生活垃圾焚燒廠滲濾液主要指堆放在貯坑內的垃圾在受到擠壓后排出的自身內含水及其酸性發酵產生的廢水〔1〕。有機組成復雜，濃度較高，用于焚燒的垃圾在儲坑內堆置3~7 d所產生的新鮮滲濾液，沒有經過長時間的厭氧發酵過程，其中仍含有大量的多環芳烴、酚類和苯胺類化合物等難降解有機物，COD可達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)+膜處理工藝進行處理 〔3, 4, 5〕。筆者公司研發部采用新型內循環厭氧(IC)—氣升式環流反應器(ALR)的工藝處理剛投入運行的焚燒垃圾廠的滲濾液，以期為后期現場中試及實際工程的應用提供技術參考。

　　1 實驗材料與方法

　　1.1 滲濾液水質及分析方法

　　滲濾液取自光大環保能源(常州)有限公司滲濾液處理站調節池內。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〕，揮發性有機酸(VFA)含量采用滴定法測定〔7〕。

　　1.2 試驗裝置及方法

　　IC反應器和ALR均由有機玻璃制作而成，具體結構如圖 1、圖 2所示。

　　IC反應器置于(35±2) ℃的恒溫水浴箱中，總有效容積為6 L(不計三相分離器內氣室的體積)，內徑90 mm，總高107 mm。IC反應器每天進水6 L。ALR有效容積為7.5 L。ALR內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，通過閥門調節空壓機曝氣量，使表層液面的DO保持在1.5～2.0 mg/L。采用間歇運行的蠕動泵(運行240 s，間歇1 560 s)將水樣打入ALR的底部，上部溢流出水。ALR通過時間繼電器控制為曝氣100 min，間歇20 min。保證蠕動泵進水時，ALR處于曝氣時間，避免在ALR間歇期進水，影響污泥的沉降。每周手動排泥1次，使反應器內的SV30維持在20%～30%。

 圖 1 IC反應器試驗裝置

 
圖 2 ALR試驗裝置

　　1.3 接種污泥

　　IC反應器接種污泥取自某檸檬酸廠IC反應器內的顆粒污泥，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，MLSS約4 g/L，接種量2.5 L。

　　2 IC反應器的啟動和運行

　　因為本實驗用的顆粒污泥已放置一段時間，活性不高，且滲濾液中含有許多難降解物質，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，進水中添加NaHCO3來補充堿度。待出水穩定后再加入滲濾液馴化微生物，保持進水量為6 L/d，每3~5 d提高1次進水濃度。IC反應器的運行分三階段進行，第1天—第23天為啟動期;第24天—第79天為負荷提升期;第80天—第89天為穩定運行期。

　　2.1 啟動期運行狀況

　　2.1.1 對COD的去除效果

　　前7 d為啤酒馴化期，IC反應器對有機物的去除較差，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的厭氧菌活性較差，且培養基質(啤酒)與檸檬酸廢水的水質存在一定的差異，而且種泥中吸附了很多檸檬酸廢水中的有機物，二次啟動處理其他廢水時，微生物一時難以適應，部分有機物釋放到廢水中，增加了出水COD。第4天—第7天，盡管將進水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93.7%，說明此時厭氧微生物的活性初步恢復，有機物降解速率加快。第8天停止加入啤酒，開始進用生活污水稀釋后的COD為1 500 mg/L的滲濾液，盡管進水基質由含營養豐富的啤酒變為難降解的滲濾液，但此時厭氧菌活性已初步恢復，可以降解較多的有機物，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反應器啟動順利完成。

　　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，且啟動期，出水pH一般低于進水pH，可能是因為垃圾焚燒廠滲濾液均呈酸性，且其中有機酸質量濃度較高(>5 g/L)，易被產酸菌降解而生成大量的VFA，降低反應體系的pH。馴化初期，由于產甲烷菌活性恢復較產酸菌慢，產酸菌優勢生長，此時出水VFA濃度很高，基本在5.0 mmol/L以上。隨著反應的進行，出水VFA逐漸下降并穩定在2 mmol/L以下。啟動后期，出水VFA基本穩定在3.5~4.5 mmol/L，并未隨進水COD的提高而明顯升高，可能原因是啟動期滲濾液的容積負荷很低，且負荷提升較慢，每次約提升0.5 kg/(m3·d)，反應器中有足夠的活性正逐步恢復的產甲烷菌來充分降解產酸菌產生及原水中的VFA，使出水中的VFA含量保持穩定。

　　2.2 負荷提升期和穩定期運行情況

　　2.2.1 對COD的去除效果

　　IC反應器負荷提升期和穩定期COD的去除情況見圖 3。

 圖 3 IC反應器負荷提升期和穩定期進出水COD及去除率變化曲線

　　負荷提升前8天(第24天—第32天)，IC反應器的COD去除率穩定在85%以上。此后，當進水COD提高到5 328 mg/L，出水COD陡升到1 058 mg/L，zui高達到1 681 mg/L，COD去除率急劇下降到70%左右，與此同時，出水VFA達到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內出現“輕微”酸化。原因有兩個：(1)第33天將進水負荷由4.00 kg/(m3·d)提高至5.33 kg/(m3·d)，負荷提升了33%，容積負荷提升過快。(2)焚燒滲濾液中高濃度的氨氮、鹽離子等物質會對甲烷菌產生一定抑制，而且試驗用滲濾液處于半水解酸化狀態，VFA高達5~7 g/L，故負荷提升過快后，受抑制的甲烷菌無法及時降解原水中和產酸菌產生的有機酸，導致出水COD及VFA急劇升高。厭氧反應器酸化后，可以采用投加新鮮顆粒污泥、降低進水COD、清水沖洗等方法進行酸化后的恢復〔7〕。由于本實驗酸化期僅為5d，且負荷不高，COD去除率仍達70%，所以對IC反應器僅采取降負荷的方式重啟反應器(同時加堿將進水pH調至7.5~8.0)。由圖 3可知，盡管大幅度降低負荷至3 kg/(m3·d)并穩定3 d，但出水COD仍高達900 mg/L以上。其后再次緩慢提高進水COD至5 220 mg/L時，出水COD逐步穩定在566~816 mg/L，COD去除率也恢復到86%左右，達到了酸化前的水平。當負荷提高到12 kg/(m3·d)，出水COD又一次出現了躍升。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%。為了進一步檢驗系統是否能承受這么大的負荷，又連續以相近的負荷運行5 d，雖然出水COD在一段波動后略有回落，但基本都在2 500 mg/L以上，COD去除率始終低于80%。此時出水VFA上升到12 mmol/L，但出水pH并未大幅度下滑，反應器并未酸化。這主要是因為IC反應器中污泥已經不能承受12.12 kg/(m3·d)的焚燒滲濾液負荷，負荷過高致使系統中大量的未*降解的有機物隨出水排出，導致出水COD快速升高。而且，滲濾液中抑制物質的濃度也可能隨著進水濃度升高而達到微生物所能承受的閾值。此時不宜再提高負荷，負荷提升期結束。

　　此后降低負荷至10.8 kg/(m3·d)，進入穩定運期，此階段共進行10 d。穩定初期(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終穩定在1 450 mg/L左右，COD平均去除率達86%，且波動很小。說明IC反應器能處理焚燒垃圾滲濾液，并能保持穩定運行。

　　2.2.2 pH及出水VFA濃度的變化

　　IC反應器負荷提升期和穩定期pH及VFA的變化見圖 4。

 圖 4 IC反應器負荷提升期和穩定期進出水pH及出水VFA變化曲線

　　負荷提升期，進水中濃度越來越高的有機氮在IC反應器內通過氨化作用轉化為氨氮，增加了系統的堿度，提高了出水pH。由圖 4可以看出，酸化前，出水pH與進水相當。酸化期由于產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，系統酸堿平衡重新恢復。此后，出水pH進一步升高。第50天開始，出水pH開始高于進水pH。在進水COD達12.2 kg/(m3·d)的極限負荷期，出水pH仍在6.5以上。降負荷進入穩定期后，出水pH穩定在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。當進水負荷提高至12 kg/(m3·d)時，出水VFA大幅度升高到12 mmol/L。隨后，隨著負荷的降低，出水VFA緩慢回落，zui終穩定在8.3~9.0 mmol/L。盡管出水VFA濃度很高，但反應器內pH在7.5以上。胡紀萃〔8〕認為，在pH為中性或偏堿性時，大部分VFA以離子態存在，而只有游離的VFA才會對甲烷菌產生抑制。所以，此時的VFA濃度(8.3~9.0 mmol/L)相對而言是無毒的，不會對IC反應器穩定運行產生不利影響。

　　3 ALR運行狀況

　　3.1 有機物去除分析

　　在IC反應器運行到第36天時，進行好氧實驗。在7.5 L的ALR中接種2.5 L 好氧污泥。實驗前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，初始進水量設定為5 L/d，運行結果如圖 5所示。

 圖 5 ALR進出水COD及去除率變化關系

　　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反應器的出水打入ALR內。由圖 5可知，當進水基質由含有糖類、酵母、蛋白質等物質的易降解啤酒水換成難降解的IC反應器出水時，ALR出水COD迅速升高到170.5 mg/L，其后3 d，出水COD持續升高到340.5 mg/L。而此期間ALR進水COD基本穩定在750~930 mg/L。原因可能有如下兩方面：(1)進水基質的變化。好氧微生物一時難以適應滲濾液的水質，其活性受到抑制，且經過厭氧處理后，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〔9〕。由于ALR前期用易于降解的啤酒進行馴化培養，微生物已經適應了吸收這些易降解物質作為其生長繁殖的營養源，生長旺盛。當將基質替換為滲濾液厭氧出水時，微生物會首先利用殘留的啤酒作為營養物。當啤酒消耗完后，微生物才會降解IC反應器出水，且同樣會優先降解其中的易降解物質(如碳水化合物、短鏈脂肪酸等)，zui后才會降解長鏈脂肪酸和芳香族化合物等難降解物質，這些未*降解的難降解有機物隨出水流出，使得出水COD迅速升高。隨著好氧微生物活性的增強及對滲濾液水質的逐步適應，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，并未出現陡升現象，說明ALR具有良好的抗沖擊負荷能力，這是因為ALR*的流態強化了傳質作用。ALR間歇進水時整體上呈推流，但反應器內部呈環流狀態，泥水沿導流筒內外確定的方向高速循環流動，使得有機物能與微生物在相當長的時間內進行充分的接觸反應，也提高了其降解COD的效率。第66天、第67天，由于進水COD持續升高，出水COD也分別上升到610.5、545.6 mg/L，超過500 mg/L的排放標準〔10〕。其后決定通過將進水量由5 L/d降至3 L/d的方式來降低容積負荷。隨著每日進入ALR中有機物量的降低，第70天，出水COD緩慢下降到328 mg/L。此后系統出現沖擊負荷，第71天，ALR進水COD急劇上升到2 148 mg/L，此后持續上升，第71天—第80天，進水COD基本在2 500~4 300 mg/L波動。第71天—第73天，ALR出水COD穩定在400 mg/L左右，并未隨著進水COD的大幅度升高而升高，COD去除率穩定在80%以上。隨著滲濾液中的有毒有害物質逐漸在ALR中積累，好氧微生物受到的抑制作用愈發明顯，出水COD升高到550~700 mg/L，且液面出現大量白色泡沫。說明此時ALR可能已經處于超負荷運行狀態。第80天—第89天，IC反應器進入穩定期，ALR進水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%。說明在沖擊負荷消失后，ALR能迅速恢復穩定的運行狀態。

　　3.2 氨氮去除分析

　　在IC運行第50天時，開始進行ALR反應器對氨氮的去除效果研究，實驗結果見圖 6

 圖 6 ALR進出水氨氮及去除率變化關系

　　由圖 6可知，第50天—第53天，氨氮去除率較低(在85%以下)。這可能是因為此階段ALR中污泥以異氧菌為主，硝化菌還沒有培養成熟，異氧菌消耗了大量的DO來充分降解有機物(此階段出水COD較低，在250 mg/L以下)，位于絮體內部的硝化菌因為得不到足夠的DO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，進水氨氮負荷由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，由于進水量降至3 L/d，氨氮負荷也降至200g/(m3·d)以下，氨氮去除率隨著氨氮負荷的降低而上升，即使到了極限負荷期(第71天—第79天)，進水氨氮質量濃度達到480~800 mg/L，但由于HRT的延長，硝化菌在適宜的生長環境中有足夠的時間來充分降解進水中的高濃度氨氮，出水中氨氮質量濃度僅有2天超過45 mg/L的排放標準〔10〕。第80天—第89天，IC進入穩定期，ALR進水氨氮質量濃度在350~500 mg/L波動，出水氨氮質量濃度基本低于35 mg/L，氨氮去除率在91%左右。由此可見，ALR在穩定運行期對IC反應器出水中的高濃度COD和NH4+-N具有較高的去除率，且波動很小，這是ALR的一大優勢所在。

　　4 結論

　　(1)在中溫條件下，利用IC反應器處理生活垃圾焚燒廠滲濾液，當進水有機容積負荷為10.8kg/(m3·d)時，COD去除率可達到86%，出水pH在7.52~8.04，出水VFA在8.3~9.0 mmol/L波動。

　　(2)IC反應器由于負荷提高過快發生“輕微”酸化后，通過在進水中補充堿度和降低進水負荷的方式重啟酸化反應器，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能夠達到《污水排入城市下水道水質標準》(CJ 343—2010)B等級規定。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物和氨氮，并能保持穩定運行。