垃圾填埋場滲濾液（以下簡稱"滲濾液"）是環(huán)境治理領(lǐng)域的頑固難題。由于其中含有高濃度重金屬、氨氮（NH?-N）及難降解有機物，直接進行生物處理往往效果不佳。近期發(fā)表于《科學報告》（Scientific Reports）的一項研究，系統(tǒng)評估了"石灰化學沉淀—氨吹脫—芬頓氧化"三段式組合預(yù)處理工藝對新鮮滲濾液與老齡滲濾液的處理效果，為提升滲濾液可生化性提供了經(jīng)過優(yōu)化的技術(shù)路徑。

該研究以伊朗德黑蘭阿拉德庫廢物處理綜合體為研究對象。這一綜合體始建于1960年，占地約1400公頃，是伊朗規(guī)模Zui大的廢物處理與處置中心，每日入場固廢量約5800噸，其中約2500噸進入填埋區(qū)。研究人員分別從運營不足5年的B區(qū)（活躍填埋區(qū)）采集新鮮滲濾液樣品，從運營逾10年的A區(qū)（穩(wěn)定化老齡填埋區(qū)）采集老齡滲濾液樣品，并在同一季節(jié)完成采樣，以排除氣候變量的干擾。

新舊滲濾液特性差異顯著，預(yù)處理需求各異

滲濾液的"年齡"直接決定其污染特性。研究顯示，隨填埋年限增加，滲濾液pH值升高，而COD、BOD5、BOD5/COD比值及重金屬濃度均呈下降趨勢。本研究中，新鮮滲濾液的BOD5/COD比值為0.29，老齡滲濾液僅為0.23，均低于通常認為適宜生物處理的0.40閾值。新鮮滲濾液中鐵（Fe）是主導重金屬，濃度范圍為17.01—22.94 mg/L；老齡滲濾液中錳（Mn）占主導地位，峰值濃度達15.71 mg/L。老齡滲濾液中富含腐植酸、富里酸等具有復雜結(jié)構(gòu)和長分子鏈的難降解有機物，使其處理難度遠高于新鮮滲濾液。

在第一階段，研究團隊通過預(yù)實驗確定了Zui優(yōu)石灰投加量：新鮮滲濾液為9 g/L，老齡滲濾液為18 g/L。石灰（CaO）通過將金屬離子轉(zhuǎn)化為不溶性氫氧化物、硫化物或碳酸鹽，經(jīng)沉淀分離實現(xiàn)重金屬去除。結(jié)果表明，砷的去除率Zui高，新鮮滲濾液中達93%，老齡滲濾液中為66%；鉛、鎘也獲得了顯著削減；汞的去除效果則相對有限。新鮮滲濾液整體重金屬去除效率高于老齡滲濾液，原因在于后者含有更多穩(wěn)定的有機金屬絡(luò)合物，較難通過沉淀方式去除。

第二階段采用氨吹脫工藝去除NH?-N。將滲濾液pH調(diào)至11.5后，通過曝氣塔以2 L/min的氣流使氨氣從液相轉(zhuǎn)移至氣相，再由硫酸（H?SO?）吸收。實驗追蹤了6—14小時不同時長的去除效率：6小時時氨氮去除率約為55%，14小時時峰值達93%，新鮮與老齡滲濾液一致。12—14小時間的快速提升表明該階段接近傳質(zhì)飽和，設(shè)計吹脫裝置時須保證足夠的停留時間。經(jīng)過兩階段預(yù)處理后，新鮮滲濾液BOD5/COD比值提升了20%，老齡滲濾液提升了26%。

芬頓工藝經(jīng)響應(yīng)面法優(yōu)化后可生化性大幅提升

第三階段采用芬頓（Fenton）氧化工藝，通過亞鐵離子（Fe2?）催化雙氧水（H?O?）分解產(chǎn)生羥基自由基（?OH），將難降解有機污染物氧化為水和二氧化碳。研究引入Box-Behnken設(shè)計（BBD）與響應(yīng)面法（RSM）進行多變量優(yōu)化，以H?O?與Fe2?摩爾比（A）、H?O?投加量（B）、反應(yīng)時間（C）為自變量，以BOD5/COD比值為響應(yīng)指標。

優(yōu)化結(jié)果顯示，新鮮滲濾液Zui優(yōu)條件為A=2、B=10 g/L、C=60分鐘；老齡滲濾液Zui優(yōu)條件為A=2、B=8.2 g/L、C=75分鐘。在上述條件下，新鮮滲濾液的BOD5/COD比值從0.29躍升至0.67，老齡滲濾液從0.23躍升至0.73，均已超過生物處理所需的可生化性門檻。COD去除率方面，新鮮滲濾液達到88.3%，老齡滲濾液達到81.3%。ANOVA驗證顯示模型擬合度良好，R2與調(diào)整R2均處于較高水平，三維響應(yīng)面圖直觀展示了各參數(shù)之間的交互關(guān)系。

三段式組合工藝實現(xiàn)梯級污染物削減

綜合三個階段來看，整套工藝遵循"梯級預(yù)處理"邏輯：石灰沉淀調(diào)節(jié)pH并去除重金屬，降低對后續(xù)微生物的毒性抑制；氨吹脫消除高濃度氨氮，為生物處理創(chuàng)造條件；芬頓氧化則專攻難降解有機物，將其礦化或轉(zhuǎn)化為易生化的小分子，實現(xiàn)可生化性的關(guān)鍵躍升。三段串聯(lián)相互補充，每一步均為下一步減負，Zui終使?jié)B濾液具備進入生物處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)條件。

值得注意的是，與單獨應(yīng)用任一方法相比，序貫組合工藝在新鮮與老齡滲濾液上均表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，尤其是對老齡滲濾液BOD5/COD的提升幅度（從0.23到0.73，提升幅度超過200%），充分說明即便是難處理的穩(wěn)定化滲濾液，經(jīng)過針對性的組合預(yù)處理，同樣可以達到生物處理的入場標準。

對于國內(nèi)從事垃圾填埋場運營及滲濾液處理的企業(yè)而言，該研究提供了若干直接參考：一是應(yīng)將滲濾液"年齡"納入處理方案設(shè)計的前置評估，避免以統(tǒng)一配方應(yīng)對差異顯著的新舊滲濾液；二是BBD響應(yīng)面優(yōu)化方法可顯著減少實驗次數(shù)、降低藥劑成本，值得在工程優(yōu)化中推廣應(yīng)用；三是石灰沉淀與芬頓氧化均屬成熟、低成本工藝，在現(xiàn)有設(shè)施基礎(chǔ)上升級改造的門檻相對較低，具備較強的工程落地可行性。