摘要：生活垃圾焚燒廠垃圾滲濾液有機污染物濃度高、氨氮濃度高，是典型的難處理的高濃度有機廢水，目前國內大多采用“厭氧+MBR”的生物處理工藝，處理難度大、能耗高。
采用“厭氧+厭氧氨氧化+MBR”處理工藝，可以最大限度地發揮厭氧反應的作用，去除有機污染物，有效去除氨氮，降低后續MBR系統的污染物負荷，節省能耗、降低運行成本，對整個行業節能減排、滲濾液處理達標排放具有重要意義。
1垃圾焚燒廠滲濾液處理現狀及存在問題
1.1概述
隨著我國經濟的日益發展，城市規模不斷擴大，城市用地日趨緊張，生活垃圾填埋處置方式由于占地面積大等原因而遭到棄用，取而代之的是垃圾焚燒處理，目前我國已經建成或正在建設的生活垃圾焚燒廠達數百座以上。
生活垃圾焚燒廠運行過程中產生的污染物主要有垃圾滲濾液和惡臭氣體，垃圾滲濾液具有污染成分復雜、污染物濃度高、污染物種類多等特點，其COD通常為20000～80000 mg/L，氨氮為1000～2500 mg/L。垃圾滲濾液如果處置不當，會嚴重影響周圍的環境，垃圾滲濾液處理對垃圾焚燒廠的正常穩定運行至關重要。
1.2垃圾焚燒廠滲濾液處理現狀
垃圾焚燒廠垃圾滲濾液經過處理后一般有如下幾種處置方式：第一，排入城市污水處理廠，執行《污水綜合排放標準》（GB 89748-1996）的三級標準；第二，排入自然水體，執行《污水綜合排放標準》的一級標準，也有要求執行《生活垃圾填埋場污染控制標準》表2或表3標準；第三，按照當地環保部門要求，執行污水 “零排放”要求，污水處理后回用，不許外排。
目前常用的垃圾滲濾液處理工藝是“生物處理+深度處理”，生物處理包括厭氧處理和好氧處理，而深度處理一般采用膜分離方式或催化氧化處理方式。厭氧+MBR工藝中，厭氧反應器的目的是大幅去除有機污染物，其出水COD值可達4000～6000 mg/L，并將有機氮轉化為氨氮；MBR由缺氧池、好氧池和超濾膜組成，通過碳氧化反應進一步去除有機污染物COD，并通過硝化反硝化反應去除總氮。
1.3垃圾焚燒廠滲濾液處理存在問題
1.3.1厭氧處理的優勢難發揮
厭氧生物處理的原理是利用厭氧微生物的代謝過程，在不需要氧氣的條件下將有機污染物轉化為大量的沼氣、水以及少量的細胞物質。由于厭氧處理能耗低，特別適合于高濃度的垃圾滲濾液處理。
厭氧處理雖然去除有機物的絕對量與進液濃度高，但其出水COD濃度高于好氧處理，原則上仍需后續的好氧處理才能達到較好的出水水質?？紤]到出水對總氮的要求，一般后續好氧處理常采用具有硝化反硝化功能的好氧處理工藝，而垃圾滲濾液氨氮含量較高，厭氧處理對氨氮無去除作用，因此進入好氧處理階段的氨氮含量也較高。
雖然厭氧處理對COD可以達到較高的去除率，但考慮到后續好氧處理脫氮過程中對碳源的需求，在實際運行中往往控制其出水COD維持較高的值。如垃圾滲濾液原液COD高達40000～80000 mg/L，氨氮2000 mg/L，如果不考慮后續好氧處理對碳源需求的問題，厭氧處理（必要時可以設置二級厭氧）出水COD可達3 000～4000 mg/L，但實際運行中，必須控制厭氧處理出水COD在10 000～15000 mg/L，由此可見，厭氧處理并未發揮出其應有的優勢。
1.3.2好氧處理部分能耗偏高
垃圾滲濾液經過厭氧處理后進入膜生物反應器時，其氨氮通常為2000～2500 mg/L，根據生物脫氮理論，在膜生物反應器中脫氮時，應保持C/N為6～8，以保證硝化、反硝化反應的正常進行。由此可以看出，進入好氧處理的COD應維持在12000～15000 mg/L，如此高的COD需要由好氧生化處理去除掉，相比于厭氧處理，勢必會大幅增加處理系統的能耗。
另外，由于進水氨氮濃度較高，為保證良好的脫氮效果，缺氧、好氧脫氮工藝需要較高的回流比，進一步增加了運行成本。
1.3.3滲濾液處理總運行成本偏高
受進水濃度高的影響，好氧處理系統的鼓風曝氣通常采用射流曝氣，膜分離采用外置式膜，還需要設置污水冷卻系統等，這些措施不同程度地增加系統的能耗，使滲濾液處理總成本大幅增加。
2二級厭氧+厭氧氨氧化+MBR組合工藝
2.1組合工藝內容
由于垃圾滲濾液氨氮濃度高，為保證脫氮效果，實際運行中通?？刂坪醚跆幚硐到y進水COD濃度，使其維持在較高的水平，從而導致處理成本大幅增加。如前所述，導致運行成本增加的主要原因是進水氨氮濃度高，如果能在進入好氧處理之前有效去除氨氮，一方面可以充分發揮厭氧處理的優勢，另一方面也可以降低后續好氧處理的負荷，對降低運行成本、提高處理效率、穩定達標排放具有重要意義。
目前常用的脫氮方式除傳統的硝化反硝化脫氮工藝外，還有氨吹脫和厭氧氨氧化工藝等，由于焚燒廠垃圾滲濾液COD極高，氨吹脫工藝基本無法正常運行。厭氧氨氧化工藝的原理是厭氧氨氧化菌在厭氧條件下，以亞硝酸鹽為電子受體將氨氮直接氧化成氮氣，該工藝不需補充新鮮碳源，尤其適用于高氨氮、碳源不足的污水處理工程。
厭氧氨氧化工藝對氨氮具有良好的去除效果，但無法去除滲濾液中的有機污染物，而且該工藝要求進水COD濃度越低越好。針對焚燒廠垃圾滲濾液的特點，采用厭氧+厭氧氨氧化+MBR組合處理工藝是可行的，不但能取得良好的處理效果，而且在技術上具有巨大的優勢。
2.2工藝原理
利用二級（多級）厭氧、厭氧氨氧化和MBR等技術單元的組合工藝，解決傳統處理技術存在運行能耗高、需要額外投加碳源、出水效果不穩定等缺點，以應用于垃圾焚燒廠垃圾滲濾液的處理。
厭氧處理采用多級厭氧反應器（兩級及以上），實現較高的氨化效率和COD去除率。一級厭氧反應器維持較高的污泥濃度，在高負荷條件下運行，將進水中的COD降低70%～85%；二級厭氧反應器污泥濃度、負荷較一級厭氧反應器略低，進一步降低COD，實現去除率60%～75%，使其滿足后續膜生物反應器的有利運行條件。當進水COD濃度過高，兩級厭氧反應器不能滿足COD處理要求時，可以采用三級厭氧反應器串聯的方式。在實際應用中，通常選擇厭氧生物濾池、UASB、IC、EGSB等厭氧反應器，也可以選擇其他厭氧反應器。
厭氧氨氧化反應器依靠微生物的作用實現對氮的去除，包括厭氧氨氧化反應、短程反硝化反應等，其微生物主要包括厭氧氨氧化菌、自養型反硝化菌和異養型反硝化菌等；在不需要外加碳源的條件下，實現氨氮去除率大于85%，總氮去除率大于80%。厭氧氨氧化反應器通過鼓風機提供氧氣，用于亞硝化反應的進行，如將氨氮氧化為亞硝氮等。
厭氧氨氧化反應器的具體實施形式可以以活性污泥狀態、生物膜狀態實施，其池型可以是長方形的推流式結構，也可以是溝道式結構，或可以采用同時進出水的潷水器形式。厭氧氨氧化池采用主要控制溶解氧，參考控制氧化還原電位（ORP）的運行方式，限制鼓風機對池體中的供氧，創造厭氧氨氧化菌群的優勢生長條件，使亞硝化細菌可以將部分氨氮氧化為亞硝氮，亞硝氮又與其他氨氮在厭氧氨氧化細菌的作用下轉化為氮氣，實現對總氮的去除。
MBR系統由缺氧池、好氧池和膜分離系統組成，通過兩級厭氧反應器和厭氧氨氧化反應器的處理后，使MBR系統進水中C/N達到合適比例，滿足系統脫氮的要求，同時去除水中剩余的COD、氨氮等，穩定達到出水排放標準。MBR處理系統中的膜組件，采用內置式超濾膜。
2.3工藝流程說明
厭氧+厭氧氨氧化+MBR組合工藝包括：一級厭氧反應器、二級厭氧反應器、厭氧氨氧化反應器、沉淀池、缺氧池、好氧池、膜組件和鼓風機,見圖1。
（1）垃圾滲濾液首先進入一級厭氧反應器，垃圾滲濾液在一級厭氧處理反應器中水力停留時間為8～12 d，反應器內污泥濃度為8～12 g/L，一級厭氧反應器中污泥停留時間為25～40 d。
（2）一級厭氧反應器出水進入二級厭氧反應器，二級厭氧反應器中水力停留時間為4～10 d，反應器內污泥濃度為6～8 g/L，二級厭氧反應器中污泥停留時間為18～35 d。
（3）二級厭氧反應器出水進入厭氧氨氧化反應器中，厭氧氨氧化反應器中的污泥濃度為3～10 g/L，厭氧氨氧化反應器中污泥停留時間（SRT）為10～35 d，向厭氧氨氧化反應器鼓入氧氣，使反應器中的溶解氧（DO）保持在0.1～0.5 mg/L，氧化還原電位（ORP）控制在-200～50 mV。
（4）厭氧氨氧化反應器出水進入沉淀池進行固液分離，沉淀池水力停留時間為1.5~2.5 h，沉淀池污泥回流至厭氧氨氧化反應器中。
（5）沉淀池出水進入缺氧池，缺氧池中水力停留時間為0.5~1 h，缺氧池中的溶解氧（DO）控制在0.2～1.0 mg/L，污泥濃度為3～4.5 g/L。
（6）缺氧池出水進入好氧池，好氧池中停留時間為10~24 h，向好氧池中鼓入氧氣，使好氧池中的DO維持在2.5～4.0 mg/L，污泥濃度為3～5 g/L，好氧池末端混合液回流到缺氧池，回流比為200%~400%，在好氧池末端或后部設置超濾膜進行固液分離，固液分離后的出水進入后續深度處理工藝進行處理。
3二級厭氧+厭氧氨氧化+MBR組合工藝的技術優勢
（1）系統運行穩定。
組合工藝充分結合厭氧反應器去除COD、厭氧氨氧化技術去除總氮、膜生物反應器高效分離的優勢，將多級厭氧反應器、厭氧氨氧化技術、膜生物反應器技術進行結合，具有不需外加碳源、脫氮效率高、系統運行穩定、剩余污泥產量低等優點。
（2）充分發揮厭氧處理的優勢。
垃圾滲濾液處理系統通過設置多級厭氧反應器，可以有效地降低垃圾滲濾液中的COD濃度，為后續的厭氧氨氧化單元創造有利進水條件。由于整個厭氧處理過程不需要供氧，因此能源消耗非常低，可以有效降低處理成本，同時也可減少很多操作上的維修問題。
（3）充分實現污水資源化。
由于最大程度發揮厭氧反應的作用，有機污染物在厭氧條件下充分降解，產生的沼氣作為有效的能源重復利用，可以充分實現有機污染物的資源化利用。
（4）良好的脫氮效果。
厭氧氨氧化單元可以大幅去除系統的氨氮、總氮，將后續膜生物反應器的負荷降低至正常水平，可以充分地發揮出膜生物反應器處理效率高、固液分離效果好、脫氮穩定高效的優點，使其出水穩定達標。
（5）有效降低好氧處理的能耗。
利用厭氧反應器去除COD、利用厭氧氨氧化技術進行脫氮，相比傳統工藝中好氧去除COD、硝化反硝化脫氮，極大地降低了鼓風曝氣、混合液回流等能耗，總體電耗降低50%～60%。
（6）不需外加碳源。對于傳統的硝化反硝化脫氮工藝，為保證脫氮效果，通常采用二級硝化反硝化，需要在二級反硝化池內投加碳源。厭氧+厭氧氨氧化+MBR組合工藝采用厭氧氨氧化，大幅去除氨氮，只需設計一級硝化反硝化即可，不需要額外投加碳源，是一種穩定可持續的生物處理技術。
4主要設計參數
厭氧處理的主要設計參數見表1，厭氧氨氧化的主要設計參數見表2，MBR的主要技術參數見表3。
5結論
（1）“厭氧+厭氧氨氧化+MBR”組合工藝可以充分發揮厭氧反應的優勢，利用厭氧反應器最大限度去除有機污染物，同時可以充分實現污水資源化。
（2）厭氧氨氧化工藝在不需碳源、低溶解氧的條件下實現對氨氮和總氮的去除，不但可以降低運行成本，同時降低后續處理的氨氮負荷。
（3）MBR工藝進水COD和氨氮大幅降低，使好氧處理效果更趨穩定，能耗大幅降低。
本文摘自《給水排水》2016年第1期
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