垃圾滲濾液的零價鐵強化厭氧處理技術
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隨著城市規模的擴大，垃圾運輸距離不斷增加，作為垃圾收集系統與無害化處理及資源回收系統之間的重要銜接部分，垃圾中轉站從上世紀七十年代起應運而生。然而，垃圾中轉站由于在垃圾集中、壓縮過程中，會產生相當于垃圾總量的10％~30％的滲濾液，其成分復雜、水質水量變化大、污染物含量高，CODCr常高達30000~180000mg/L，此外還含有很高的硫酸根、氮和磷等其他污染物質。因此，滲濾液的處理十分必要。厭氧處理技術因其運行成本低、投資低而成為高濃度有機廢水預處理首選。但傳統厭氧處理技術處理效率較低、運行時間長，制約了其在中轉站等本身占地較小地區的應用。
零價鐵作為一種易得的還原性金屬，能夠降低廢水厭氧過程中的ORP，在一定程度上能夠促進厭氧反應的效果。目前，在厭氧過程中投加零價鐵的方法已經在一些廢水處理中得到應用，如高硫酸鹽廢水、偶氮染料廢水以及硝酸鹽處理中得到應用，并顯著改善了廢水的COD去除效果。
綜合考慮零價鐵的作用。本文以中轉站滲濾液為研究對象，采用零價鐵強化厭氧進行處理，使其能縮短可能的反應時間等，并對零價鐵強化厭氧處理影響因素和機理進行了討論和分析。
1材料與方法
1.1廢水來源
垃圾滲濾液取自上海市某垃圾中轉站垃圾滲濾液，其基本性質。
1.2試驗材料
為實現厭氧反應的順利進行，采用上海市某城市污水處理廠二沉池污泥經過濾離心濃縮后為接種污泥（pH=6.8、TS=7.1%、VS=4.8%），污泥馴化期間采用的培養液為一定比例的生活污水和中轉站垃圾滲濾液配置而成，馴化期間每隔5d換一次培養液，并逐漸增加滲濾液的比例直至全部進水為滲濾液，在馴化過程中污泥中的微生物種類和數量得到優化。經過兩個月的運行，COD去除率趨于平穩，污泥基本馴化完成。Fe0（鐵含量>98%，80目），由天津鐘城鐵粉廠生產。
1.3試驗方法
將一定濃度的滲濾液加入到2L的反應器內，加入2500mg／L經過厭氧馴化的污泥，調節pH并加入一定量的鐵粉，用氮氣吹脫后，密封并混勻，置于35℃恒溫培養箱內，采用振蕩速度為100r/min。用注射器定時采樣分析。
1.4分析方法
COD采用重鉻酸鉀法測定；TN采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定；NH4+-N采用蒸餾滴定法測定；Cl-和SO42-采用陰離子色譜法（IC）（MIC-2,Metrohm）測定；氣體采用氣相色譜儀（ShimadzuGC－2010）測定；pH采用PHS-3C型pH計測定。
2試驗結果與討論
2.1進水濃度對厭氧作用的影響
垃圾滲濾液經過一定的預處理后，其CODCr為34140、28992、25088、22656和18552mg／L，調節pH為7.0，并投加500mg／LFe0，其出水CODCr隨厭氧反應時間變化。進水濃度是影響厭氧過程COD去除效果的重要因素。由圖1可知當進水濃度較高時，COD去除速率較慢，初始CODCr為34140mg／L的體系，經過50d的厭氧處理COD去除率為45.8%。而隨著進水濃度的降低，COD的去除率逐漸升高，分別為54.9%、57.4%、64.0%和58.8%。當進水CODCr為22656mg／L，COD去除率最高達到了64.0%。過高的進水濃度對厭氧體系具有一定的抑制作用，此時酸抑制為主導因素，微生物活性受到抑制，鐵的促進作用十分有限。因此，進水濃度高會抑制厭氧活性污泥，不利于厭氧反應的進行。選擇進水CODCr較低，為22656mg／L，作為最佳初始進水濃度。
2.2零價鐵投加量對厭氧作用的影響
將CODCr為22656mg／L的滲濾液，加入到不同反應器內，鐵投加量分別為0、300、600、900和1200mg／L。其出水CODCr隨厭氧反應時間變化。
鐵投加量為0、300、600、900和1200mg／L，滲濾液也經過50d厭氧處理COD去除率分別為48.2%、56.8%、65.1%、64.8%和49.7%。厭氧過程中，當鐵投加量小于600mg／L時，COD去除效果隨著鐵投加量的增加而增大，當繼續增加鐵的投加量時，COD去除效果反而下降。因此，選擇600mg／L作為最佳投加量。投加少量的Fe（小于600mg／L），能夠降低體系ORP、緩沖體系pH，這均有利于厭氧消化進行。此外，還會產生少量Fe2+，少量的Fe2+能夠促進微生物生長，對滲濾液的厭氧消化有一定的促進作用。當鐵投加量過高時，Fe腐蝕將產生更多的Fe2+，濃度過高的Fe2+反而會對微生物的活性有抑制作用。因此，鐵投加量過高或過低均不利于厭氧過程。
2.3初始pH對厭氧效果的影響
在污泥接種量為2500mg／L的2L反應器中，加入CODCr為22320mg／L的垃圾滲濾液，投加600mg／L鐵，初始pH分別調為5、6、7、8、9和10，氮氣吹脫后，混勻、密封，并置于35℃恒溫培養箱內。考察初始pH對Fe0／微生物體系處理滲濾液效果的影響。
可知初始pH為7和8時，Fe0／微生物體系處理滲濾液的效果最好。經過50d反應后，滲濾液COD去除率分別為67.7%和69.5%；而初始pH為5、6、9和10的去除率分別為了45.8%、60.4%、61.4%和59.3%。表明初始pH為中性左右的處理效果相對較好，初始pH為7和8時效果最佳。
當初始pH為5和6時，厭氧初期體系pH降低至3.86和4.89，Fe0／微生物體系中VFA大量積累，過低的pH不利于產甲烷過程的進行，這嚴重影響了厭氧處理的效果。同時，滲濾液經過5d左右降解后，其pH降低，主要是由于厭氧酸化作用結果。此外，在較低的pH下，Fe0的腐蝕速率加快，生成更多的Fe2+,過高濃度的Fe2+也會影響微生物活性。因此，較低初始pH不利于反應進行。而當初始pH過高時，厭氧25d后，Fe0／微生物體系pH高于7.0，厭氧前25d內Fe0腐蝕所產生的Fe2+轉化為氫氧化鐵沉淀附著在鐵表面，減少了有效接觸面積，鐵的作用不明顯。此外，體系的pH過高不利于水解酸化菌以及產甲烷菌的生長。
2.4零價鐵促進厭氧機理
分別在污泥接種量為2500mg／L的2L反應器中，加入CODCr為22320mg／L的垃圾滲濾液，初始pH調節至7.0，投加600mg／L零價鐵同時設置對照組不投加鐵，氮氣吹脫后，混勻、密封，并置于35℃恒溫培養箱內。比較了厭氧過程中COD、ORP、產氣量及固相中硫元素的含量變化。
厭氧過程中Fe0的投加促進了體系COD的降低，經過50d厭氧處理，出水CODCr降低至7800mg／L，COD去除率為65.1%。而未投加鐵的體系出水CODCr為11560mg／L，COD去除率僅為48.2%。因此，投加適量Fe0可較為明顯的促進滲濾液降解速率。
2.4.1厭氧過程中產氣
厭氧過程中甲烷產量變化及ORP變化
厭氧過程中投加鐵后的甲烷產量高于對照組，說明投加鐵后體系的產甲烷速率要高于未投加鐵。這主要是由于投加鐵后體系的VFA中乙酸比例增高，而乙酸是甲烷菌產甲烷利用的主要底物。由圖7可知在添加零價鐵的厭氧消化體系的ORP下降了100mV左右，這創造了一個更加有利于甲烷產生的條件。此外，投加零價鐵后體系pH更加有利于產甲烷菌的生長。而甲烷產量的提高也利于能源的回收。因此，投加鐵后優化了水解發酵過程，提高了乙酸含量及比例，進而提高了產氣量，促進了滲濾液COD的降解、提高了甲烷產量。
2.4.2厭氧過程中硫的變化
硫化物也是抑制厭氧消化的因素。有學者報道了加入Fe2+能夠緩解硫化物對厭氧的抑制作用。在厭氧過程中，硫還原菌與甲烷菌競爭電子，硫化物會對微生物產生毒性。
在厭氧過程中，投加鐵后的固相中S含量逐漸增加，而對照組的固相中S的含量基本上維持不變。這主要是因為在厭氧過程中，硫酸鹽等氧化態的硫化物被還原為硫化氫，而投加鐵所產生的Fe2+可以與S2-反應生成FeS轉移到固相中，從而降低體系中S對厭氧過程的抑制。
3結論
（1）對于滲濾液，投加適量的零價鐵可有效促進其厭氧處理效果。
（2）在進水CODCr為22320mg／L、鐵投加量為600mg／L、初始pH為中性時，零價鐵能夠明顯地促進滲濾液的厭氧消化。
（3）零價鐵對滲濾液厭氧消化促進作用主要通過降低體系ORP、緩沖體系pH、提高產甲烷速率以及減輕硫化物抑制實現。
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