厌氧-膜生物反应器处理垃圾渗滤液中多环芳烃的研究

第23卷2004正第6期11月环境化学ENVIRONMENTALCHEMISTRYVo1．23，No．6November2OO4厌氧-膜生物反应器处理垃圾渗滤液中多环芳烃的研究许宜平陈少华陈明刘俊新王子健一(中国科学院生态环境研究中心，环境水质学国家重点实验室，北京，100085)摘要采用固相萃取前处理和气相色谱／质谱联用的方法，分析厌氧-膜生物反应器处理垃圾渗滤液中多环芳烃的去除效果．结果表明，对多环芳烃的总去除效率超过80％；大部分三环、四环和五环的芳烃可在处理过程中被厌氧降解．多环芳烃的主要降解反应发生在厌氧滤池工艺段，然而SCOD(溶解性化学耗氧量)，BOD和TOC的主要去除工艺段则是膜生物反应器．关键词多环芳烃，垃圾渗滤液，膜生物反应器，厌氧．垃圾渗滤液的处理难度大，现有的处理技术主要包括物化法(吸附、沉淀、氧化、还原、离子交换、汽提、膜技术等)、生物处理(好氧与厌氧降解)和土地处理(快速和慢速渗滤系统、表面漫流、湿地系统)等¨J．目前，国内大多围绕化学耗氧量(COD)、生物耗氧量(BOD)、氨氮和总氮等综合指标进行研究，很少讨论那些造成微污染但危害极大的痕量有毒有机污染物，例如农药、多环芳烃、酞酸酯、壬基酚等．恰恰是那些浓度甚微的痕量有毒有机污染物表现出更显著的毒性．本文采用厌氧一膜生物反应器’对垃圾渗滤液中多环芳烃的去除过程与效果进行研究．垃圾渗滤液采自北京市某垃圾填埋场．具体处理流程分为四个工艺段：进水、厌氧滤池出水、膜生物反应器、出水．其中厌氧滤池的有效容积为63L，内装螺旋形聚丙烯弹性填料．膜生物反应器的有效容积为80L，膜组件为0．22m孔径的中空纤维膜．总水力停留时间为9．5d．1样品的前处理和分析每个工艺段的水样使用棕色玻璃瓶各采集1L，首先用玻璃纤维滤膜(152mm，MilliporeCo．，美国)过滤．然后再经过OasisHLB固相小柱(Waters，美国)富集．过柱前，HLB柱依次用5ml二氯甲烷、甲醇、蒸馏水活化平衡；加载水样后，调节真空度以保持流速为5ml·min左右．水样全部抽干后，以lOml二氯甲烷为淋洗剂分三次洗脱每支小柱，淋洗液收集于K—D浓缩器刻度量管，柔和高纯氮吹蒸至1ml左右．浓缩后样品经硅胶／氧化铝复合柱净化．以正己烷湿法装柱，在lOmm内径的层析柱内依次填人12cm硅胶、6cm氧化铝和1cm无水硫酸钠；加载样品以70ml正己烷／二2003年l2月31日收稿．国家自然科学基金(20337020)和国家基础研究计划(2003CB415005)资助项目．通讯联系人，E—mail：wangzj@mail．reees．ac．en．维普资讯http://www.cqvip.com692环境化学23卷氯甲烷=7：3(体积比)的混合溶剂洗脱．净化洗脱液经旋转蒸发仪(BUCHIR200，瑞士)浓缩，并置换溶剂为正己烷，柔和高纯氮吹蒸定容至0．5m1．所有样品均用HP6890-5973MSD气相色谱一质谱联用仪分析．HP-5MS石英毛细管色谱柱(0．25mm×60m×0．25tzm)，He为载气，流速恒定为lml·min～，线速度为26cm·S一；进样口温度250oC，MSD温度300oC；电子能量：70eV；SIM模式下程序升温：初始温度50~C，保留2min，以20~C·min升至200~C，保留2min，5~C·min升至240oC，保留2min，3~C·min升至290oC，保留15min；无分流进样11．通过色谱峰保留时间和检索NIST质谱谱库定性分析，并采用外标峰面积法、6点校正曲线定量．2垃圾渗滤液中多环芳烃的组成与浓度在四个工艺段的水样中共检出l3种PAHs，分别为二环的萘，三环的苊烯、苊、芴、菲、蒽，四环的荧蒽、芘、苯并[a]蒽、苊，五环的苯并[b]荧蒽、苯并[a]芘，以及六环的苯并[ghi]茈．其中，进水仅检出8种；在后续处理过程中又产生新的PAHs种类，以低环数萘、芴、菲为主．垃圾渗滤液进水中多环芳烃的总量(∑PAHs)达到0．675tzg·l～，其中，以三环的苊烯浓度最高，为0．595tzg·l～，其它高环数PAHs皆在0．025tzg·l～．最终出水∑PAHs降至0．224tzg·l～，并且高环数PAHs的浓度多数在检测限以下．PAHs的组成以新产生的萘为主，浓度达到0．073tzg·l～，其次为三环的苊烯和芴，浓度分别为0．055LLg·l和0．049tzg·l(表1)．表1各工艺段检出的多环芳烃浓度Table1ConcentrationofPAHsdetectedineachtechniquestage3各工艺段对多环芳烃的去除效果各工艺段垃圾渗滤液中多环芳烃的去除效果如图1所示．从∑PAHs来看，对多环芳烃的主要处理工艺段为厌氧滤池，去除率可达到80％以上；在膜