焚燒發電垃圾滲濾液處理過程中DOM的熒光光譜分析

黃健 ，孫威威 ，黃智 ，王斌 ，王志華 ，張華 ，張勇 ，謝能勇

(1.安徽建筑大學環境與能源工程學院，安徽 合肥 230601；2.中節能(合肥)可再生能源有限公司，安徽 合肥230601；3.水污染控制與廢水資源化安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230601)

0 引言

焚燒發電垃圾滲濾液主要由垃圾自身水分及在料坑發酵水分所組成，由于我國城市生活垃圾熱值低于發達國家，通常在焚燒前會在儲存倉中儲存3～7天，在此期間會產生大量垃圾滲濾液[1-4]。焚燒廠發電垃圾滲濾液富含有機和無機污染物，其中有機污染物主要為溶解性有機物(DOM)[5-8]。垃圾滲濾液中DOM成分復雜且可為微生物代謝提供碳源。DOM與污水中污染物遷移轉化具有密切關系，因此，研究垃圾滲濾液處理過程中各工藝出水DOM組成及含量變化特征對了解垃圾滲濾液處理中污染物變化特征有重要意義[9]。三維熒光光譜法(EEMs)與傳統檢測技術相比具有操作簡單快捷、不需投加化學試劑且靈敏度較高等優點[10-11]，在飲用水、生活污水、自然水體和工業廢水的DOM研究中被廣泛使用[12-15]。

利用三維熒光強度與污染物指標建立相關關系可以快速檢測污染物指標[16-17]。但目前關于焚燒發電垃圾滲濾液處理過程中DOM的三維熒光光譜學特征的研究較少。因此，該研究利用三維熒光光譜技術分析焚燒發電垃圾滲濾液處理過程中DOM的光譜特征及DOM變化，并根據熒光強度變化建立DOM熒光強度和COD濃度之間的關系，為焚燒發電垃圾滲濾液生物處理過程中DOM轉化特征及COD濃度的快速監測提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 處理工藝流程和樣品采集

該焚燒發電廠的垃圾滲濾液經過調節池后進入UASB反應器-反硝化池-硝化池-超濾-納濾工藝，工藝流程圖如圖1所示。調節池水質檢測結果如下：COD為58018.0 mg/L，總氮為2119.0 mg/L，氨氮為1918.0 mg/L。現場構筑物中取樣點如圖1所示：1-調節池出水；2-UASB出水；3-反硝化出水；4-硝化出水；5-超濾出水；6-總出水。采集的水樣進行低溫保存后帶回實驗室進行檢測分析，水樣經過0.45μm濾膜過濾后進行三維熒光光譜分析。

1.2 主要儀器和方法

氨氮檢測采用納氏試劑分光光度法，COD檢測使用重鉻酸鉀法，總氮檢測用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法。三維熒光光譜分析采用日立F-7000型熒光光度計，測定條件：電壓為700 V，激發波長(λEx)200～450 nm，步長 5 nm，發射波長(λEm)250～550 nm，步長5 nm；狹縫寬度5 nm；掃描速度2400 nm/min。

2 結果與討論

2.1 運行結果與分析

圖1 垃圾滲濾液處理工藝圖及取樣點

圖2 各取樣點COD、氨氮和總氮濃度變化

垃圾滲濾液處理工藝各取樣點的理化指標濃度如圖2所示。由圖2可知，COD、總氮和氨氮在整套工藝流程中呈現下降的趨勢。其中，COD進水濃度為58018 mg/L，經各構筑物處理后出水濃度為323 mg/L，去除率為99.4%；總氮濃度由進水2119 mg/L降為22.2 mg/L，去除率為98.9%；氨氮濃度由進水1918 mg/L降為1.9 mg/L，去除率為99.9%。出水達到GB8978-1996《污水綜合排放標準》三級標準。

2.2 DOM三維熒光譜分析

焚燒發電廠垃圾滲濾液處理過程中各構筑物三維熒光光譜如圖3所示，熒光強度變化如圖4所示。根據文獻中分類方法[18-19]，圖中共出現4種DOM的特征熒光峰，即高激發波長色氨酸峰(峰A)、低激發波長色氨酸峰(峰B)、可見光區富里酸峰(峰C)、紫外光區富里酸峰(峰D)。其特征熒光峰中心位置分別在 A(λEx/λEm=280/320 nm)、B(λEx/λEm=225/330 nm)、C(λEx/λEm=330/415 nm)、D(λEx/λEm=245/435 nm)附近。

由圖3和圖4可知，在原水中，高激發波長色氨酸峰(峰A)和低激發波長色氨酸峰(峰B)的熒光強度較強，可見光區富里酸峰(峰C)和紫外光區富里酸峰(峰D)的熒光強度不明顯，由不同種類DOM的特征熒光峰熒光強度的強弱可知原水中DOM主要成分為高激發波長色氨酸和低激發波長色氨酸[9]。原水經過一系列構筑物處理后，各DOM的熒光強度明顯下降。

圖3 各構筑物水樣稀釋100倍的三維熒光圖

UASB工藝對熒光峰強度的削弱存在很大差異。由圖3可知，經過UASB生物處理后出水，滲濾液中高激發波長色氨酸峰(峰A)與低激發波長色氨酸峰(峰B)的熒光強度大幅下降。由圖4可知，高激發波長色氨酸峰熒光強度由4325降至649.2，降低幅度達84.9%；低激發波長色氨酸峰熒光強度由3941降至1037，降低幅度達73.7%；可見光區富里酸峰(峰C)和紫外光區富里酸峰(峰D)的熒光強度相對降幅較小，分別降低了46.7%和34.6%；熒光峰的削弱與產生熒光峰的物質的性質有關，在UASB工藝處理滲濾液中熒光峰A、B、C、D削減效果為：A＞B＞C＞D，由此可見，垃圾滲濾液DOM中高激發波長色氨酸與低激發波長色氨酸較可見光區富里酸和紫外光區富里酸更易降解[20-21]。

由圖3可知，經過反硝化罐處理，峰A和峰B有小幅度削減，峰C和峰D有小幅度增強，這是因為在厭氧條件下UASB出水中的難生物降解有機物被進一步降解轉化成可見光區富里酸和紫外光區富里酸，而高激發波長色氨酸、低激發波長色氨酸等在反硝化階段進一步被降解；經過硝化出水，峰A、B、C、D小幅度減弱。在超濾和出水的時候峰A、B、C、D的熒光強度進一步被削減。由圖4可知，最終處理出水DOM中高激發波長色氨酸熒光強度最高為316.6，低激發波長色氨酸熒光強度最低為186.5。

圖4 各構筑物水樣DOM熒光強度變化

2.3 熒光強度與COD的關系

通過觀察圖2和圖4發現COD濃度和高激發波長色氨酸、低激發波長色氨酸和可見光區富里酸的熒光強度具有類似的變化趨勢，分別將COD濃度與高激發波長色氨酸、低激發波長色氨酸可見光區富里酸的熒光強度建立相關關系，結果如圖5所示。

圖5 熒光強度與COD濃度的線性關系

由圖5可以看出，3種熒光類DOM(高激發波長色氨酸、低激發波長色氨酸和可見光區富里酸)的熒光強度與COD濃度呈現出明顯的正相關關系。高激發波長色氨酸、低激發波長色氨酸和可見光區富里酸的熒光強度與COD濃度的線性相關系數(R2)分別為0.9985、0.9647和0.8082，3種物質熒光強度與COD濃度呈現較好的線性關系，可通過高激發波長色氨酸、低激發波長色氨酸和可見光區富里酸的熒光強度反映焚燒發電廠的垃圾滲濾液COD的濃度，因此，利用三維熒光技術可以快速檢測焚燒發電廠垃圾滲濾液處理過程中COD的濃度。

3 結論

(1)采用UASB反應器-反硝化池-硝化池-超濾-納濾工藝處理焚燒發電廠的垃圾滲濾液，COD由58018 mg/L降至323 mg/L，去除率為99.4%；總氮和氨氮去除率分別為98.9%和99.9%。該工藝對焚燒廠垃圾滲濾液中COD、總氮、氨氮有較好的去除效果。

(2)三維熒光光譜分析表明，焚燒廠垃圾滲濾液中存在4種DOM的特征熒光峰分別為高激發波長色氨酸峰(峰A)、低激發波長色氨酸峰(峰B)、可見光區富里酸峰(峰C)和紫外光區富里酸峰(峰D)；原水中DOM主要為高激發波長色氨酸、低激發波長色氨酸其熒光強度分別為4325和3872。經過處理后，4種物質的熒光強度均不同程度降低，出水DOM中高激發波長色氨酸熒光強度最高為316.6，低激發波長色氨酸熒光強度最低為186.5。

(3)COD濃度與高激發波長色氨酸、低激發波長色氨酸和可見光區富里酸的熒光強度具有良好的線性關系，與COD線性相關系數(R2)分別為0.9985、0.9647和0.8082，因此，可利用三維熒光技術對高激發波長色氨酸、低激發波長色氨酸和可見光區富里酸熒光強度進行表征，實現對垃圾焚燒廠垃圾滲濾液中COD濃度的快速分析。