于 凱

（青島華益環(huán)?？萍加邢薰?，山東 青島 266073）

1 引言

（1）垃圾滲濾液主要來源于降水、地表水和地下水滲入以及垃圾本身的內(nèi)含水[1]。在垃圾滲濾液中，其污染物成分復(fù)雜，水質(zhì)波動較大，氨氮濃度較高，從而導(dǎo)致處置垃圾滲濾液的成本較高，且難以達到排放標(biāo)準要求。當(dāng)前，高標(biāo)準的滲濾液處置公司投資較大，經(jīng)營費用較高，但設(shè)施建成后卻難以有序運行，究其根本原因之一是垃圾滲濾液的可生化性較差，很難達到后續(xù)的深度處置要求。因此，在保護環(huán)境的前提下，必須要做好處理垃圾滲濾液的環(huán)保工程。但在實際的處置過程中，傳統(tǒng)的生物法和物理化學(xué)法都存在一定弊端，所以，急需研究一種高效、經(jīng)濟的處置方法。

（2）酶是由活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物，其大部分為蛋白質(zhì)，也有極少部分為RNA，是不可以繁殖的，只可以進行催化，能加快某個化學(xué)反應(yīng)過程。因此，其具備一定的催化功能，主要特征包括：效率高、專一、反應(yīng)條件低、能夠減弱生化反應(yīng)的活化能。其中，生物酶是一種能力巨大的催化劑，會在促使微生物的數(shù)量呈指數(shù)級增長的同時，還可以相應(yīng)提高生物降解有機物的反應(yīng)速度，能對污染物中復(fù)雜的化學(xué)鏈產(chǎn)生破壞效果，使其分解為小分子的有機物或二氧化碳、水等無機物，并催化促進大分子（底物）轉(zhuǎn)化成容易吸收的小分子（營養(yǎng)源）。因此，在處理有機污染物時，主要是依靠酶發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，生成游離基，而發(fā)生化學(xué)聚合反應(yīng)的游離基會形成高分子的污染物，這樣就可以通過過濾去除污染物。此外，生物酶不僅能提高處理污染物的效率，還可以保障微生物自身的生長繁殖。因此，生物酶由于自身卓越的性能，有著極其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

（3）菌是微生物的一種，具有繁殖能力，其在繁殖過程中會以有機物作為營養(yǎng)物質(zhì)，從而起到凈化廢水的作用。但酶從作用上判斷只起到催化作用，其不能以有機物作為營養(yǎng)物質(zhì)，不能凈化廢水，只能加快某化學(xué)反應(yīng)，而菌是可以降解有機物的，從而實現(xiàn)凈化廢水的目的。

（4）酶+菌技術(shù)就是利用兩者的特性，即酶可以進行催化加快反應(yīng)，促進微生物的生長，以及起到凈化的作用。在實際應(yīng)用中，酶能夠提高催化效率、對反應(yīng)條件要求不高、不會過多要求設(shè)備性能，具有反應(yīng)迅速，投資成本較低、處理成本低、污泥量少、運行穩(wěn)定等優(yōu)點。在將來的發(fā)展中，可將生化處理工藝與環(huán)?？茖W(xué)理論相結(jié)合，再合理運用成套的理論體系，開發(fā)并應(yīng)用生物酶技術(shù)，這樣就可以經(jīng)濟、快速、便捷地處理垃圾滲濾液，從而為環(huán)保工作的順利開展奠定良好基礎(chǔ)。

2 垃圾滲濾液的特征

2.1 垃圾滲濾液的污染成分

通常，不同種類的垃圾會導(dǎo)致垃圾滲濾液的成分不同，所以，針對不同成分的垃圾滲濾液，需要采取不同的處理工藝，以有效去除各種垃圾滲濾液中所包含的不同污染物。如由廢棄物和有機物、能夠生物降解的廢物、廚余垃圾生成的垃圾滲濾液，其中的成分主要是COD、BOD5、NH3-N和大腸桿菌等。

2.2 垃圾滲濾液的特點

垃圾滲濾液有以下特點：COD和BOD濃度高；有機物種類多，水質(zhì)復(fù)雜；污染物濃度高且變化較大；水質(zhì)和水量差異大；含有高量的金屬；氨氮含量較高；營養(yǎng)元素比例失調(diào)[2]。

3 處理垃圾滲濾液的典型工藝

由于垃圾滲濾液處置的環(huán)保工程、運行成本都較高，且可生化性還比較弱，所以，要投入較多的環(huán)保設(shè)備，并且，當(dāng)通常情況下要處置的垃圾滲濾液的量不大時，也會產(chǎn)生較高的設(shè)備折舊費用和維護費用。因此，在垃圾滲濾液的實際處理過程中，主要包括物理化學(xué)法和生物法[3]。其中，物理化學(xué)法主要包括吸附（活性炭法）、沉淀（化學(xué)法）、分離（密度法）、氧化還原法（化學(xué)法）、離子交換法等；而生物法主要包括好氧法、厭氧法和二者混合法。

（1）當(dāng)前，國內(nèi)應(yīng)用較好的生物法主要是好氧法+厭氧法的綜合處理工藝。而綜合處理工藝基本是針對濃度較高的垃圾滲濾液。如果待處置的垃圾滲濾液中有較高的氨氮，首先要應(yīng)用氨吹脫，然后是生物法。在實際處理過程中，綜合處理工藝技術(shù)穩(wěn)定，經(jīng)濟可行，能保證較好的污泥沉淀，因此，得到了廣泛認可，不過針對生化性能低，不容易降解的有機物和高毒性的廢水，往往達不到預(yù)期效果。

（2）反滲透技術(shù)具有高效截留污水中溶解態(tài)的無機污染物和有機污染物的特性，所以，成為了處理垃圾滲濾液的主要方法。但在實際應(yīng)用過程中，反滲透技術(shù)逐漸顯現(xiàn)出弊端，基本體現(xiàn)在可操作性差、高耗能、設(shè)備損耗及運維成本較高。

（3）當(dāng)前，雖然膜生物反應(yīng)器能降解垃圾滲濾液中的有機物，但單純采用膜生物反應(yīng)器工藝，處理后的水質(zhì)往往不能達標(biāo)排放，還需要結(jié)合納濾（濃縮）水處理設(shè)備、反滲透水處理系統(tǒng)、活性炭等綜合處置工藝，才能滿足排放要求。

4 試驗內(nèi)容

4.1 試驗?zāi)康?/h3>

本試驗的目的，一是在實驗室小試成熟地處理工藝，以確定最合理的處理工藝及設(shè)計參數(shù)，使之服務(wù)于實際工程需要；二是在實驗室驗證、模仿、創(chuàng)新目前環(huán)保領(lǐng)域新興的工藝技術(shù)、設(shè)備等，以增強企業(yè)的競爭力。在實驗過程中，小試系統(tǒng)的待處理對象主要是垃圾滲濾液，主要是為了更好地選擇垃圾滲濾液處理系統(tǒng)尤其是生化系統(tǒng)的參數(shù)，以提供更加準確的設(shè)計依據(jù)，同時，也是對垃圾滲濾液工藝進行進一步探索。

4.2 試驗設(shè)備

主要包括：反應(yīng)池、生物強化工序裝置、氧化工序裝置、電凝聚裝置等設(shè)備，并輔以生物菌、酶等耗材。

（1）反應(yīng)池：均采用PVC板，池體與池體相互獨立，采用法蘭及鋼絲軟管連接。

（2）生物強化工序裝置：工藝原理是指污染物被微生物分解成CO2和H2O。該裝置通過對含有有機物的垃圾滲濾液進行曝氣，并使之保持曝氣狀態(tài)，且pH值調(diào)試到6.5～7.8之間較佳；同時，保證溫度和pH值等參數(shù)的系統(tǒng)平衡。

（3）氧化工序裝置：該裝置能對苯胺以及苯環(huán)類物質(zhì)進行一定程度的氧化破解；在改善后續(xù)生化進水條件時，能提高整個廢水的可生化性。本系統(tǒng)采用等離子體放電、高級氧化技術(shù)，以電化學(xué)方法為核心。

（4）電凝聚裝置：該裝置是借助外電源，依靠陽極生成較多的金屬陽離子，且參加水解反應(yīng)生成混凝劑，以形成能容易去掉的較大物質(zhì)，進而達到凈化效果。本系統(tǒng)采用鐵電極，優(yōu)化了電極配置和電參數(shù)設(shè)計，使COD最大程度地降低，并減少了電耗和極板損耗。

（5）生物菌：菌種是通過富集、分離、篩選等步驟從自然界中找到，通過擴培養(yǎng)后再應(yīng)用到需要處置的污染水體中；或者把污染水體中得到的常見菌種通過各種方式和新技術(shù)制成通用菌種，并經(jīng)過分離和篩選獲取有效菌株，擴培后再投放到受污染水體中，實現(xiàn)最終的環(huán)境治理。在實驗過程，運用生物菌群中各類細菌的自身功效，可針對垃圾滲濾液中的有機污染物，投入特定配比的微生物菌群，再利用微生物本身產(chǎn)生的各種酶系，使有機物和菌種間構(gòu)成生物鏈且形成循環(huán)高分解鏈系統(tǒng)，可將有機污染物分解成CO2、H2O和CH4等無害的最終產(chǎn)物。

（6）垃圾滲濾液選自山東省某垃圾處置園區(qū)內(nèi)的，此垃圾滲濾液沒有被處理，其水質(zhì)的基本情況詳見表1。

表1 垃圾滲濾液的水質(zhì)情況

4.3 試驗原理

（1）由于垃圾滲濾液成分復(fù)雜，含有大量的難降解物、可生化性較差，所以，工藝系統(tǒng)中采用電解法。該方法對于小水量含高鹽有機物廢水的處理效率較高，并且提高了對COD、氨氮的降解程度，提高了可生化性，有利于微生物的培養(yǎng)繁殖。

（2）在高壓等離子體放電方法中，可采用介質(zhì)阻擋放電形式，是利用高頻電源產(chǎn)生的高壓對垃圾滲濾液負載進行放電，且放電布滿整個反應(yīng)器，而放電產(chǎn)生的等離子體由于溫度較高、壓力較高，導(dǎo)致大量有機分子被高溫?zé)峤獠l(fā)生高級氧化而化學(xué)降解。在這些過程和反應(yīng)的協(xié)同作用下，有機物被降解，從而達到有效分解處理高濃度有機物垃圾滲濾液的目的。

（3）本系統(tǒng)采用的電化學(xué)方法主要為高級氧化，但如何提高氧化劑的效果以及降低成本是氧化法處理的關(guān)鍵。這主要是因為，具有強氧化性的羥基自由基（OH·）是一種極佳的氧化劑，與臭氧相比，其可以無選擇性地氧化有機物，且反應(yīng)高效迅速。但OH·的壽命極短，因此，如何充分利用其進行氧化也是一個難題。本系統(tǒng)針對現(xiàn)有電解氧化裝置的OH·產(chǎn)生率低，利用效率低下的問題進行了研究和改進，主要采用堿性的電解液以及石墨電極，進行連續(xù)電解，使OH·能連續(xù)源源不斷地產(chǎn)生，同時提高了OH·利用效率以及垃圾滲濾液中的COD去除率。

（4）采用金屬電極進行電解，即采用電凝聚方法處理廢水，是借助外電源的力量，應(yīng)用可溶性陽極生成較多的金屬陽離子，且參加水解反應(yīng)生成混凝劑。此處理技術(shù)的作用是為了使原水中的膠體、SS、TDS、細菌、病毒和其他微生物等的物理性質(zhì)發(fā)生改變，最后形成能容易去掉的較大物質(zhì)，進而達到凈化效果。

電凝聚方法的工藝原理如圖1所示。陽極金屬借助外電源外力，產(chǎn)生了氧化反應(yīng)，形成了金屬陽離子，但發(fā)生水解時形成了陰離子，所以，Mn+和OH-絡(luò)合生成了M（OH）n這種混凝劑，此混凝劑能夠和垃圾滲濾液中的雜質(zhì)、SS和膠體等不同的成分進行混合，并慢慢沉降和溶液開始分離；與此同時，因發(fā)生水解反應(yīng)而形成的氫氣，在溢出液面的時候，有些污染物也會跟著上浮。

圖1 電凝聚方法的工藝原理

電凝聚工藝過程中產(chǎn)生了一連串的物理和化學(xué)反應(yīng)，主要包括：溶解的陽極金屬、電場作用下電解產(chǎn)物的分解和電解產(chǎn)物及水解產(chǎn)物與廢水中物質(zhì)發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)等。不過，在這些反應(yīng)中，主要是以電極反應(yīng)為主。以鐵電極為例，每當(dāng)電極之間通過直流電或脈沖電的時候，就會發(fā)生下面的電極反應(yīng)：

當(dāng)Fe2+進入水中后，會迅速發(fā)生水解反應(yīng)，形成多種單核絡(luò)合物；而當(dāng)Fe2+經(jīng)歷多種水解和縮聚反應(yīng)后，能夠生成各種復(fù)雜的聚合離子，此聚合離子又能夠和廢水中的有機物質(zhì)發(fā)生多種不同的物理化學(xué)反應(yīng)。

由以上過程可以看出，應(yīng)用電凝聚方法凈化垃圾滲濾液，主要是借助外電源的外力，應(yīng)用可溶性陽極（鐵）產(chǎn)生大量的金屬陽離子，再應(yīng)用可溶性得陽極生成較多的金屬陽離子，且參加水解反應(yīng)生成混凝劑。此處理技術(shù)的作用是為了使原水中的膠體、SS、TDS、細菌、病毒和其他微生物等的物理性質(zhì)發(fā)生改變，以形成能容易去掉的較大物質(zhì)，進而達到凈化效果。

針對電解過程中的陽極鈍化現(xiàn)象和電極腐蝕較嚴重，損耗快的問題，進行了一系列優(yōu)化，采用換向電源，使系統(tǒng)的陰極、陽極在反應(yīng)一段時間后進行轉(zhuǎn)換，有效抑制了陽極鈍化現(xiàn)象的產(chǎn)生；同時，從材料方面入手，改進了傳統(tǒng)的鐵電極，從而使電極損耗降低，有效延長了電極壽命。

區(qū)別于傳統(tǒng)的高效生物菌種需要反復(fù)投加、成本昂貴等特點，使用該技術(shù)可以有針對性的擴培特效微生物菌團，且在日常運行中無需重復(fù)投加，降低了處理成本。該技術(shù)比傳統(tǒng)生物處理系統(tǒng)的調(diào)試時間縮短很多，并且，利用快速啟動劑在短時間內(nèi)激活菌種后，就可以實現(xiàn)滿負荷正常運行。

4.4 試驗方法

（1）本試驗采用一種綜合處理方法：預(yù)處理+高壓等離子處理+高級氧化+生化，實現(xiàn)了降解大分子有機物，降低水體中的COD和氨氮，最終達到排放標(biāo)準。在一系列的物化法、高級氧化和生化處理等方法中，以等離子體放電及電化學(xué)方法為核心，以物理混凝、微電解、生化降解為輔助，綜合考慮了各種方法的優(yōu)劣，優(yōu)化了各方法的先后順序、內(nèi)部操作流程，同時，是在各處理方法優(yōu)化的基礎(chǔ)上，進行有機結(jié)合。

（2）該系統(tǒng)的主要工藝流程如圖2所示：

圖2 工藝流程圖

本系統(tǒng)采用等離子體放電、高級氧化技術(shù)，以電化學(xué)方法為核心。

（3）本次小試試驗運用的等離子體放電技術(shù)克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，其工藝過程是，采用介質(zhì)阻擋放電形式，利用高頻開關(guān)電源產(chǎn)生脈沖電壓，經(jīng)變壓器諧振產(chǎn)生高壓后，對垃圾滲濾液負載進行放電；由于介質(zhì)阻擋放電布滿了整個反應(yīng)器的空間，使有機分子在等離子體通道內(nèi)被高溫進行熱解，并在自由基的作用下發(fā)生高級氧化而化學(xué)降解。應(yīng)用該技術(shù)處理垃圾滲濾液時，不需要添加化學(xué)試劑，處理過程簡單，無廢棄物和二次污染，且在提高水處理效率的同時，最大程度地減少了能耗。

（4）但由于廢水含有較高難降解有機物和氨氮，生物處理段采用缺氧-好氧處理工藝。好氧（硝化）和缺氧（反硝化）進行生物處理可有效去除COD、BOD和NH3-N。其中，前置反硝化可以降低需氧量和碳用量，通過水解酸化后廢水BOD/COD值提高；而硝化池內(nèi)通過高活性的好氧微生物作用，使垃圾滲濾液中的大部分有機物污染物在硝化池內(nèi)得到降解，同時氨氮和有機氮氧化為硝酸鹽和亞硝酸鹽。經(jīng)過硝化-反硝化過程，垃圾滲濾液廢水中的有機物和氨氮大部分被轉(zhuǎn)化為無機物（CO2、H2O、N2）可從水中去除，一小部分則轉(zhuǎn)化為細胞物質(zhì)，通過定期排泥被排出系統(tǒng)。

5 試驗結(jié)果與分析

分別取20 L垃圾滲濾液各一份分成三組，一組當(dāng)空白對照，二組處理工藝不加生物菌酶，三組按照完整的工藝流程加入20 g的生物菌酶，48 h后觀察結(jié)果：二組的垃圾滲濾液有明顯的懸浮物，三組的垃圾滲濾液底部有分層，底部由濁變清。分別取第二組和第三組的上清液檢測，其處理效果詳見表2。由上述試驗結(jié)果可以看出，生物菌酶可以快速去除垃圾滲濾液中的污染物。

表2 垃圾滲濾液出水水質(zhì)

6 討論

（1）通常情況下，垃圾滲濾液水質(zhì)復(fù)雜，有機物濃度高且多為有毒、有害、難生物降解有機物，氨氮濃度也很高，由以上定性試驗可以看出，投加相應(yīng)的高強活性生物菌，可顯著提升垃圾滲濾液的處理效果；可快速降解入侵的高濃度有機物、降低系統(tǒng)負荷、逐步修復(fù)受損菌落、改善污泥形狀、從而建立更強更優(yōu)的生化系統(tǒng)；而生物菌會加速將大分子變?yōu)楹梦盏男》肿?，這不僅提高了污染物的處置效率，而且也為微生物的生長繁殖提供了支撐，促進了生化反應(yīng)。

（2）生物菌酶除具有破雜環(huán)、斷長鏈、耐鹽、除氮、脫臭、降COD等能力外，還有如下特性：

①菌種本身無毒性，無致病性，不會造成二次危害；

②消除污染物速度快且強，脫氮效果好；

③采用生物菌酶技術(shù)處理垃圾滲濾液，降解1 kg BOD5只產(chǎn)生約0.25 kg的干污泥，而采用常規(guī)的活性污泥法降解1 kg BOD5則產(chǎn)生0.5～0.7 kg的干污泥，產(chǎn)生的污泥量較少。因此，該處理工藝產(chǎn)生的污泥量比常規(guī)處理工藝要少。

7 結(jié)論

本次定性試驗，驗證了生物菌酶對垃圾滲濾液有凈化作用。因此，在垃圾滲濾液的實際處理過程中，生物菌酶作為一種純天然綠色環(huán)保產(chǎn)品，會隨著污染物的降低而逐漸減少，不會造成二次污染，這樣既提高了垃圾滲濾液的可生化性，增強了處置效率，又減少了反應(yīng)時間，降低了處理成本。所以，該處理工藝在垃圾滲濾液處理行業(yè)具有廣闊的市場前景，也會帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。