CN103424391A - 生活垃圾渗滤液中生物可利用有机物含量的替代测定法 - Google Patents

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Abstract

一种生活垃圾渗滤液中生物可利用有机物含量的替代测定法：A）采集生活垃圾渗滤液的样品；B）在渗滤液中加入等体积的Na2S溶液沉淀重金属；C）稀释渗滤液中的有机物使其含量大于0小于10mg.L-1；D）进行三维荧光光谱扫描，获得三维荧光光谱矩阵数据；E）建立荧光矩阵数据库，在Matlab上采用DOMFluor软件包进行平行因子分析，获得荧光组分数及渗滤液在对应组分中的浓度得分Fmax；F）将渗滤液的荧光组分中荧光峰发射波长在320～365nm范围内的类色氨组分的Fmax值乘以该渗滤液的稀释倍数n，得渗滤液原液中该样品类色氨酸浓度得分F，F值大则渗滤液中生物可利用有机物含量高，F值小则渗滤液中生物可利用性有机物少。

Description

生活垃圾渗滤液中生物可利用有机物含量的替代测定法
技术领域
本发明属于市政废水处理处置技术领域，具体涉及一种生活垃圾渗滤液中生物可利用有机物含量的替代测定法。
背景技术
生活垃圾在堆放、堆肥和填埋过程中，产生大量的垃圾渗滤液。垃圾渗滤液的处理有生物、物理和化学方法，生物法包括好氧和厌氧处理，适合其中含有大量可生物利用有机物的渗滤液；物理法如超滤、纳滤及反渗透，适合含有大量大分子有机物的渗滤液；化学方法包括光催化、芬顿法等，常用于处理含有大量难生物降解有机物的渗滤液。因此，在选择合适的渗滤液处理方法前，首先需要先测定其中生物可利用有机物的含量，目前常用的测定方法是渗滤液的五日生物需氧量（BOD5）测定。渗滤液BOD5的测定是在接种污泥的条件下，对渗滤液培养5天，通过其所消耗氧气的量进行计算。该方法耗时5日，不能快速有效地监控渗滤液中可生物利用有机物的含量变化。
垃圾渗滤液中的有机物主要为蛋白质、糖类、脂肪类、小分子有机酸和腐殖质类物质。在这些物质中，蛋白质中的苯丙氨酸、络氨酸、色氨酸及其类似物、脂肪类中不饱和脂肪酸、腐殖质中的富里酸和胡敏酸均能产生荧光，因此可通过荧光光谱分析渗滤液中这些有机物的含量。
在渗滤液有机物的荧光光谱中，存在两大类荧光峰，类腐殖质荧光峰和类蛋白荧光峰。类腐殖质荧光峰包括类富里酸荧光峰和类胡敏酸荧光峰，它们来源于渗滤液中的富里酸和胡敏酸类物质，生物可利用性差。类蛋白荧光峰包括类色氨酸荧光峰和类酪氨酸荧光峰，其来源于渗滤液中的带苯环氨基酸（苯丙氨酸、络氨酸及色氨酸）及其类似物，一些脂肪酸也可能出现这一区域出现荧光峰，类蛋白荧光峰与渗滤液有机物生物可利用性密切相关。渗滤液有机物荧光光谱的测定样品前处理简单，仅需简单过滤和离心处理，样品需求量少（<10ml）、测试简单快捷（<10min），从样品采集到得到最终结果几小时即可完成，因此，如果能够通过检测渗滤液中荧光有机物的含量，建立一种分析渗滤液生物可利用性有机物含量BOD5的替代测定法，将可以为渗滤液处理技术的快速选择提供极大便利。
发明内容
本发明目的在于提供一种渗滤液中可生物可利用有机物含量的替代测定法，通过检测生活垃圾渗滤液中类色氨酸物质的相对浓度间接测定渗滤液中生物可利用有机物的含量。
为实现上述目的，本发明提供的生活垃圾渗滤液中生物可利用有机物含量的替代测定法，其主要步骤为：
A)采集生活垃圾渗滤液，离心后过孔径0.45μm的滤膜，收集滤液；
B)在滤液中加入等体积的0.1mol.L-1Na2S溶液沉淀重金属，混匀静止2小时后再次离心，将上清液过孔径0.45μm的滤膜，收集滤液；
C)测定滤液中有机物含量（以DOC表示），对滤液稀释n倍，使稀释后渗滤液滤液0<DOC<10mg.L-1。
D)将稀释后的滤液进行三维荧光光谱扫描，将扫描所得图谱扣除双蒸水在相同条件下扫描所得图谱后，将图谱数据导出至Excel表格，获得三维荧光光谱矩阵数据。
E)建立荧光矩阵数据库，将步骤D)得到的荧光矩阵数据汇集到荧光矩阵数据库中后，在Matlab上采用DOMFluor软件包(www.models.life.ku.dk)进行平行因子分析，获得荧光组分数及渗滤液样品在对应组分中的浓度得分Fmax。
D)将渗滤液样品荧光组分中荧光峰发射波长在320～365nm范围内的类色氨组分的Fmax值乘以该样品的稀释倍数n，得渗滤液原液中该样品类色氨酸浓度得分F，通过F值可以替代BOD5判断渗滤液中生物可利用有机物含量，F值大，渗滤液中生物可利用有机物含量高，F值小，渗滤液中生物可利用性有机物少。
所述的方法，其中，荧光矩阵数据库建立时的样品均来自生活垃圾渗滤液，样品的个数不少于20；
所述的方法，其中，荧光矩阵数据库建立时进行三维荧光光谱扫的激发波长和发射波长狭缝宽度均小于或等于5nm，扫描速度小于或等于2400nm min-1。
所述的方法，其中，待分析渗滤液滤液进行三维荧光光谱扫描的条件与建立荧光矩阵数据库时样品的扫描条件相同。
所述的方法中，其中，生活垃圾渗滤液可以是生活垃圾堆放、堆肥、填埋及焚烧所产生的渗滤液。
本发明具有如下优点：
1、灵敏度高。由于荧光光谱的检测限为10-9，比紫外光谱还高两个数量级，因此采用该方法替代检测渗滤液中可生物利用有机物含量，灵敏度高。
2、检测速度快。传统的通过BOD5测定渗滤液中可生物利用有机物含量的方法，需要5日，而采用本替代方法，在5小时内即可判断出渗滤液中可生物利用有机物的含量大小。
附图说明
图1是本发明的堆肥渗滤液不同处理工段有机物三维荧光光谱经平行因子法鉴定出的四个组分
图2是本发明的堆肥渗滤液中类色氨酸荧光组分浓度得分F与BOD5的相关性分析
具体实施方式
本发明公开了一种生活垃圾渗滤液中生物可利用有机物含量的替代方法，其具体操作是：
采集生活垃圾渗滤液，低温（4-7℃）高速（>5000rpm）离心后，过孔径0.45μm的滤膜，收集滤液；
在滤液中加入等体积的0.1mol.L-1Na2S溶液，混和均匀后静止2小时后，离心，将上清液过孔径0.45μm的滤膜，收集滤液；
测定渗滤液滤液中有机物浓度DOC，然后对滤液稀释n倍，使稀释后滤液中有机物浓度0<DOC<10mg.L-1。
将稀释后的滤液进行三维荧光光谱扫描，扫描时激发波长范围200～400nm，发射波长范围280～500nm，激发和发射波长狭缝宽度小于或等于5nm，扫描速度小于或等于2400nm min-1，将扫描所得图谱扣除双蒸水在相同条件下扫描所得图谱后，将图谱数据导出至Excel表格，获得三维荧光光谱矩阵数据。
将得到的荧光矩阵数据放入已经建立好的荧光矩阵数据库中，荧光矩阵库数据建立时样品均来自垃圾渗滤液，数目不少于20个；将渗滤液滤液样品和荧光矩阵数据中的数据一起在Matlab上采用DOMFluor软件包(www.models.life.ku.dk)进行平行因子分析，获得荧光组分数和每个渗滤液滤液在对应荧光组分的得分Fmax。
将渗滤液滤液样品中荧光峰发射波长在320～365nm的类色氨酸组分的Fmax乘以稀释倍数n，得渗滤液原液类色氨酸含量得分F，通过F值间接判断生活垃圾渗滤液中生物可利用有机物含量，F值大，渗滤液中生物可利用有机物含量高，F值小，渗滤液中生物可利用性有机物少。
实施例
采集北京某生活垃圾堆肥厂渗滤液处理车间中调节池、UASB池、好氧池及膜过滤池等不同处理工段渗滤液样品8个，12小时内低温运回实验室，10000rpm、4℃下离心15min后，过孔径0.45μm的滤膜，收集滤液；
在滤液中加入等体积的0.1mol.L-1Na2S溶液去除重金属离子，混和均匀后静止2小时后，离心，将上清液过孔径0.45μm的滤膜，收集滤液；
测定渗滤液滤液中有机物浓度DOC，然后根据样品DOC大小稀释20～100倍数，使稀释后的样品0<DOC<10mg.L-1。
将稀释后的滤液进行三维荧光光谱扫描，扫描时激发波长范围为200～400nm，发射波长范围280～500nm，激发和发射波长狭缝宽度5nm，扫描速度1200nm min-1，将扫描所得图谱扣除双蒸水在相同条件下扫描所得图谱后，将图谱数据导出至Excel表格，获得三维荧光光谱矩阵数据。
采集生活垃圾堆肥厂、填埋场的垃圾和渗滤液，采集样品数目35个，浸提制备水溶性有机物并扫描其三维荧光光谱，扫描时，激发波长范围为200～400nm，发射波长范围280～500nm，激发和发射波长狭缝宽度5nm，扫描速度1200nm min-1，将扫描所得图谱扣除双蒸水在相同条件下扫描所得图谱后，将图谱数据导出至Excel表格建立荧光矩阵数据库，该荧光矩阵数据库建立后可以长期使用。将待分析的渗滤液样品荧光矩阵数据放入所建立的荧光矩阵数据库中，在Matlab上采用DOMFluor软件包(www.models.life.ku.dk)进行平行因子分析，得到4个荧光组分，如图1所示，荧光组分C3的荧光峰发射波长为330nm，为类色氨酸荧光组分，将这该组分经平行因子分析所得得分Fmax乘以之前该样品的稀释倍数，获得原始渗滤液样品的类色氨酸荧光强度得分F。图2为8个渗滤液样品中类色氨酸组分含量得分F与BOD5的相关性分析，从相关性分析结果可以看出，二者相关性达到极显著水平（P<0.01），渗滤液BOD5可以通过公式BOD5=0.048F+4.3705进行计算，显示本发明的生活垃圾渗滤液中生物可利用有机物含量的替代测定法，可以有效地替代BOD5测定渗滤液中生物可利用有机物含量。

Claims (7)

1.一种生活垃圾渗滤液中生物可利用有机物含量的替代测定法，其主要步骤为：
A）采集生活垃圾渗滤液的样品，离心后过滤，收集滤液，渗滤液的样品个数不少于20；
B）在渗滤液中加入等体积的0.1mol.L-1Na2S溶液沉淀重金属，混匀静止后再次离心，将上清液过滤，收集滤液；
C）测定渗滤液中有机物含量，将渗滤液稀释n倍，使稀释后渗滤液中的有机物含量大于0小于10mg.L-1；
D）将稀释后的渗滤液进行三维荧光光谱扫描，将扫描所得图谱扣除稀释液在相同条件下扫描所得图谱，获得三维荧光光谱矩阵数据；
E）建立荧光矩阵数据库，将步骤D得到的荧光矩阵数据汇集到荧光矩阵数据库中后，在Matlab上采用DOMFluor软件包进行平行因子分析，获得荧光组分数及渗滤液在对应组分中的浓度得分Fmax；
F）将渗滤液的荧光组分中荧光峰发射波长在320～365nm范围内的类色氨组分的Fmax值乘以该渗滤液的稀释倍数n，得渗滤液原液中该样品类色氨酸浓度得分F，F值大则渗滤液中生物可利用有机物含量高，F值小则渗滤液中生物可利用性有机物少。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤A和步骤B中过滤的滤膜孔径0.45μm。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤C中渗滤液的稀释是采用双蒸水进行稀释。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤D中是将图谱数据导出至Excel表格，获得三维荧光光谱矩阵数据。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，荧光矩阵数据库建立时进行三维荧光光谱扫的激发波长和发射波长狭缝宽度均小于或等于5nm，扫描速度小于或等于2400nm min-1。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，渗滤液进行三维荧光光谱扫描的条件与建立荧光矩阵数据库时样品的扫描条件相同。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，生活垃圾渗滤液是生活垃圾堆放、堆肥、填埋及焚烧预处理所产生的渗滤液。
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