維濾膜(Φ152mm，MilliporeCo。，美國)過濾。然后再經過OasisHLB固相小柱(Waters，美國)富集。過柱前，HLB柱依次用5ml二氯甲烷、甲醇、蒸餾水活化平衡；加載水樣后，調節真空度以保持流速為5ml·min-1左右。水樣全部抽干后，以10ml二氯甲烷為淋洗劑分三次洗脫每支小柱，淋洗液收集于K2D濃縮器刻度量管，柔和高純氮吹蒸至1ml左右。濃縮后樣品經硅膠/氧化鋁復合柱凈化。以正己烷濕法裝柱，在10mm內徑的層析柱內依次填入12cm硅膠、6cm氧化鋁和1cm無水硫酸鈉；加載樣品以70ml正己烷/二氯甲烷=7∶3(體積比)的混合溶劑洗脫。凈化洗脫液經旋轉蒸發儀(BaCHIR200，瑞士)濃縮，并置換溶劑為正己烷，柔和高純氮吹蒸定容至015ml。所有樣品均用HP689025973MSD氣相色譜2質譜聯用儀分析。HP25MS石英毛細管色譜柱(0125mm×60m×0125μm)，He為載氣，流速恒定為1ml·min-1，線速度為26cm·s-1；進樣口溫度250℃，MSD溫度300℃；電子能量:70eV；SIM模式下程序升溫:初始溫度50℃，保留2min，以20℃·min-1升至200℃，保留2min，5℃·min-1升至240℃，保留2min，3℃·min-1升至290℃，保留15min；無分流進樣1μl。
通過色譜峰保留時間和檢索NIST質譜譜庫定性分析，并采用外標峰面積法、6點校正曲線定量。
2 垃圾滲濾液中多環芳烴的組成與濃度
在四個工藝段的水樣中共檢出13種PAHs，分別為二環的萘，三環的苊烯、苊、芴、菲、蒽，四環的熒蒽、芘、苯并[a]蒽、 ，五環的苯并[b]熒蒽、苯并[a]芘，以及六環的苯并[ghi]。其中，進水僅檢出8種；在后續處理過程中又產生新的PAHs種類，以低環數萘、芴、菲為主。垃圾滲濾液進水中多環芳烴的總量(∑PAHs)達到01675μg·l-1，其中，以三環的苊烯濃度最高，為01595μg·l-1，其它高環數PAHs皆在01025μg·l-1。最終出水∑PAHs降至01224μg·l-1，并且高環數PAHs的濃度多數在檢測限以下。PAHs的組成以新產生的萘為主，濃度達到01073μg·l-1，其次為三環的苊烯和芴，濃度分別為01055μg·l-1和01049μg·l-1(表1)。
 |
3 各工藝段對多環芳烴的去除效果
各工藝段垃圾滲濾液中多環芳烴的去除效果如圖1所示。從∑PAHs來看，對多環芳烴的主要處理工藝段為厭氧濾池，去除率可達到80%以上；在膜生物反應器和最終出水中，∑PAHs反而略有上升。按照多環芳烴的環數分類，對于二環的萘，使用厭氧2膜生物反應器技術可以說并無去除效果，在厭氧濾池出水至最終出水這三個工藝段，萘的檢出濃度反而遠遠高于進水(進水中低于檢測限)，說明萘可能是其它烴類的降解產物；對于三環芳烴，厭氧濾池工藝的去除率已超過90%，膜生物反應器對其無明顯去除效果；厭氧濾池與膜生物反應器工藝均對四環芳烴有一定去除效果，但仍以厭氧濾池為主，前者去除率可達83%，而后者僅為8%；厭氧濾池對五環芳烴的去除率略有下降，達到76%，而膜生物反應器的去除效率為11%；測得厭氧濾池對六環芳烴的去除率接近100%，后續工藝段水樣中六環的苯并[ghi]濃度已低于檢測限。這一研究結果與國外的相關報道比較一致。三環與四環芳烴在嚴格的厭氧環境下較容易降解，降解速率也高于高環數芳烴，但萘的降解速率反而較慢。大分子量的多環芳烴比較難于降解，本次實驗中六環的苯并[ghi]的起始濃度就很低，在進水中僅為01009μg·l-1，處理工藝對苯并[ghi]的去除，有可能并非厭氧降解引起，而是填料吸附所致。垃圾滲濾液的組分復雜，在處理過程中也不斷發生變化，產生新的副產物，為進一步探討厭氧2膜生物反應器工藝對其中多環芳烴的去除機理，有必要進行長周期實驗，連續采集樣品，獲得多環芳烴濃度組成變化的時間動態數據。
4 多環芳烴的去除與SCOD，BOD和TOC去除效果的比較
厭氧2膜生物反應器對垃圾滲濾液中的溶解性化學耗氧量(SCOD)，BOD和總有機碳(TOC)具有較好的處理效果(圖2)，總去除率約90%。然而從圖2可以看出，SCOD，BOD和TOC在厭氧濾池工藝段減少甚微；對于它們最有效的去除工藝是膜生物反應器，在膜生物反應器的上清液中，BOD的濃度低于厭氧濾池出水的1%，SCOD和TOC的濃度也下降至前一工藝段出水的20%左右。這和多環芳烴的去除過程差異很大，多環芳烴的主要去除工藝段是在厭氧降解部分(圖1)。這一比較結果說明，綜合性指標SCOD，BOD和TOC的濃度變化，并不能表示出痕量有毒有機污染物多環芳烴的有效去除。
 |
綜上所述，厭氧2膜生物反應器對城市垃圾滲濾液中的多環芳烴有較好的去除效果，主要去除工藝段為厭氧濾池降解，對多環芳烴的總去除率可達到80%以上；其中對三環、四環芳烴的去除率最高，均超過90%。處理過程中有可能產生新的低環數的多環芳烴副產物，但從多環芳烴的危害來看，低環數多環芳烴的致癌性遠遠弱于高環數多環芳烴。該處理技術可成功用于去除垃圾滲濾液中的多環芳烴。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
