CN102004095B - 快速鉴别污水处理厂进水中垃圾填埋场渗滤液的方法 - Google Patents
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Abstract
快速鉴别污水处理厂进水中垃圾填埋场渗滤液的方法，涉及一种快速判断渗滤液是否非法排入污水处理厂的方法。取污水厂剩余活性污泥，离心得上清液，再用0.45μm滤膜滤掉上清液中悬浮物得到样品，再在激发波长200-500nm，发射波长为250-600nm，狭缝宽度为5nm，扫描速度为1200nm/min下，每隔2nm取一个点，对样品进行三维荧光光谱测定，得到数值化三维荧光谱图，如样品的荧光峰仅为类富里酸(激发/发射波长＝240/440nm)和类腐殖酸物质(激发/发射波长＝330/420nm)，而无类蛋白质物质，表明污水处理厂进水中存在垃圾填埋场渗滤液，反之则表明进水中无渗滤液。本发明操作简单快速，样品需求量少，灵敏度高，费用低廉，可广泛适用于快速判断污水处理厂是否有渗滤液的排入。
Description
技术领域
本发明涉及一种快速鉴别污水处理厂进水中存在垃圾填埋场渗滤液的方法，具体是通过表征污水处理厂上清液中的可溶性有机物的荧光特征，快速鉴定是否有垃圾填埋场渗滤液排入污水处理厂的方法。属污水处理技术领域。
背景技术
垃圾填埋场渗滤液是一种难于处理的废水。其根本原因是含高浓度的氨氮、高浓度的盐分和难生物降解的腐殖酸[许玉东，聂永丰，岳东北.垃圾填埋场渗滤液的蒸发处理工艺.环境污染治理技术与设备，2005，6(1)：68-72；Tarnacki K，Lyko S，Wintgens T，Melin T，Natau F.Impact of extra-cellular polymeric substanceson the filterability of activated sludge in membrane bioreactors for landfill leachatetreatment.Desalination，2005，179：181-190]。这3类物质难以通过城市污水处理厂的现有处理工艺有效净化。因此，渗滤液未经处理而被排入污水处理厂，会导致污水厂处理效率大幅度下降，并产生不良的环境影响。具体表现在，渗滤液排入污水处理厂后，一方面会导致污水中难降解COD的物质大量富集，另一方面会显著提高废水的总可溶性固体含量，使污水的生物可降解性降低，最终导致渗滤液污水的可生化性殆尽，变为更难降解的高浓度废液[李建中，李季.渗滤液处理后的污泥处理与处置.全国城镇排水管网及污水处理厂技术改造运营高级研讨会论文集，2009]。如直接采取反渗透膜分离，渗滤液排入污水处理厂还会造成膜系统严重结垢，加速了膜污染，加大清洗频率，增加酸碱清洗剂的消耗，降低膜的使用寿命，加大了投资运行费用。因此，迫切需要提供一种快速鉴定污水厂进水中存在渗滤液的方法，以供污水厂运行人员和环保局管理者判断污水处理厂是否有渗滤液的非法排入。
研究已表明，渗滤液中可溶性有机物主要由腐殖质组成，即腐殖酸和富里酸[de Morais JL，Zamora PP.Use of advanced oxidation processes to improve thebiodegradability of mature landfill leachates.Journal of Hazardous Materials，2005，123：181-186；Christensen JB，Jensen DL，Geron C，Filip Z，Christensen TH.Characterization of the dissolved organic carbon in landfill leachate-pollutedgroundwater.Water Research，1998，32：125-135]。同时，三维荧光光谱可以快速、准确地表征可溶性有机物中的腐殖酸和富里酸。Chen等[Chen W，Westerhoff P，Leenheer JA，Booksh K.Fluorescence excitation/emission matrix regional integrationto quantify spectra for dissolved organic matter.Environmental Science &Technology，2003，37(24)：5701-5710]提出了一种荧光区域综合指数法，用于区分溶解性有机物组分的分布范围。该作者将三维荧光光谱图谱分成5个区域，分别为区域1(激发波长＜250nm，发射波长＜330nm)：酪氨酸类物质；区域2(激发波长＜250nm，330nm＜发射波长＜380nm)：色氨酸类物质；区域3(激发波长＜250nm，发射波长＞380nm)：富里酸类物质；区域4(激发波长＞250nm，发射波长＜380nm)：溶解性的微生物副产物和区域5(激发波长＞250nm，发射波长＞380nm)：胡敏酸类物质。其中，区域1，2和4均属于类蛋白质物质；而区域3和5均属于类腐殖质物质。另一方面，目前还没有一种快速鉴定污水厂进水中存在渗滤液的简便方法。因此，三维荧光光谱测定与图谱分析具有快速鉴定污水厂进水中存在渗滤液的潜势。
发明内容
本发明的目的是提供一种鉴定污水处理厂进水中存在垃圾填埋场渗滤液的方法，该方法鉴定污水处理厂进水中是否存在垃圾填埋场渗滤液时，仅需简单的对污水厂剩余污泥进行离心、过滤处理和三维荧光光谱测定，操作简单、快速，样品需求量少，灵敏度高，且费用低廉，可应用于污水处理厂管理者和环保局人员判断污水处理厂进水中是否有渗滤液的排入。
本发明的技术方案是根据对不同类型的污水处理厂污泥的研究发现的。这些污水处理厂包括城市生活污水的污水处理厂(3个厂)、生活垃圾源(填埋场渗滤液)的污水处理厂(3个厂)、工业污水源的污水处理厂(4个厂)和特殊工业源(造纸厂)的污水处理厂(1个厂)。研究表明，生活垃圾填埋场渗滤液的污水处理厂的污泥上清液的三维荧光光谱谱图明显与其它各类型污水处理厂不同。对于垃圾填埋场污水处理厂的污泥上清液，其三维荧光光谱谱图中均仅检测到2个峰，激发/发射波长分别位于240/440nm和330/420nm；对于其它类型的污水处理厂的污泥上清液，其三维荧光光谱谱图中均检测到4个峰，激发/发射波长分别位于230/340、280/320、340/430和230/440nm，即以类蛋白质物质为主。该研究结果揭示，由于研究的污水来源和处理工艺差别很大，渗滤液的污水处理厂的污泥上清液均具有“三维荧光光谱谱图中的荧光峰的激发/发射波长分别并仅位于240/440和330/420nm，而没有检测到类蛋白质物质”这一特征，因此，该结论具有普适性。
本发明的技术方案是：
第一步，样品处理
取污水处理厂剩余活性污泥，在分离因素2000条件下，离心10min，得到上清液，上清液用0.45μm滤膜过滤掉其中悬浮物得到样品；
第二步，样品三维荧光光谱测定
将样品放入三维荧光光谱仪的比色皿中，将激发波长设定为200-500nm，发射波长为250-600nm，狭缝宽度为5nm，扫描速度为1200nm/min进行扫描运行，每隔2nm取一个点；每个上清液样品扫描后获得包含176行×31列数据的数值化的三维荧光光谱图；
第三步快速鉴别污水处理厂进水中是否存在垃圾填埋场渗滤液
分析三维荧光光谱谱图，即若样品的三维荧光光谱图中荧光峰仅为类富里酸(激发/发射波长＝240/440nm)和类腐殖酸物质(激发/发射波长＝330/420nm)，而没有类蛋白质物质(发射波长＜380nm)，表明该污水处理厂进水中有垃圾填埋场渗滤液；如果相反，样品的荧光峰仅为类蛋白质物质(发射波长＜380nm)，没有类富里酸(激发/发射波长＝240/440nm)和类腐殖酸物质(激发/发射波长＝330/420nm)，表明该污水处理厂进水中没有垃圾填埋场渗滤液。
本发明具有如下突出优点：
1、样品采集、预处理和测定操作简单、快速。样品预处理仅需简单的离心和过滤操作，不需要任何化学药剂；样品测定时间仅为15min。
2、仪器测定样品需求量少。样品需求量＜5ml，方便采样和携带。
3、光谱测定灵敏度高。三维荧光光谱谱图测定的灵敏度比常规分光光度法高10-1000倍。
附图说明
图1为有渗滤液排入的污水处理厂污泥上清液的三维荧光光谱谱图
图2为无渗滤液排入的污水处理厂污泥上清液的三维荧光光谱谱图
图3为有渗滤液排入的污水处理厂污泥上清液的三维荧光光谱谱图
图4为有渗滤液排入的污水处理厂污泥上清液的三维荧光光谱谱图
图5为有渗滤液排入的污水处理厂污泥上清液的三维荧光光谱谱图
图6为无渗滤液排入的污水处理厂污泥上清液的三维荧光光谱谱图
图7为无渗滤液排入的污水处理厂污泥上清液的三维荧光光谱谱图
图8为无渗滤液排入的污水处理厂污泥上清液的三维荧光光谱谱图
附图中的图标号说明如下：
灰度所标数字为荧光强度值
A峰为类富里酸物质(激发/发射波长＝240/440)；
B峰为类腐殖酸物质(激发/发射波长＝330/420)；
C峰为可溶性的微生物代谢物；
D峰为类色氨酸物质。
具体实施方式
下面结合附图1-8对本发明的实施方式作具体说明。
样品取样点为城市生活污水的污水处理厂(3个厂)、生活垃圾源(填埋场渗滤液)的污水处理厂(1个厂)、工业污水源的污水处理厂(3个厂)和特殊工业源(造纸厂)的污水处理厂(1个厂)，共8个不同类型污水处理厂；样品为各厂生物处理单元的剩余污泥。
样品预处理。各污水处理厂剩余污泥，在分离因素2000的条件下，离心10min，得到上清液，上清液再用0.45μm滤膜过滤掉其中悬浮物得到待测样品；
样品测定。待测样品放进三维荧光光谱仪的比色皿，设定的激发波长范围为200-500nm，发射波长范围为250-600nm，狭缝宽度为5nm，扫描速度为1200nm/min，运行模式为扫描模式，每隔2nm取一个点，每个样品扫描后获得包含176行×31列数据的三维荧光光谱图。
读谱分析。
请看图1，样品来自垃圾填埋场渗滤液污水处理厂，光谱图中的A峰和B峰，分别位于：激发/发射波长＝240/440nm，激发/发射波长＝330/420nm，明显表现出进水中有渗滤液排入的特征。
请看图2，样品来自城市生活污水的污水处理厂，光谱图中的A、B、C、D，4个峰；尽管A、B峰，也分别位于：激发/发射波长＝240/440nm，激发/发射波长＝330/420nm，但C、D峰的存在，因此可判定：该厂进水中没有垃圾填埋场渗滤液。
请看图3，样品来自工业源的污水处理厂，光谱图中的A峰和B峰，分别位于：激发/发射波长＝240/440nm，激发/发射波长＝330/420nm，因此可判定：该厂进水中有垃圾填埋场渗滤液排入。
请看图4，样品也来自工业源的污水处理厂，光谱图中的A峰和B峰，分别位于：激发/发射波长＝240/440nm，激发/发射波长＝330/420nm，因此可判定：该厂进水中同样有垃圾填埋场渗滤液排入。
请看图5，样品来自造纸厂的污水处理厂，光谱图中的A、B、C、D，4个峰；尽管A、B峰，也基本位于：激发/发射波长＝240/440nm和激发/发射波长＝330/420nm，但同时有C、D峰的存在，因此可判定：该厂进水中没有垃圾填埋场渗滤液排入。
请看图6，样品来自城市生活污水的污水处理厂，光谱图中的A峰和B峰，分别位于：激发/发射波长＝240/440nm，激发/发射波长＝330/420nm，因此可以判定：该厂进水中有垃圾填埋场渗滤液排入。
请看图7，样品来自城市生活污水的污水处理厂，光谱图中的A、B、C、D，4个峰；尽管A、B峰，也基本位于：激发/发射波长＝240/440nm和激发/发射波长＝330/420nm，但同时有C、D峰的存在，因此可判定：该厂进水中没有垃圾填埋场渗滤液排入。
请看图8，样品来自城市生活污水的污水处理厂，光谱图中的A、B、C、D，4个峰；尽管A峰和B峰，分别位于激发/发射波长＝240/440nm和激发/发射波长＝330/420nm附近，但同时有C、D峰的存在，因此可判定：该厂进水中没有垃圾填埋场渗滤液排入。
上述结果均经现场的污水厂管道接入状况调查得到证实，证明本发明确可用于快速的污水厂进水中垃圾填埋场渗滤液存在与否的判别。
Claims (1)
1.快速鉴别污水处理厂进水中垃圾填埋场渗滤液的方法，其特征在于：
第一步，样品处理
取污水处理厂剩余活性污泥，在分离因素2000条件下，离心10min，得到上清液，上清液用0.45μm滤膜过滤掉其中悬浮物得到样品；
第二步，样品三维荧光光谱测定
将样品放入三维荧光光谱仪的比色皿中，将激发波长设定为200-500nm，发射波长为250-600nm，狭缝宽度为5nm，扫描速度为1200nm/min进行扫描运行，每隔2nm取一个点；每个上清液样品扫描后获得176行×31列数据的数值化的三维荧光光谱图；
第三步快速鉴别污水处理厂进水中是否存在垃圾填埋场渗滤液
分析三维荧光光谱谱图，即，若样品的三维荧光光谱图中荧光峰仅为类富里酸和类腐殖酸物质，而没有类蛋白质物质，表明该污水处理厂进水中有垃圾填埋场渗滤液；如果相反，样品的荧光峰仅为类蛋白质物质，没有类富里酸和类腐殖酸物质，表明该污水处理厂进水中没有垃圾填埋场渗滤液；
上述三维荧光光谱图中荧光峰为类富里酸是激发/发射波长＝240/440nm；
上述三维荧光光谱图中荧光峰为类腐殖酸物质是激发/发射波长＝330/420nm；
上述三维荧光光谱图中荧光峰为类蛋白质物质是发射波长＜380nm。
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