清华大学岳东北课题组WR：识别渗滤液起泡关键表面活性剂及其影响机

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成果简介

近日，清华大学环境学院张龄月博士为第一作者，岳东北教授为通讯作者的研究成果以 “Identification of key surfactant in municipal solid waste leachate foaming and its influence mechanism” 为题，发表在环境科学领域期刊 Water Research 。研究结果显示：渗滤液的起泡问题主要集中在渗滤液原液和纳滤浓缩液中。阴离子表面活性剂是影响渗滤液起泡的关键化学表面活性剂，在老龄渗滤液的化学表面活性剂组成中占比更高。值得注意的是，体系 pH 值是影响生活垃圾中表面活性剂释放的关键因素。总体来说，控制较低的体系 pH 值和表面活性剂浓度可以有效控制渗滤液起泡，该研究为渗滤液严重起泡问题的解决和低能耗全量化处理提供了理论依据 。

严重的起泡问题和消泡剂的过量使用，已成为影响生活垃圾渗滤液处理效率和行业发展的关键问题之一。起泡造成的大规模液体溢流、氧气传输受阻、频繁清洗和重启反应器，严重降低了当前以 “MBR+NF+RO” 为主流工艺的渗滤液处理效率并大大增加了运行管理难度和处理成本 。

由于缺乏对关键表面活性剂识别和其起泡机制的深入研究，目前的消泡和表面活性剂去除技术缺乏针对性和选择性。本研究通过开发针对渗滤液的泡沫性能分析装置，并对超高效液相色谱 - 串联质谱 (UPLC/MS/MS) 进行了优化，实现了对影响渗滤液起泡的关键表面活性剂的识别，并对其相互作用机制进行了初步探讨 。

图文导读

不同填埋龄渗滤液起泡性能的研究结果表明，渗滤液起泡问题主要集中在渗滤液原液和纳滤（ NF ）浓缩液， NF 和反渗透膜（ RO ）的应用，使得其工艺段出水几乎不会出现严重起泡问题。和大家普遍认识相反，具有较高有机物浓度的新鲜渗滤液起泡性能较差，起泡能力及稳定性均低于老龄渗滤液。我们推测新鲜渗滤液相对较低的 pH 值 ( 本研究为 6.65) 可能是影响渗滤液起泡的关键因素 。

为进一步明确影响渗滤液起泡的表面活性剂种类，我们将渗滤液与阴离子、阳离子、非离子标准表面活性剂进行起泡性能对比，从 10 mg/L 到 100 mg/L ，三种标准表面活性剂的起泡能力和泡沫稳定性都有显著提高。结果表明， ( 低于 CMC 时 ) 高表面活性剂浓度有利于发泡性能 。

研究优化了基于固相萃取 - 超高效液相色谱质谱的渗滤液表面活性剂识别方法，采用氨醇和甲醇两步洗脱并在淋洗后增加离心步骤避免残留淋洗剂的影响。进一步，本研究采用柱后补偿的方式优化质谱检测方法，将表面活性剂在质谱中的响应值显著提高了 3 个数量级，实现了对复杂渗滤液中表面活性剂的精确定性定量 。

研究结果表明阴离子表面活性剂对于不同 pH 值、不同温度条件下起泡能力、泡沫稳定性、表面张力以及液体粘度的变化规律与不同填埋龄渗滤液保持一致。填埋龄对阴离子表面活性剂含量的影响规律与填埋龄对渗滤液体系起泡性能影响的变化规律和表面活性剂浓度对表面张力的变化规律均保持一致 。

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小结

本研究基于对固相萃取 - 超高效液相色谱质谱联用的定量方法优化，实现了对复杂渗滤液水体中表面活性剂的精确识别，同时建立了渗滤液起泡性能研究方法。根据本研究结果，阴离子表面活性剂是影响渗滤液起泡的关键表活， pH 值是影响生活垃圾中表面活性剂的释放的关键因素。维持酸性 pH 条件和较高的体系温度是一种有效且方便的减少渗滤液起泡的方法。与 COD 、 NH ₃ -N 、 TDS 等一般参数相比，阴离子表面活性剂是一个更优越的泡沫指标，因此在未来的处理策略中，可以进一步提出基于阴离子表面活性剂去除的更精确的泡沫抑制策略。

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