城市生活垃圾處理已成為城市的一大難題，據(jù)統(tǒng)計，2005年全國設市城市生活垃圾產(chǎn)量約為 1.36~1.56億t，專家預計我國城市生活垃圾將于2030年達到4.09億t，2050年達到5.28億t〔1〕。垃圾滲濾液作為城市生活垃圾處理產(chǎn)生的二次污染物，其組成復雜，污染物濃度高、色度大、毒性強，水質(zhì)水量波動大，含有大量有機污染物和各類重金屬污染物，是一種成分復雜的高濃度。滲濾液如未經(jīng)無害化處理直接排放到環(huán)境中，將產(chǎn)生嚴重的生態(tài)破壞。

垃圾滲濾液處理設備選型活性炭過濾器

對于垃圾滲濾液的處理無論國內(nèi)還是國外都集中在生物處理上，特別是厭氧-好氧組合工藝更成為處理垃圾滲濾液的工藝，如 UASB工藝、Anammox工藝、MBR 工藝、SBR 工藝等〔2, 3, 4〕。胡紀全等〔5〕采用厭氧（UASB）—氨吹脫—混凝沉淀—好氧（氧化溝）處理工藝處理垃圾滲濾液，在進水COD為4 040 mg/L、氨氮為231 mg/L時，COD和氨氮去除率分別達99.1%、75.6%，但該工藝采用全程硝化去除污染物，并沒有采用短程硝化，沒有實現(xiàn)垃圾滲濾液處理的節(jié)能降耗。J. H. Im等〔6〕采用UASB與好氧組合處理工藝，好氧出水回流到UASB同時發(fā)生厭氧和反硝化反應，厭氧反應器中zui大COD去除速率與好氧反應器中zui大氨氮去除速率分別為15.2 、0.84 kg/（m3·d）。高鋒等〔7〕采用厭氧消化與SBR組合工藝處理城市垃圾滲濾液，其出水氨氮可穩(wěn)定在11 mg/L，氨氮去除率達到95%以上。生物處理工藝因處理效果穩(wěn)定、成本相對較低往往用作主處理工藝，目前對垃圾滲濾液的處理主要以生物法為主。以某垃圾焚燒廠的垃圾滲濾液為研究對象，研究處理工藝對污染物的去除效果、工藝參數(shù)設計和組合工藝經(jīng)濟性等，為垃圾滲濾液的節(jié)能高效處理提供參考。

1 工程概況及處理工藝
天津大港第二垃圾焚燒發(fā)電廠項目規(guī)劃處理總規(guī)模為2 000 m3/d，分兩期工程建設，一期工程規(guī)模為1 000 m3/d，垃圾滲濾液廢水量為300 m3/d，水質(zhì)情況見表 1。

設計出水指標達到《污水綜合排放標準》（GB 8978—1997）三級標準：COD≤500 mg/L、BOD5≤300 mg/L、氨氮≤35 mg/L、SS≤400 mg/L。從垃圾焚燒廠的水質(zhì)特征及經(jīng)濟性考慮，采用IC厭氧反應器—短程硝化反硝化—A3/O3生物處理為主體工藝。生活垃圾堆積過程中產(chǎn)生的滲濾液經(jīng)集液管進入沉淀池，去除部分大顆粒有機物和無機物，經(jīng)過預沉淀后的廢水流入調(diào)節(jié)池，池內(nèi)設置液壓攪拌裝置，調(diào)節(jié)水質(zhì)水量后，通過水泵提升至IC厭氧反應器，再進入短程硝化反硝化反應池和A3/O3好氧池，zui后經(jīng)過沉淀池及混凝處理后排放。沉淀池、厭氧反應器和好氧池的剩余污泥排至污泥濃縮池，壓濾后送入垃圾焚燒廠進行焚燒處理。處理工藝流程如圖 1所示。

圖 1 工藝流程

2 主要處理單元的設計參數(shù)

2.1 調(diào)節(jié)池
調(diào)節(jié)池是具有一定容積的水池，不同時間從垃圾倉來的滲濾液在調(diào)節(jié)池內(nèi)停留數(shù)天，池體內(nèi)設置攪拌機，充分混合，起到均衡水量、均化水質(zhì)、預酸化和防止廢水中固體雜質(zhì)沉積的作用。池體為半地下式鋼混結(jié)構(gòu)，尺寸為12.0 m×12.0 m×5.5 m，有效水深5.0 m，停留時間為2.4 d。

垃圾滲濾液處理設備選型活性炭過濾器

2.2 IC厭氧反應器
IC厭氧反應器屬第3代厭氧反應器，具有高效的厭氧生物降解作用，將高濃度有機物降解為甲烷和二氧化碳，產(chǎn)生的沼氣在反應器內(nèi)部形成內(nèi)循環(huán)，使廢水與微生物獲得良好的傳質(zhì)條件；反應器采用豎高的鋼筒結(jié)構(gòu)（內(nèi)壁玻璃鋼防腐），可以充分利用空間，減少占地面積；反應器進水采用切線布水，可有效防止反應器布水的堵塞和死角問題；增設外循環(huán)回流裝置，可使反應器內(nèi)水流保持較高的上升速度，提供良好的水力條件。厭氧反應器尺寸為8.0 m×25.0 m，有效容積為1 020 m3，水力停留時間3.4 d，COD容積負荷率17.0 kg/（m3·d），外循環(huán)罐尺寸為3.5 m×8.0 m，有效容積70 m3，停留時間5 h。反應器進水管道設置有流量計，反應器內(nèi)部設置溫度計和pH計，便于實時監(jiān)控厭氧反應器的運行狀況。

2.3 亞硝化-反硝化池
亞硝化-反硝化池屬于該系統(tǒng)的一級好氧池，采用短程硝化反硝化生物脫氮工藝，通過控制亞硝化-反硝化池內(nèi)的溶解氧濃度和水體溫度，實現(xiàn)氨氮降解為亞硝態(tài)氮，再轉(zhuǎn)化為氮氣的目的。溶解氧濃度通過風機變頻控制，溫度通過冷卻塔和板式換熱器控制，由于池體采用全封閉式結(jié)構(gòu)，不利于熱量的散失，風機曝氣產(chǎn)生的熱量、微生物降解產(chǎn)生的熱量和太陽照射池體傳遞的熱量將使好氧池內(nèi)廢水溫度不斷升高，甚至超過40 ℃以上，對好氧系統(tǒng)產(chǎn)生很大影響。通過冷卻塔和板式換熱器對池體內(nèi)部的廢水進行降溫處理，維持溫度在35 ℃以下。

池體采用半地下式鋼混結(jié)構(gòu)，亞硝化池尺寸為18.0 m×12.0 m×6.0 m，有效容積1 188 m3，水力停留時間3.96 d，污泥質(zhì)量濃度5 000 mg/L，污泥負荷0.13 kg/（kg·d）；反硝化池尺寸為10.0 m×8.0 m×6.0 m，有效容積440 m3，水力停留時間1.5 d。

2.4 A3/O3池
A3/O3池屬于該系統(tǒng)的二級好氧池，采用三級串聯(lián)AO對一級好氧處理后的廢水進行深度脫碳和除氮，廢水以推流方式運行，池體內(nèi)部設置氣提循環(huán)，控制缺氧好氧交替運行，利用兼氧菌和好氧菌實現(xiàn)同步硝化反硝化，在處理中低濃度有機廢水COD的同時，提高了脫氮效率。池體采用半地下式鋼混結(jié)構(gòu)，尺寸為20.0 m×14.0 m×5.0 m，有效容積為1 260 m3，水力停留時間4.2 d，其中反硝化池與硝化池的容積比為1∶4，硝化池的COD容積負荷率為0.29 kg/（m3·d），有機負荷為0.027 kg /（kg·d）。

3 工藝運行效果
IC厭氧反應器、亞硝化-反硝化池和A3/O3池是利用厭氧微生物、好氧微生物降解COD、氨氮的生物反應過程，這3個單元的優(yōu)化組合是整個工藝穩(wěn)定運行的關鍵。經(jīng)過1 a的運行，結(jié)果表明該工藝十分平穩(wěn)，各設計單元達到預期的處理效果，出水水質(zhì)均達到設計要求，處理效果如表 2、表 3所示。

3.1 IC厭氧反應器
IC厭氧反應器的接種污泥為晉江市某制藥廠廢水處理工程UASB反應器中的厭氧消化污泥，總接種量為300 t，污泥含水率為80%（經(jīng)帶式壓濾機脫水），接種的污泥中混合液揮發(fā)性懸浮固體（MLVSS）與混合液懸浮固體（MLSS）的比例為78%，具有較高的活性。

厭氧反應器負荷的提高根據(jù)COD去除率和揮發(fā)性脂肪酸（VFA）的量而定。厭氧反應器初始進水量為70 m3/d，起始COD負荷為3.43 kg/（m3·d），同時開啟蒸汽，經(jīng)換熱器加熱廢水，升溫過程中每天維持1～2 ℃的變化量，當COD去除率穩(wěn)定在80% 以上、VFA在2 000 mg/L以下時進一步提高水量，每次提高水量10 m3/d，增加的COD負荷約為0.5 kg/（m3·d），經(jīng)過60 d的運行厭氧反應器的水量增加至300 m3/d的設計量，進水COD容積負荷達到15 kg/（m3·d），出水COD＜5 000 mg/L，COD去除率穩(wěn)定在85 %以上。

反應器的產(chǎn)氣率隨溫度的升高逐漸增加（見圖 2），每階段提高負荷時沼氣產(chǎn)量會有所波動。溫度低于35 ℃時，每噸水平均產(chǎn)氣量為17.2 m3，沼氣產(chǎn)率為0.34 m3/kg，當溫度升高至35 ℃時沼氣產(chǎn)量增加，平均每噸水的產(chǎn)氣量為19.5 m3，沼氣產(chǎn)率為0.39 m3/kg，沼氣中甲烷含量高于65%。 

圖 2 進水量與沼氣量變化情況

3.2 亞硝化-反硝化池
亞硝化-反硝化池的接種污泥取自城市生活污水處理廠的好氧剩余污泥，污泥含水率85%。接種污泥中MLVSS與MLSS的比例為82%，接種污泥量20 t。亞硝化-反硝化主要是針對廢水中的高氨氮采取的工藝單元，可低耗高效地完成氨氮降解。運行過程中控制溶解氧＜1.0 mg/L，污泥質(zhì)量濃度5 000 mg/L，pH在7.5～8.5，溫度25～35 ℃，COD去除率可達62.2%，氨氮去除率可達61.7%。

運行過程中發(fā)現(xiàn)，低溶解氧條件對COD的去除沒有顯著影響。溫度對氨氮降解和COD去除的影響較大，當溫度＞35 ℃時，亞硝化池的出水氨氮和pH均呈現(xiàn)升高趨勢，pHzui高達到8.9；pH＞8.5后微生物活性降低，總氮和COD去除率明顯降低。溫度升高時，尤其是夏季溫度較高時需定時開啟冷卻塔控制溫度。

3.3 A3/O3池
A3/O3池的接種污泥同樣取自城市污水處理廠的好氧剩余污泥，接種污泥量20 t。經(jīng)IC反應器和亞硝化-反硝化過程處理后，A3/O3進一步硝化去除殘余氨氮，通過反硝化去除產(chǎn)生的亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮。運行過程控制缺氧區(qū)溶解氧＜0.5 mg/L，污泥質(zhì)量濃度2 000 mg/L，好氧區(qū)溶解氧1.5～2.5 mg/L，溫度25～35 ℃，COD去除率可達到61.8%，氨氮平均去除率可達到97.8%。

運行過程中發(fā)現(xiàn)，有機碳源經(jīng)過IC反應器和亞硝化-反硝化降解后，COD去除率高達96%，大部分有機碳源被降解。而A3/O3在反硝化過程中需要碳源，當碳源不足時反硝化將受到抑制，硝化過程產(chǎn)酸積累將導致pH降低（甚至低于6.5），同時抑制 COD的降解，出現(xiàn)惡性循環(huán)，影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，所以在系統(tǒng)運行過程中應根據(jù)pH變化情況及時補充無機碳源或利用厭氧反應器出水補充碳源。

4 經(jīng)濟性分析
天津大港第二垃圾焚燒廠垃圾滲濾液工程占地面積3 000 m2，安裝總功率392.65 kW，連續(xù)運行功率204.93 kW，總投資為2 000萬元，其中設備投資1 000萬元，土建投資1 000萬元。工藝運行電費10.66元/t，工業(yè)用水費用0.133元/t，PAC、PAM用量費用1.25元/t，人工及設備維修等其他費用4.85元/t，總共每噸水的處理費用為16.893元，運行費用清單見表 4～表 7。

5 結(jié)論
（1）IC-N/D-A3/O3工藝運行實踐表明，該工藝適于垃圾焚燒廠垃圾滲濾液的處理，具有較強的抗緩沖性和穩(wěn)定的處理能力，IC厭氧反應器的進水COD容積負荷可達到15 kg/（m3·d），COD去除率＞85%；亞硝化-反硝化池COD去除率可達到62.2%，氨氮去除率可達到61.7%；A3/O3池COD去除率可達到61.8%，氨氮平均去除率可達到97.8%。整個工藝的出水水質(zhì)達到《污水綜合排放標準》（GB 8978— 1997） 的三級標準要求，對COD、氨氮的去除率分別可達99.2%、99.6%。

（2）整個工藝的運行成本為16.893元/t，IC厭氧反應器產(chǎn)生的沼氣用于鍋爐燃燒，可節(jié)省大量能源。