垃圾滲濾液總氮指標(biāo)監(jiān)測及其質(zhì)量控制分析

郝愛榮 張小偉

（禹州市環(huán)境監(jiān)測站 河南禹州 461670）

引言

目前，我國垃圾處理主要以填埋和焚燒為主。無論是焚燒還是填埋都會(huì)產(chǎn)生大量滲濾液，隨著垃圾產(chǎn)生量的不斷增長，驅(qū)動(dòng)著垃圾滲濾液產(chǎn)生量持續(xù)增長[1]。2019 年我國城市生活垃圾清運(yùn)量達(dá)2.4 億噸，預(yù)計(jì)到2025 年垃圾滲濾液產(chǎn)生量達(dá)12974 萬噸。垃圾滲濾液是垃圾中有機(jī)物在長期堆放、填埋過程中分解產(chǎn)生廢水。此外，垃圾中的游離水、降水及滲入地下水，是一種濃度高、毒性高、成分復(fù)雜的有機(jī)廢水，垃圾滲漏持續(xù)時(shí)間長，隨著時(shí)間的推延會(huì)加劇填埋場或垃圾堆場周邊地下水、地表水污染。因此，通過監(jiān)測，及時(shí)掌握垃圾滲濾液污染程度，為垃圾滲濾液處理提供第一手?jǐn)?shù)據(jù)信息[2]。

1 垃圾滲濾液總氮監(jiān)測內(nèi)容

垃圾滲濾液污染物濃度大，有毒有害物質(zhì)多，尤其是其中的氮濃度過高會(huì)污染水體，威脅人類身體健康。因此，做好垃圾滲濾液中氮的測定至關(guān)重要。通常氮的測定包括總氮（TN）和氨氮（NH3-N）。為進(jìn)一步研究滲濾液氨氮監(jiān)測效果，選用UV 法（堿性過硫酸鉀-紫外分光光度法）與IC（堿性過硫酸鉀消解-離子色譜法）法測定TN，以探尋適用垃圾滲濾液TN 監(jiān)測方法及條件[3]。

2 監(jiān)測實(shí)驗(yàn)（以禹州市垃圾生活處理廠為例）

2.1 試劑及儀器選擇

選取硝酸鉀、超純水、硫酸、碳酸鈉、過硫酸鉀、超純水及碳酸氫鈉。選用紫外分光光度儀（島津UV-2450）；離子色譜儀（DIONEX ICS90）、陰離子分離柱（IonPac AS14 4×250mm）、抑制柱（AMMSⅢ4-mm）、電導(dǎo)檢測器（DS5）、自動(dòng)進(jìn)樣器（AS40）、高效液相色譜儀等等。

2.2 色譜及溶液配制

色譜條件：泵壓2000-2500psi；流速1.5mL/min；單個(gè)樣品分析時(shí)間10min；淋洗瓶氮?dú)鈮毫?psi；進(jìn)樣量10μL。溶液配制：實(shí)驗(yàn)用超純水電導(dǎo)率為18MΩ；硝酸氮標(biāo)準(zhǔn)液：CN=100mg/L；再生液：硫酸=75mmol/L；淋洗液：碳酸鈉/碳酸氫鈉=8.5/1.00mmol/L；淋洗貯備液：碳酸鈉/碳酸氫鈉=8.5/0.10mmol/L；堿性過硫酸鉀配制：依次向50g 過硫酸鉀中加入0、0.5、1、2、3、5、10、15g 氫氧化鈉，定容至1000mL 容量瓶，制備8 種過硫酸鉀。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線及水樣分析

UV 法標(biāo)準(zhǔn)曲線：硝酸氮標(biāo)準(zhǔn)液稀釋至0.00、0.50、1.50、3.00、5.00、8.00mg/L 使用液，用紫外分光光度儀在230nm、280nm 測吸光度A 值。并根據(jù)校正吸光度對實(shí)驗(yàn)水質(zhì)進(jìn)行濃度作氮標(biāo)準(zhǔn)曲線（A校=A230-2A280）。IC 法標(biāo)準(zhǔn)曲線：將10mL 淋洗貯備液加入至硝酸氮標(biāo)準(zhǔn)液。將硝酸氮標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋至0.00、1.00、2.00、5.00、10.00、15.00mg/L 使用液，選用離子色譜測定硝酸氮標(biāo)準(zhǔn)液濃度。以峰面積將濃度作氮標(biāo)準(zhǔn)曲線。更換再生液、淋洗液或者監(jiān)測樣品超過20h，需要重新校正標(biāo)準(zhǔn)曲線。

2.4 監(jiān)測結(jié)果及討論

運(yùn)用UV 及IC 法監(jiān)測，選用納氏試劑對水樣氨氮進(jìn)行測定，經(jīng)比較二者方法的監(jiān)測準(zhǔn)確性，獲得水樣中氨氮值分別于總氮均值比較，從監(jiān)測結(jié)果來看IC 法監(jiān)測獲得氨氮值均小于總氮值，且氨氮基本占總氮含量90%以上；UV 法監(jiān)測的氨氮值均大于總氮值。結(jié)合其他研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：垃圾滲濾液中氨氮占總氮含量在80%-95%。綜上，IC 法測定垃圾滲濾液結(jié)果更符合實(shí)際、更可信，也更適用于垃圾滲濾液總氮測定。

3 垃圾滲濾液水質(zhì)特性

垃圾滲濾液成分復(fù)雜，且水質(zhì)水量變化大（見表1），含有大量氨氮、重金屬、有毒有害、寄生蟲等等。做好垃圾滲濾液水質(zhì)監(jiān)測及特性分析，是選擇合適處理工藝技術(shù)的前提和基礎(chǔ)[4]。

表1 垃圾滲濾液典型水質(zhì)指標(biāo)/（mg·L-1）

與城市污水相比，垃圾滲濾液水質(zhì)具有其顯著特點(diǎn)：

3.1 有機(jī)物濃度高，水質(zhì)復(fù)雜

從垃圾滲濾液實(shí)際監(jiān)測獲得的相關(guān)結(jié)果來看，垃圾滲濾液中含有大量有機(jī)物且濃度高。如BOD5的最高濃度可以達(dá)到37500mg/L，垃圾滲濾液中的有機(jī)物濃度甚至是其他城市生活污水有機(jī)物濃度的幾百倍。此外，滲濾液中含有烯烴、芳烴、烷烴，以及醇類、酚類、酮醛類和酰胺類等有機(jī)物。有研究發(fā)現(xiàn)，垃圾滲濾液含有多達(dá)77 種有機(jī)物。此外，垃圾滲濾液的水質(zhì)復(fù)雜，與滲濾液的時(shí)間長短密切相關(guān)，填埋時(shí)間短的，滲濾液的有機(jī)物濃度高，可生化性強(qiáng)；隨著垃圾填埋時(shí)間變長，有機(jī)物濃度會(huì)逐漸降低，垃圾中腐殖質(zhì)會(huì)增加，氨氮濃度會(huì)隨之增大。當(dāng)早期垃圾滲濾液與晚期垃圾滲濾液并存時(shí)，處理難度加大，水質(zhì)更加復(fù)雜。

3.2 氨氮含量高，變化范圍大

垃圾滲濾液中氨氮含量高，而且早期隨著填埋時(shí)間的延長，氨氮含量會(huì)隨之增加。氨氮主要來自填埋場垃圾中蛋白質(zhì)等含氮物質(zhì)。且氨氮濃度變化大，經(jīng)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，垃圾填埋場早期滲濾液氨氮含量的濃度一般在1800mg/L 左右，當(dāng)垃圾填埋時(shí)間的延長，晚期的滲濾液最高甚至?xí)_(dá)到100000mg/L。可見，氨氮含量高是垃圾滲濾液的重要水質(zhì)特性，這也是垃圾滲濾液難以通過反硝化脫氮處理的重要因素之一。

3.3 營養(yǎng)元素失調(diào)，含磷量低

垃圾滲濾液中磷濃度含量一般在3.5-16mg/L 之間，垃圾滲濾液中鈣離子濃度和總堿度含量更高，影響到滲濾液中的磷濃度含量，使的滲濾液中的溶解性磷酸鹽濃度更低。總磷濃度含量為0-120mg/L。從垃圾填埋場的滲濾液監(jiān)測結(jié)果來看，五日生化需氧量/總磷＞300，微生物生長所需碳磷比為100:1，營養(yǎng)元素失調(diào)，碳磷比過大，使得后期選用生物法處理脫氮中存在缺磷難題。

3.4 含有重金屬離子，種類多

垃圾滲濾液中含有各種銅、鉛、鎘、鉻、鋅、鐵、汞、鎂和砷等重金屬離子（表2）。經(jīng)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，垃圾填埋場早期滲濾液中鐵離子和鋅離子含量較高，二者濃度可達(dá)到200mg/L、150mg/L。雖然有研究表明這種重金屬離子含量存在較大差異，究其原因主要是垃圾填埋場填埋不規(guī)范所致。垃圾滲濾液重金屬離子種類多，加劇了生態(tài)環(huán)境污染，使微生物酶失去活性，降低微生物代謝活性，甚至抑制微生物生長，降低垃圾滲濾液處理效果。

表2 中外城市垃圾滲濾液中重金屬

4 垃圾滲濾液總氮監(jiān)測影響因素及控制

選用堿性過硫酸鉀消解-離子色譜法監(jiān)測垃圾滲濾液總氮含量，易受到環(huán)境、試劑、儀器設(shè)備、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性等因素影響，需要在監(jiān)測時(shí)采取相應(yīng)措施，切實(shí)提升總氮監(jiān)測質(zhì)量和水平。

4.1 環(huán)境因素及控制

IC 法監(jiān)測垃圾滲濾液中總氮含量，對環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)室的敏感性很強(qiáng)，這就需要做好實(shí)驗(yàn)室用水質(zhì)量保障。控制實(shí)驗(yàn)用水電導(dǎo)率在10μs/cm 以內(nèi)。使用鹽酸或硫酸溶液浸泡實(shí)驗(yàn)用玻璃器皿，在選用自來水清洗后再用無氨水沖洗，使實(shí)驗(yàn)用器皿倒掛至無水珠。每周清洗高壓滅菌器。

4.2 試劑因素及控制

IC 法監(jiān)測垃圾滲濾液使用到化學(xué)試劑，試劑的純度對標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制影響大。其中，氫氧化鈉產(chǎn)品成分總氮含量應(yīng)＜0.0005%。配置試驗(yàn)用溶液時(shí)，堿性過硫酸鉀溶解時(shí)，水溫控制在60℃以內(nèi)，常溫保存不超過1 周，宜現(xiàn)用現(xiàn)配；氫氧化鈉冷卻至室溫后與過硫酸鉀混合、定容。

4.3 設(shè)備因素及控制

IC 法監(jiān)測垃圾滲濾液總氮監(jiān)測消解樣品時(shí)，應(yīng)單獨(dú)消解，避免因其他因素參雜影響監(jiān)測質(zhì)量；溶液監(jiān)測分析應(yīng)在密閉設(shè)備中進(jìn)行，待溫度升至120℃時(shí)計(jì)時(shí)，消解時(shí)間控制在30min。消解結(jié)束后，降壓至0Pa 取出試驗(yàn)用樣品，并趁熱搖勻，再自然冷卻至室溫，防止因溫度驟降而影響監(jiān)測效果。

4.4 數(shù)據(jù)因素及控制

IC 法監(jiān)測垃圾滲濾液，測定過程中會(huì)出現(xiàn)空白值高的現(xiàn)象，這時(shí)需要添加少量鹽酸等消除干擾，將空白值控制在較低范圍內(nèi)，提升監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量。除了要控制好試驗(yàn)環(huán)境因素、試劑因素、設(shè)備因素等外，還需要提升試驗(yàn)人員業(yè)務(wù)素能，減少人為因素誤差，做好平行樣測定，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和精密度。

結(jié)語

綜上，垃圾滲濾液作為垃圾中有機(jī)物在長期堆放、填埋過程中分解產(chǎn)生的一類有毒有害廢水。需要全面把握滲濾液廢水特性，通過適當(dāng)監(jiān)測方法，及時(shí)掌握垃圾滲濾液污染程度，為垃圾滲濾液處理提供第一手?jǐn)?shù)據(jù)信息，提升垃圾滲濾液脫氮效果。