城市生活垃圾卫生填埋处理过程中会产生大量的垃圾渗滤液，受不同填埋场垃圾成分等因素的影响，渗滤液水质水量变化大，且渗滤液中污染物浓度高，国内现有垃圾渗滤液处理工艺较复杂，达标排放成本很高。老龄垃圾填埋场渗滤液仅采用渗滤液循环等生物处理工艺难以达到排放标准。目前，针对老龄垃圾填埋场渗滤液水质复杂的特点，国内外采用的预处理技术有化学混凝沉淀、厌氧法、催化氧化法等，现有研究结果表明，预处理渗滤液存在着处理费用较高、且预处理周期较长等问题。本研究结合国内外学者在电化学深度处理垃圾渗滤液方面的应用和电化学处理废水技术，通过实验选择不同的电化学反应电极材料，把电絮凝应用于垃圾渗滤液预处理，并提出采用“电絮凝预处理+渗滤液循环+化学氧化”组合工艺处理老龄垃圾填埋场渗滤液。
1 实验基本原理
电絮凝是指在外加直流电源作用下，利用可溶性阳极材料产生大量阳离子，在电化学反应过程中，阳离子在水中水解、聚合，生成Fe（OH）3等水解产物而起凝聚作用，其过程和机理类似于化学混凝沉淀法。同时，电化学反应过程中，在阴极会产生还原能力很强的新生态氢，在阳极会产生氧气，这些活性物质可与废水中的部分污染物起氧化还原反应，部分高分子有机物会分解为低分子有机物。因此，电絮凝处理废水是多种过程的协同作用，污染物易被去除。
垃圾填埋场渗滤液循环处理就是将垃圾填埋场产生的渗滤液经过收集后回灌到垃圾填埋场，利用垃圾层和覆盖土层的物理、生物作用来处理填埋场垃圾渗滤液的方法。
2 实验装置和方法
2.1 实验装置与材料
电化学预处理实验模拟电解槽采用实验室用大烧杯。外供电采用直流稳压电源，阳极材料为鱼鳞铁，阴极材料为不锈钢，自制阳极和阴极板大小均为6 cm×3 cm。实验装置如图 1所示，电絮凝预处理实验和循环处理实验用垃圾渗滤液均取自某老龄生活垃圾填埋场（填埋时间10 a以上）。渗滤液原水水质：COD为7 600 mg/L、可生化性指标BOD5/COD为0.15。
图 1 电化学实验装置
在实验室中建立模拟渗滤液循环处理有机玻璃实验柱，设计柱长1 000 mm，内径150 mm。实验柱内部从底部到上部依次装入铜丝滤网、石英砂、垃圾、石英砂。其中的垃圾是老龄垃圾填埋场内成熟垃圾，过孔径1 cm筛，共装入垃圾5 kg，逐层压实，密度1 g/cm3。装置如图 2所示。
图 2 模拟渗滤液循环处理装置
化学氧化实验以烧杯为模拟反应器，选择Fenton试剂、NaClO等氧化剂对预处理和循环处理后的渗滤液进行化学氧化处理实验。
2.2 实验方法与步骤
（1）电絮凝实验。用铁作电解槽的阳极，不锈钢为阴极，取极板间距1.4 cm，通过调整电流密度、电化学反应时间，确定实验最佳电絮凝反应条件。
（2）渗滤液循环处理实验。使用两个实验柱，实验柱1使用未经预处理的渗滤液原液进行循环，实验柱2使用电絮凝最佳反应条件下预处理后的渗滤液进行循环。在室温条件下进行，渗滤液循环布水量控制在1 L/d，布水采取连续滴水淋滤方式，对出水中的主要污染物进行取样分析。对比分析不同实验柱随着孔隙水体积倍数（PVN）变化对应的主要污染物指标变化。
（3）化学氧化实验。垃圾渗滤液经过电絮凝和循环处理后，用化学氧化方法进行深度处理，分别取经过预处理+渗滤液循环处理后的出水100 mL，选择Fenton试剂、双氧水、次氯酸钠等氧化剂进行氧化实验，筛选出合适的氧化剂，再取100 mL经过预处理+渗滤液循环处理后的出水设计正交实验，分析氧化剂投加量、反应时间、pH等因素对化学氧化去除污染物的影响，测定不同实验条件下出水COD，确定最佳化学氧化条件。
2.3 检测项目及方法
采用重铬酸钾法测定溶液中的COD；采用稀释接种法测定溶液中的BOD5，通过BOD5与相同溶液COD相除计算可生化性指标BOD5/COD；采用pH计测定溶液中的pH。
3 实验结果及分析
3.1 电流密度对电絮凝效果的影响
控制反应时间在75 min，电流密度对电絮凝反应的影响结果见图 3。
图 3 电流密度对电絮凝效果的影响
由图 3可知，电流密度逐渐增大后，渗滤液中主要污染因子COD去除率不断提高，BOD5/COD可生化性指标也不断增加。但电流密度不能无限增大，过大的电流密度既增加电耗又加快了铁阳极损耗速度，实验发现电流密度达到一定程度后COD去除率的增加已不明显，本实验确定电絮凝处理垃圾渗滤液最佳电流密度为55 mA/cm2。
3.2 反应时间对电絮凝效果的影响
控制电流密度在55 mA/cm2，改变反应时间，其对电絮凝效果的影响见图 4。
图 4 反应时间对电絮凝效果的影响
由图 4可以看出，随着电化学反应时间的延长，渗滤液中主要污染因子COD的去除率一直保持上升趋势。
电絮凝处理垃圾渗滤液反应过程主要分为两个阶段：第一个阶段以絮凝、气浮原理为主，渗滤液中大分子污染物主要在此阶段去除；第二阶段以电化学氧化还原为主，在此阶段小分子污染物被进一步氧化还原为挥发性有机物或二氧化碳。如图 4所示，电化学反应75 min前以电絮凝和气浮为主，较好的絮凝效果使渗滤液COD迅速降低，色度也明显降低；反应75 min后，渗滤液COD去除以电化学氧化还原为主，COD去除速率增速放缓，继续反应去除率变化不大。但渗滤液的BOD5/COD指标有一定增加，说明部分难生化降解的有机物通过电化学氧化还原转化为可生化降解的物质，电絮凝预处理实验有效提高了渗滤液的可生化性。
根据上述实验结果，以鱼鳞铁电极为阳极、不锈钢为阴极，极板间距1.4 cm，在电流密度55 mA/cm2，不需外加电解质，电化学反应时间75 min条件下，对比了反应前后渗滤液中COD与BOD5/COD的变化，结果表明，COD由反应前的7 600 mg/L降低到3 100 mg/L，渗滤液色度、浊度明显降低，COD去除率达到59.2%，BOD5/COD由0.15提高到0.38，可生化性提高，为后续渗滤液循环处理提供了条件。
通过对电絮凝预处理前后渗滤液采用GCMS定性分析表明，原样含有机物70多种，电絮凝处理后为30多种，说明大部分复杂高分子有机物如多级、多环结构的化合物转化为简单小分子的有机物。
3.3 电絮凝预处理费用分析
由于铁阳极原材料使用的鱼鳞铁简单易得，电化学处理废水成本主要是电耗，单位时间的电耗与槽电压成正比。本试验核算电絮凝预处理渗滤液平均电能消耗9.08 kW·h/m3，小于相关文献报道的结果。
3.4 渗滤液循环对比试验结果
电絮凝预处理后的渗滤液进入设计好的渗滤液循环实验柱。通过2个渗滤液循环柱对比实验可以发现，实验柱2由于电絮凝预处理降低了渗滤液中污染物的负荷、提高了渗滤液的可生化性，大大加快了渗滤液循环处理过程中COD的降解速度。当PVN=24，实验柱2中的渗滤液COD降低到300 mg/L以下。而实验柱1原样渗滤液未经任何预处理，在循环后渗滤液COD下降趋势缓慢，循环实验结束时仍保持在4 000 mg/L以上，不能在实验周期内得到有效降解，该柱中渗滤液COD的降低主要是通过垃圾本身的物理吸附作用，而生物降解作用无明显体现。
3.5 化学氧化实验结果
为了进一步降低渗滤液主要污染因子浓度，使最终排放废水满足相关标准要求，针对预处理+循环处理后的渗滤液，设计了化学氧化实验。实验结果表明，Fenton试剂、双氧水、次氯酸钠等氧化剂对预处理+循环处理后的出水均有一定的氧化效果，但Fenton试剂易导致出水返色，且双氧水投加量较大，故本实验确定NaClO为氧化剂。
按L9（33）进行正交试验，确定最佳运行条件，实验结果见表 1。
表 1 化学氧化正交实验结果
由表 1可知，NaClO化学氧化实验影响因素从主到次的排序为：a＞b＞c，即氧化剂加入量＞pH＞反应时间。最佳氧化工艺条件为：a3b2c2，即NaClO投加体积分数为2%、pH为7、反应时间60 min。
由上述实验可知,用电絮凝预处理+渗滤液循环处理的方法处理垃圾渗滤液，最佳电絮凝反应条件为极板间距1.4 cm、电流密度55 mA/cm2、反应时间75 min，处理后出水再经NaClO化学氧化处理在PVN=24、NaClO投加体积分数2%、pH 7、反应时间60 min的最佳条件下，最终出水可以达到《生活垃圾填埋污染控制标准》（GB16889—2008）限值要求，出水达到pH=7，COD≤90 mg/L。
4 结论与建议
（1）电絮凝方法预处理老龄垃圾填埋场渗滤液周期较短。在最佳电絮凝反应条件下，即极板间距1.4 cm、电流密度55 mA/cm2、反应时间75 min，垃圾渗滤液主要污染因子COD去除率达到59.2％，色度、浊度明显降低，BOD5/COD指标由0.15提高到0.38。。
（2）经电絮凝预处理后的渗滤液回灌至垃圾反应床，由于电化学预处理过程降低了渗滤液的负荷、提高了可生化性，大大加快了渗滤液循环处理过程中COD的降解速度。实验结果表明，当PVN=24，渗滤液中主要污染因子COD降低到300 mg/L以下，与未经预处理的渗滤液循环相比，COD降低明显。
（3）老龄垃圾填埋场渗滤液采用“电絮凝预处理+渗滤液循环+次氯酸钠化学氧化”处理后，出水水质可以满足《生活垃圾填埋污染控制标准》（GB 16889—2008）中COD不大于100 mg/L的限值要求。
（4）建议通过不断改进电解槽结构完善电化学预处理垃圾渗滤液方法，进一步降低处理费用。
