生活垃圾焚燒廠滲濾液主要指堆放在貯坑內(nèi)的垃圾在受到擠壓后排出的自身內(nèi)含水及其酸性發(fā)酵產(chǎn)生的廢水〔1〕。有機(jī)組成復(fù)雜，濃度較高，用于焚燒的垃圾在儲(chǔ)坑內(nèi)堆置3~7 d所產(chǎn)生的新鮮滲濾液，沒有經(jīng)過長時(shí)間的厭氧發(fā)酵過程，其中仍含有大量的多環(huán)芳烴、酚類和苯胺類化合物等難降解有機(jī)物，COD可達(dá)30~80 g/L;氮含量高，滲濾液中TN一般在2 g/L以上，而其中NH4+-N一般在1 g/L以上;可生化性較好，B/C一般在0.4以上，VFA質(zhì)量濃度一般在5 g/L以上〔2〕。

　　生化法是處理生活垃圾焚燒廠滲濾液的、有效的方法。工程中一般采用UASB(或UBF)+SBR(或CASS、A/O)+膜處理工藝進(jìn)行處理 〔3, 4, 5〕。筆者公司研發(fā)部采用新型內(nèi)循環(huán)厭氧(IC)—氣升式環(huán)流反應(yīng)器(ALR)的工藝處理剛投入運(yùn)行的焚燒垃圾廠的滲濾液，以期為后期現(xiàn)場中試及實(shí)際工程的應(yīng)用提供技術(shù)參考。

　　1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

　　1.1 滲濾液水質(zhì)及分析方法

　　滲濾液取自光大環(huán)保能源(常州)有限公司滲濾液處理站調(diào)節(jié)池內(nèi)。其COD約24.8～35.1 g/L，NH4+-N 約0.82～1.12 g/L，pH為3.94～5.62，TP為12～32mg/L，VFA為5.23～7.42 g/L，BOD5為13.2～15.6 g/L。外觀呈黃褐色，有很濃的酸性惡臭氣味。

　　COD采用重鉻酸鉀法測定〔6〕，pH采用玻璃電極法測定〔6〕，NH4+-N和TP含量采用分光光度法測定〔6〕，揮發(fā)性有機(jī)酸(VFA)含量采用滴定法測定〔7〕。

　　1.2 試驗(yàn)裝置及方法

　　IC反應(yīng)器和ALR均由有機(jī)玻璃制作而成，具體結(jié)構(gòu)如圖 1、圖 2所示。

　　IC反應(yīng)器置于(35±2) ℃的恒溫水浴箱中，總有效容積為6 L(不計(jì)三相分離器內(nèi)氣室的體積)，內(nèi)徑90 mm，總高107 mm。IC反應(yīng)器每天進(jìn)水6 L。ALR有效容積為7.5 L。ALR內(nèi)溫度用恒溫加熱棒控制在(25±2) ℃。曝氣量大小由置于液體表面下的PB-607型溶解氧儀探頭控制，通過閥門調(diào)節(jié)空壓機(jī)曝氣量，使表層液面的DO保持在1.5～2.0 mg/L。采用間歇運(yùn)行的蠕動(dòng)泵(運(yùn)行240 s，間歇1 560 s)將水樣打入ALR的底部，上部溢流出水。ALR通過時(shí)間繼電器控制為曝氣100 min，間歇20 min。保證蠕動(dòng)泵進(jìn)水時(shí)，ALR處于曝氣時(shí)間，避免在ALR間歇期進(jìn)水，影響污泥的沉降。每周手動(dòng)排泥1次，使反應(yīng)器內(nèi)的SV30維持在20%～30%。

 圖 1 IC反應(yīng)器試驗(yàn)裝置

 
圖 2 ALR試驗(yàn)裝置

　　1.3 接種污泥

　　IC反應(yīng)器接種污泥取自某檸檬酸廠IC反應(yīng)器內(nèi)的顆粒污泥，呈黑色。粒徑0.8～1.5 mm，TSS 68.6g/L，含水率90%，接種量2 L。ALR接種污泥取自常州某污水廠曝氣池內(nèi)，MLSS約4 g/L，接種量2.5 L。

　　2 IC反應(yīng)器的啟動(dòng)和運(yùn)行

　　因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)用的顆粒污泥已放置一段時(shí)間，活性不高，且滲濾液中含有許多難降解物質(zhì)，所以馴化期先用啤酒和自來水配制COD為1 000 mg/L的廢水活化微生物，進(jìn)水中添加NaHCO3來補(bǔ)充堿度。待出水穩(wěn)定后再加入滲濾液馴化微生物，保持進(jìn)水量為6 L/d，每3~5 d提高1次進(jìn)水濃度。IC反應(yīng)器的運(yùn)行分三階段進(jìn)行，第1天—第23天為啟動(dòng)期;第24天—第79天為負(fù)荷提升期;第80天—第89天為穩(wěn)定運(yùn)行期。

　　2.1 啟動(dòng)期運(yùn)行狀況

　　2.1.1 對(duì)COD的去除效果

　　前7 d為啤酒馴化期，IC反應(yīng)器對(duì)有機(jī)物的去除較差，前3 d的COD去除率均低于75%，且觀察到出水桶中有許多細(xì)小的絮狀污泥，表面漂浮少量顆粒污泥。其主要原因是處于休眠狀態(tài)的厭氧菌活性較差，且培養(yǎng)基質(zhì)(啤酒)與檸檬酸廢水的水質(zhì)存在一定的差異，而且種泥中吸附了很多檸檬酸廢水中的有機(jī)物，二次啟動(dòng)處理其他廢水時(shí)，微生物一時(shí)難以適應(yīng)，部分有機(jī)物釋放到廢水中，增加了出水COD。第4天—第7天，盡管將進(jìn)水COD提高至1 500 mg/L，但出水COD不升反降，第7天，COD去除率高達(dá)93.7%，說明此時(shí)厭氧微生物的活性初步恢復(fù)，有機(jī)物降解速率加快。第8天停止加入啤酒，開始進(jìn)用生活污水稀釋后的COD為1 500 mg/L的滲濾液，盡管進(jìn)水基質(zhì)由含營養(yǎng)豐富的啤酒變?yōu)殡y降解的滲濾液，但此時(shí)厭氧菌活性已初步恢復(fù)，可以降解較多的有機(jī)物，所以出水COD并未大幅度上升。此后逐步減少生活污水量，增加滲濾液量(下同)，提高進(jìn)水COD至3 152 mg/L，出水COD基本維持在300 mg/L以下，COD去除率在85%以上。IC反應(yīng)器啟動(dòng)順利完成。

　　2.1.2 pH及出水VFA濃度的變化

　　污泥馴化期，出水pH在5.22～6.95波動(dòng)，且啟動(dòng)期，出水pH一般低于進(jìn)水pH，可能是因?yàn)槔贌龔S滲濾液均呈酸性，且其中有機(jī)酸質(zhì)量濃度較高(>5 g/L)，易被產(chǎn)酸菌降解而生成大量的VFA，降低反應(yīng)體系的pH。馴化初期，由于產(chǎn)甲烷菌活性恢復(fù)較產(chǎn)酸菌慢，產(chǎn)酸菌優(yōu)勢生長，此時(shí)出水VFA濃度很高，基本在5.0 mmol/L以上。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，出水VFA逐漸下降并穩(wěn)定在2 mmol/L以下。啟動(dòng)后期，出水VFA基本穩(wěn)定在3.5~4.5 mmol/L，并未隨進(jìn)水COD的提高而明顯升高，可能原因是啟動(dòng)期滲濾液的容積負(fù)荷很低，且負(fù)荷提升較慢，每次約提升0.5 kg/(m3·d)，反應(yīng)器中有足夠的活性正逐步恢復(fù)的產(chǎn)甲烷菌來充分降解產(chǎn)酸菌產(chǎn)生及原水中的VFA，使出水中的VFA含量保持穩(wěn)定。

　　2.2 負(fù)荷提升期和穩(wěn)定期運(yùn)行情況

　　2.2.1 對(duì)COD的去除效果

　　IC反應(yīng)器負(fù)荷提升期和穩(wěn)定期COD的去除情況見圖 3。

 圖 3 IC反應(yīng)器負(fù)荷提升期和穩(wěn)定期進(jìn)出水COD及去除率變化曲線

　　負(fù)荷提升前8天(第24天—第32天)，IC反應(yīng)器的COD去除率穩(wěn)定在85%以上。此后，當(dāng)進(jìn)水COD提高到5 328 mg/L，出水COD陡升到1 058 mg/L，zui高達(dá)到1 681 mg/L，COD去除率急劇下降到70%左右，與此同時(shí)，出水VFA達(dá)到9.2 mmol/L，出水pH也降至5.7，出水有明顯的酸味。由此斷定，IC內(nèi)出現(xiàn)“輕微”酸化。原因有兩個(gè)：(1)第33天將進(jìn)水負(fù)荷由4.00 kg/(m3·d)提高至5.33 kg/(m3·d)，負(fù)荷提升了33%，容積負(fù)荷提升過快。(2)焚燒滲濾液中高濃度的氨氮、鹽離子等物質(zhì)會(huì)對(duì)甲烷菌產(chǎn)生一定抑制，而且試驗(yàn)用滲濾液處于半水解酸化狀態(tài)，VFA高達(dá)5~7 g/L，故負(fù)荷提升過快后，受抑制的甲烷菌無法及時(shí)降解原水中和產(chǎn)酸菌產(chǎn)生的有機(jī)酸，導(dǎo)致出水COD及VFA急劇升高。厭氧反應(yīng)器酸化后，可以采用投加新鮮顆粒污泥、降低進(jìn)水COD、清水沖洗等方法進(jìn)行酸化后的恢復(fù)〔7〕。由于本實(shí)驗(yàn)酸化期僅為5d，且負(fù)荷不高，COD去除率仍達(dá)70%，所以對(duì)IC反應(yīng)器僅采取降負(fù)荷的方式重啟反應(yīng)器(同時(shí)加堿將進(jìn)水pH調(diào)至7.5~8.0)。由圖 3可知，盡管大幅度降低負(fù)荷至3 kg/(m3·d)并穩(wěn)定3 d，但出水COD仍高達(dá)900 mg/L以上。其后再次緩慢提高進(jìn)水COD至5 220 mg/L時(shí)，出水COD逐步穩(wěn)定在566~816 mg/L，COD去除率也恢復(fù)到86%左右，達(dá)到了酸化前的水平。當(dāng)負(fù)荷提高到12 kg/(m3·d)，出水COD又一次出現(xiàn)了躍升。第72天—第76天，出水COD從2 148 mg/L陡升至4 231 mg/L，COD去除率急劇下滑到65%。為了進(jìn)一步檢驗(yàn)系統(tǒng)是否能承受這么大的負(fù)荷，又連續(xù)以相近的負(fù)荷運(yùn)行5 d，雖然出水COD在一段波動(dòng)后略有回落，但基本都在2 500 mg/L以上，COD去除率始終低于80%。此時(shí)出水VFA上升到12 mmol/L，但出水pH并未大幅度下滑，反應(yīng)器并未酸化。這主要是因?yàn)镮C反應(yīng)器中污泥已經(jīng)不能承受12.12 kg/(m3·d)的焚燒滲濾液負(fù)荷，負(fù)荷過高致使系統(tǒng)中大量的未*降解的有機(jī)物隨出水排出，導(dǎo)致出水COD快速升高。而且，滲濾液中抑制物質(zhì)的濃度也可能隨著進(jìn)水濃度升高而達(dá)到微生物所能承受的閾值。此時(shí)不宜再提高負(fù)荷，負(fù)荷提升期結(jié)束。

　　此后降低負(fù)荷至10.8 kg/(m3·d)，進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)期，此階段共進(jìn)行10 d。穩(wěn)定初期(第80天—第82天)，出水COD并未明顯下降，一直維持在2 000 mg/L以上。此后，出水COD緩慢降低，并zui終穩(wěn)定在1 450 mg/L左右，COD平均去除率達(dá)86%，且波動(dòng)很小。說明IC反應(yīng)器能處理焚燒垃圾滲濾液，并能保持穩(wěn)定運(yùn)行。

　　2.2.2 pH及出水VFA濃度的變化

　　IC反應(yīng)器負(fù)荷提升期和穩(wěn)定期pH及VFA的變化見圖 4。

 圖 4 IC反應(yīng)器負(fù)荷提升期和穩(wěn)定期進(jìn)出水pH及出水VFA變化曲線

　　負(fù)荷提升期，進(jìn)水中濃度越來越高的有機(jī)氮在IC反應(yīng)器內(nèi)通過氨化作用轉(zhuǎn)化為氨氮，增加了系統(tǒng)的堿度，提高了出水pH。由圖 4可以看出，酸化前，出水pH與進(jìn)水相當(dāng)。酸化期由于產(chǎn)甲烷菌活性受到抑制，VFA開始積累，VFA濃度由酸化前的5.6 mmol/L上升到9.8 mmol/L，出水pH也由6.62降到了5.74。酸化重啟后第7天(第44天)，出水pH上升到7.12，系統(tǒng)酸堿平衡重新恢復(fù)。此后，出水pH進(jìn)一步升高。第50天開始，出水pH開始高于進(jìn)水pH。在進(jìn)水COD達(dá)12.2 kg/(m3·d)的極限負(fù)荷期，出水pH仍在6.5以上。降負(fù)荷進(jìn)入穩(wěn)定期后，出水pH穩(wěn)定在7.52~8.04。此外，除酸化期，出水VFA隨出水COD的升高而緩慢升高。當(dāng)進(jìn)水負(fù)荷提高至12 kg/(m3·d)時(shí)，出水VFA大幅度升高到12 mmol/L。隨后，隨著負(fù)荷的降低，出水VFA緩慢回落，zui終穩(wěn)定在8.3~9.0 mmol/L。盡管出水VFA濃度很高，但反應(yīng)器內(nèi)pH在7.5以上。胡紀(jì)萃〔8〕認(rèn)為，在pH為中性或偏堿性時(shí)，大部分VFA以離子態(tài)存在，而只有游離的VFA才會(huì)對(duì)甲烷菌產(chǎn)生抑制。所以，此時(shí)的VFA濃度(8.3~9.0 mmol/L)相對(duì)而言是無毒的，不會(huì)對(duì)IC反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。

　　3 ALR運(yùn)行狀況

　　3.1 有機(jī)物去除分析

　　在IC反應(yīng)器運(yùn)行到第36天時(shí)，進(jìn)行好氧實(shí)驗(yàn)。在7.5 L的ALR中接種2.5 L 好氧污泥。實(shí)驗(yàn)前4 d，同樣用啤酒和自來水配成COD為1 000 mg/L的廢水馴化微生物，初始進(jìn)水量設(shè)定為5 L/d，運(yùn)行結(jié)果如圖 5所示。

 圖 5 ALR進(jìn)出水COD及去除率變化關(guān)系

　　由圖 5可知，馴化4 d后，出水COD從428 mg/L迅速降到86 mg/L，污泥馴化完成。第40天開始，停止加啤酒水，開始將IC反應(yīng)器的出水打入ALR內(nèi)。由圖 5可知，當(dāng)進(jìn)水基質(zhì)由含有糖類、酵母、蛋白質(zhì)等物質(zhì)的易降解啤酒水換成難降解的IC反應(yīng)器出水時(shí)，ALR出水COD迅速升高到170.5 mg/L，其后3 d，出水COD持續(xù)升高到340.5 mg/L。而此期間ALR進(jìn)水COD基本穩(wěn)定在750~930 mg/L。原因可能有如下兩方面：(1)進(jìn)水基質(zhì)的變化。好氧微生物一時(shí)難以適應(yīng)滲濾液的水質(zhì)，其活性受到抑制，且經(jīng)過厭氧處理后，廢水可生化性大大降低，在ALR中難以充分降解。(2)葡萄糖效應(yīng)〔9〕。由于ALR前期用易于降解的啤酒進(jìn)行馴化培養(yǎng)，微生物已經(jīng)適應(yīng)了吸收這些易降解物質(zhì)作為其生長繁殖的營養(yǎng)源，生長旺盛。當(dāng)將基質(zhì)替換為滲濾液厭氧出水時(shí)，微生物會(huì)首先利用殘留的啤酒作為營養(yǎng)物。當(dāng)啤酒消耗完后，微生物才會(huì)降解IC反應(yīng)器出水，且同樣會(huì)優(yōu)先降解其中的易降解物質(zhì)(如碳水化合物、短鏈脂肪酸等)，zui后才會(huì)降解長鏈脂肪酸和芳香族化合物等難降解物質(zhì)，這些未*降解的難降解有機(jī)物隨出水流出，使得出水COD迅速升高。隨著好氧微生物活性的增強(qiáng)及對(duì)滲濾液水質(zhì)的逐步適應(yīng)，第45天—第50天，出水COD緩慢下降到250 mg/L以下。第62天—第67天，進(jìn)水COD躍升到1 200~1 600 mg/L。第62天—第65天，ALR出水COD為387~486 mg/L，并未出現(xiàn)陡升現(xiàn)象，說明ALR具有良好的抗沖擊負(fù)荷能力，這是因?yàn)锳LR*的流態(tài)強(qiáng)化了傳質(zhì)作用。ALR間歇進(jìn)水時(shí)整體上呈推流，但反應(yīng)器內(nèi)部呈環(huán)流狀態(tài)，泥水沿導(dǎo)流筒內(nèi)外確定的方向高速循環(huán)流動(dòng)，使得有機(jī)物能與微生物在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行充分的接觸反應(yīng)，也提高了其降解COD的效率。第66天、第67天，由于進(jìn)水COD持續(xù)升高，出水COD也分別上升到610.5、545.6 mg/L，超過500 mg/L的排放標(biāo)準(zhǔn)〔10〕。其后決定通過將進(jìn)水量由5 L/d降至3 L/d的方式來降低容積負(fù)荷。隨著每日進(jìn)入ALR中有機(jī)物量的降低，第70天，出水COD緩慢下降到328 mg/L。此后系統(tǒng)出現(xiàn)沖擊負(fù)荷，第71天，ALR進(jìn)水COD急劇上升到2 148 mg/L，此后持續(xù)上升，第71天—第80天，進(jìn)水COD基本在2 500~4 300 mg/L波動(dòng)。第71天—第73天，ALR出水COD穩(wěn)定在400 mg/L左右，并未隨著進(jìn)水COD的大幅度升高而升高，COD去除率穩(wěn)定在80%以上。隨著滲濾液中的有毒有害物質(zhì)逐漸在ALR中積累，好氧微生物受到的抑制作用愈發(fā)明顯，出水COD升高到550~700 mg/L，且液面出現(xiàn)大量白色泡沫。說明此時(shí)ALR可能已經(jīng)處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。第80天—第89天，IC反應(yīng)器進(jìn)入穩(wěn)定期，ALR進(jìn)水COD逐漸下降到1 400~1 700 mg/L，出水COD也慢慢回落到430 mg/L以下，COD平均去除率為77%。說明在沖擊負(fù)荷消失后，ALR能迅速恢復(fù)穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。

　　3.2 氨氮去除分析

　　在IC運(yùn)行第50天時(shí)，開始進(jìn)行ALR反應(yīng)器對(duì)氨氮的去除效果研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖 6

 圖 6 ALR進(jìn)出水氨氮及去除率變化關(guān)系

　　由圖 6可知，第50天—第53天，氨氮去除率較低(在85%以下)。這可能是因?yàn)榇穗A段ALR中污泥以異氧菌為主，硝化菌還沒有培養(yǎng)成熟，異氧菌消耗了大量的DO來充分降解有機(jī)物(此階段出水COD較低，在250 mg/L以下)，位于絮體內(nèi)部的硝化菌因?yàn)榈貌坏阶銐虻腄O使其生長受到一定抑制，硝化速率較低。此后出水氨氮逐漸下降。第61天—第67天，進(jìn)水氨氮負(fù)荷由150 g/(m3·d)逐漸上升到311g/(m3·d)，出水氨氮也上升到38.4~51.3 mg/L。隨后，由于進(jìn)水量降至3 L/d，氨氮負(fù)荷也降至200g/(m3·d)以下，氨氮去除率隨著氨氮負(fù)荷的降低而上升，即使到了極限負(fù)荷期(第71天—第79天)，進(jìn)水氨氮質(zhì)量濃度達(dá)到480~800 mg/L，但由于HRT的延長，硝化菌在適宜的生長環(huán)境中有足夠的時(shí)間來充分降解進(jìn)水中的高濃度氨氮，出水中氨氮質(zhì)量濃度僅有2天超過45 mg/L的排放標(biāo)準(zhǔn)〔10〕。第80天—第89天，IC進(jìn)入穩(wěn)定期，ALR進(jìn)水氨氮質(zhì)量濃度在350~500 mg/L波動(dòng)，出水氨氮質(zhì)量濃度基本低于35 mg/L，氨氮去除率在91%左右。由此可見，ALR在穩(wěn)定運(yùn)行期對(duì)IC反應(yīng)器出水中的高濃度COD和NH4+-N具有較高的去除率，且波動(dòng)很小，這是ALR的一大優(yōu)勢所在。

　　4 結(jié)論

　　(1)在中溫條件下，利用IC反應(yīng)器處理生活垃圾焚燒廠滲濾液，當(dāng)進(jìn)水有機(jī)容積負(fù)荷為10.8kg/(m3·d)時(shí)，COD去除率可達(dá)到86%，出水pH在7.52~8.04，出水VFA在8.3~9.0 mmol/L波動(dòng)。

　　(2)IC反應(yīng)器由于負(fù)荷提高過快發(fā)生“輕微”酸化后，通過在進(jìn)水中補(bǔ)充堿度和降低進(jìn)水負(fù)荷的方式重啟酸化反應(yīng)器，12 d后，COD去除率回升到86%，出水VFA濃度也下降到6.4 mmol/L。

　　(3)ALR出水COD和NH4+-N能夠達(dá)到《污水排入城市下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ 343—2010)B等級(jí)規(guī)定。IC—ALR組合工藝能充分降解生活垃圾焚燒廠滲濾液中高濃度有機(jī)物和氨氮，并能保持穩(wěn)定運(yùn)行。