矿化垃圾粒径分布与其浸出液可生化性的关系研究

梁雯，刘小芳，李广科

（山西大学 环境与资源学院，山西 太原 030006）

矿化垃圾粒径分布与其浸出液可生化性的关系研究

梁雯，刘小芳，李广科*

（山西大学 环境与资源学院，山西 太原 030006）

利用瓦氏呼吸仪测定了矿化垃圾浸出液的微生物耗氧量，探讨了矿化垃圾粒径分布与其浸出液可生化性的相关性，结果表明：不同粒径范围矿化垃圾浸出液的可生化性存在显著差异，其可生化性的难易程度与粒径分布呈正相关，即大粒径范围矿化垃圾浸出液可生化性较好.通过对同一粒径范围的矿化垃圾浸出液在不同稀释倍数、不同p H条件下的生化呼吸线与內源呼吸线的对比，发现随着浸出液稀释倍数的降低其可生化性得到提高，且在中性条件（p H＝7.0）下可生化性最好，酸性条件（p H＝6.2）下次之，碱性条件（p H＝9.0）下最差.

矿化垃圾；粒径分布；浸出液；可生化性

垃圾填埋场封场数年之后，垃圾中的易降解物质完全或接近于完全降解，垃圾自然产生渗滤液和气体很少或不产生，且填埋场表面沉降量非常小，即垃圾填埋场达到稳定化、无害化状态，此时的垃圾称为矿化垃圾［1-2］.有文献报道，矿化垃圾的理化性质及其生物毒性与其粒径分布之间存在明显的相关性［3］.由此推断，矿化垃圾浸出液的可生化性与其粒径分布之间也可能存在一定的联系.矿化垃圾浸出液是一种含有高浓度可溶性盐及重金属等有毒物质的有机废水，对植物具有一定的毒性作用［3-5］，故有必要对其进行处理，以减少其对环境的潜在危害.本文拟利用瓦氏呼吸仪测定微生物耗氧量的方法，研究矿化垃圾粒径分布与其浸出液可生化性的相关性，旨在对封场后的填埋场渗滤液的处理处置提供一定的理论依据.

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 矿化垃圾浸出液的制备

矿化垃圾采自山西省太原市东山新沟垃圾卫生填埋场，该填埋场1987年投入使用，2007年封场.按照随机采样法采集样品［6］，剔除石块、碎玻璃、塑料、橡胶、金属等大块杂物后，过孔径为900μm的分级筛，筛下物继续筛分为900～300μm、300～150μm、150～105μm、105～90μm粒径范围的矿化垃圾，风干备用.

将上述不同粒径范围的矿化垃圾与蒸馏水以1∶1.5（m／V）混合后，在25℃下，以250次／min的频率恒温振荡2 h，静置24 h后过滤，所得滤液即为矿化垃圾浸出液，于4℃保存备用.

1.1.2 活性污泥的制备

采集花园土壤，用蒸馏水洗涤多次，取上清液，加入采自污水处理厂的活性污泥，定时定量加入营养配比为C∶N∶P＝100∶5∶1的营养物质及少许矿化垃圾浸出液进行间歇式曝气培养［7］.

污泥使用前进行24 h曝气，使其处于内源呼吸阶段.

1.2 试验方法

1.2.1 矿化垃圾浸出液理化性质的测定

分别测定不同粒径范围矿化垃圾浸出液的CODCr［8］、p H 值（用Seven Easy-S20K 型p H 计）.

1.2.2 不同粒径范围矿化垃圾浸出液可生化性的测定

取清洁干燥的反应瓶和测压管9套，测压管装柱备用、各反应瓶中央小杯中铺放滤纸，分别加入KOH溶液0.2 m L；1、2号反应瓶中各加3 m L蒸馏水，作为空白对照；3、4号反应瓶中各加蒸馏水2 m L和污泥悬浊液1 m L；5-9号反应瓶中各加不同粒径矿化垃圾浸出液2 m L和污泥悬浊液1 m L.连接各部分置于瓦氏呼吸仪上，振摇5 min，使反应瓶中温度与水温一致.调节测压管液面高度，然后开始计时，在实验开始后的0 h、0.25 h、0.5 h、1 h、2 h、3 h、4 h、5 h、6 h、7 h进行读数，记录液面差，用下列公式进行计算［9］：X＝K·Δh

（1）式中：X 为耗氧量（μL）；K 为反应瓶常数，（μL／mm）；Δh为测压管液柱读数差（mm）.

1.2.3 不同稀释倍数矿化垃圾浸出液可生化性的测定

取25 m L 150～105μm矿化垃圾浸出液置于容量瓶中，依次稀释为原液的100%、50%、25%、12.5%，用这四个水样同1.2.2的步骤进行可生化性测定.

1.2.4 不同p H条件下矿化垃圾浸出液可生化性的测定

取150～105μm矿化垃圾浸出液，分别调节p H值至6.2、7.0、9.0，用这三个水样同1.2.2的步骤进行可生化性测定.

2 结果与分析

2.1 矿化垃圾浸出液理化指标

图1 不同粒径范围矿化垃圾浸出液的CODCr含量Fig.1 Content of CODCr of different particle-size aged refuse leachate

图2 不同粒径范围矿化垃圾浸出液的p H值Fig.2 p H value of different particle-size aged refuse leachate

由图1可知，矿化垃圾浸出液的CODCr值与粒径分布之间呈现负相关，即随着矿化垃圾粒径的减小，其浸出液CODCr值逐渐升高，在105～90μm处达到最大值.

从图2可以看出不同粒径范围矿化垃圾浸出液的p H值变化不大，均接近于中性，表明不同粒径矿化垃圾中所含物质的酸碱性相差较小.

2.2 矿化垃圾浸出液的可生化性

一般来说，有机污染物的生化呼吸线与内源呼吸线相比较，可出现三种情况［12］：（1）若生化呼吸线位于内源呼吸线之上，则废水中有机物可被微生物氧化分解.两线之间距离越大，表示该废水的生物降解性能越好；（2）若生化呼吸线与内源呼吸线基本重合，表明该废水有机物不能被微生物氧化分解，但对微生物的生命活动无抑制作用；（3）若生化呼吸线位于内源呼吸线之下，说明该废水有机物对微生物产生了抑制作用，生化呼吸线越接近横坐标，表明毒性越大，抑制作用越大，此时微生物几乎停止呼吸.

2.2.1 不同粒径范围矿化垃圾浸出液可生化性研究

由图3可知，300～150μm和105～90μm粒径范围的浸出液生化呼吸线低于内源呼吸线，表明这两个粒径范围的浸出液中所含物质对微生物的呼吸有抑制作用，较难被生化降解.900～300μm和150～105μm粒径范围的浸出液，在前150 min内，生化呼吸线低于內源呼吸线，说明浸出液中可能含有较多对微生物产生毒害作用的物质，影响其新陈代谢，使其受到不同程度的抑制.随着反应时间的延长，微生物不同程度地适应了其所在浸出液的环境，生化呼吸线逐渐超过內源呼吸线，说明浸出液较易被生化降解，浸出液中所含物质对微生物的呼吸产生促进作用.随着时间的进一步延长，浸出液中的有机物含量逐渐减少，生物降解速率也逐渐降低，最后进入内源呼吸阶段，生化呼吸线与内源呼吸线几乎平行.由图中还可看出，矿化垃圾浸出液可生化性的难易程度与矿化垃圾的粒径分布（除300～150μm）呈正相关，即大粒径的浸出液更易被生化降解，这是由于小粒径矿化垃圾比表面积较大，能吸附较多的污染物［10-11］，因而在同一条件下对微生物的毒害作用更强所致.

2.2.2 不同稀释倍数矿化垃圾浸出液可生化性的研究

图3 不同粒径范围矿化垃圾浸出液的可生化性Fig.3 Biodegradability of different particle-size aged refuse leachate

图4 不同稀释倍数矿化垃圾浸出液的可生化性Fig.4 Biodegradability of different concentration gradient of the particle-size aged refuse leachate

结合图1、图3，选用可生化性较好、CODCr含量相对较高的150～105μm粒径范围的矿化垃圾浸出液进一步研究，不同稀释倍数浸出液的可生化性情况.由图4可知，不同稀释倍数矿化垃圾浸出液的可生化性表现出对反应时间和稀释倍数的双重依赖.12.5%浸出液的生化呼吸线与内源呼吸线距离最远，说明此稀释倍数时浸出液的可生化性最好.随着时间的延长，各稀释倍数浸出液（除12.5%外）的可生化性在前125 min内不断增强，后逐渐趋于稳定，这是由于经过一段时间的反应，浸出液中可生化降解的有机物已基本被降解完全，可生化性也随之趋于稳定；相同时间内，随着浸出液稀释倍数的降低，其可生化性逐渐增强，这是因为随着矿化垃圾浸出液稀释倍数的降低，其所含的有毒物质浓度也相应下降，对微生物呼吸强度的抑制作用也随之减轻，其可生化性表现出增强的趋势.

2.2.3 不同p H条件下矿化垃圾浸出液可生化性的研究

选用150～105μm粒径范围的矿化垃圾浸出液进行了不同p H条件对其可生化性的影响研究.由图5可知，同一水样在p H＝7.0时可生化性最好，p H＝6.2时次之，p H＝9.0时最差.这是由于微生物的生理活动与环境酸碱度有着密切的关系［13］，参与污水生物处理的微生物，一般在p H值为6.5～8.5之间时活性较强.过高或过低的p H对微生物是不利的，其主要表现在：（1）p H值的改变，可引起微生物体表面的电荷发生改变，从而影响微生物对营养物的吸收；（2）p H还可影响培养基中有机化合物的离子化作用，从而对微生物有间接影响；（3）酶只有在最适宜的p H值时才能发挥其最大活性，不适宜的p H值使酶的活性降低，从而影响微生物细胞内的生物化学过程；（4）过高或过低的p H值都降低微生物对高温的抵抗能力.

图5 不同p H矿化垃圾浸出液的可生化性Fig.5 Biodegradability of different p H value of the particle-size aged refuse leachate

3 结论

（1）不同粒径范围矿化垃圾浸出液的CODCr与粒径分布呈负相关；（2）不同粒径范围矿化垃圾浸出液的p H值差异较小，都趋于中性；（3）不同粒径范围矿化垃圾浸出液可生化性不同，其难易程度与粒径分布呈正相关性；（4）通过对同一粒径范围的矿化垃圾浸出液在不同稀释倍数、不同p H条件下的生化呼吸线与內源呼吸线的对比，表明随着浸出液稀释倍数的降低其可生化性得到提高；且在中性条件（p H＝7.0）下可生化性最好，酸性条件（p H＝6.2）下次之，碱性条件（p H＝9.0）下最差.这对提高浸出液的可生化性具有重要的意义.

［1］ 李华，赵由才.填埋场稳定化垃圾的开采、利用及填埋场土地利用分析［J］.环境卫生工程，2000，8（2）：56-57.

［2］ 赵由才.实用环境工程手册［M］.北京：化学工业出版社，2002.

［3］ 牛静.矿化垃圾对玉米的毒性效应研究 ［D］.太原：山西大学，2008.

［4］ Li G K，Niu J，Sang N.Assessing the Phytotoxicity of Different Particle-size Aged Refuse Using Zea Mays L.Bioassay［J］.Chamasphere，2008，74（1）：106-111.

［5］ Li G K，Liu X F，H M，etal.Selecting Tolerant Grass Seedlings and Analyzing the Possibility for Using Aged Refuse as Sward Soil［J］.EcotoxicologyandEnvironmental，2009，73（4）：620-625.

［6］ Renou S，Givaudan J G，Poulain S，etal.Landfill Leachate Treatment：Review and Opportunity［J］.JournalofHazardous Materials，2008，150：468-493.

［7］ 马文漪，杨柳燕.环境微生物工程［M］.南京：南京大学出版社，2006.

［8］ 国家环保总局.水和废水监测分析方法指南［M］.北京：中国环境科学出版社，1997：127-131.

［9］ 章非娟.水污泥控制工程实验［M］.北京：高等教育出版社，1988.

［10］ Hinds A A，Lowe L L.Distribution of Carbon，Nitrogen，Sulfur，and Phosphorus in Particle Size Separates from Gelysolic Soils［J］.CanadianJournalSoilScience，1980，60：783-786.

［11］ Wang M C，Chen H M.Forms and Distribution of Selenium at Different Depths and Among Particle size Fractions of Three Taiwan Soils［J］.Chemosphere，2003，52：585-593.

［12］ 韩玮.污废水可生化性评价方法的可行性研究［J］.江苏环境科技，2004，17（3）：8-10.

［13］ 胡家骏，周群英.环境工程微生物学［M］.北京：高等教育出版社，1988.

Study on the Correlation between Distribution of Aged Refuse and Biodegradability of Leachate

LIANG Wen，LIU Xiao-fang，LI Guang-ke
（SchoolofEnvironmentalScienceandResources，ShanxiUniversity，Taiyuan030006，China）

The correlation between the distribution of aged refuse and biodegradability of the leachate was studied by determining biological oxygen demands using Warburg breathing equipment，which can indicate the biodegradability of the leachate.The results showed that：（1）the biodegradability of the leachate from different particle size aged refuse has a significant difference；the level of biodegradability is positively correlated with the size distribution，which namely the biodegradability from large-size is better.（2）the biodegradability improves with the concentration of leachate to decreasing.（3）the biodegradability was best in the neutral condition（p H＝7.0），take second place in acidic conditions（p H＝6.2），and is worst in alkaline condition（p H＝9.0）.

aged refuse；particle-size distribution；leachate；biodegradability

X705

A

0253-2395（2011）S2-0127-04

2011-08-20

山西省自然科学基金（2009011046）

梁雯（1986-），女，在读硕士，主要从事固体废弃物污染控制与资源化.*通讯作者：E-mail：lgkcarl＠yahoo.com.cn