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(nèi)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(fā)揮厭氧反應(yīng)的作用，去除有機污染物，有效去除氨氮，降低后續(xù)MBR系統(tǒng)的污染物負荷，節(jié)省能耗、降低運行成本，對整個行業(yè)節(jié)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(xiàn)狀及存在問題
1.1概述
隨著我國經(jīng)濟的日益發(fā)展，城市規(guī)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(jīng)建成或正在建設(shè)的生活垃圾焚燒廠達數(shù)百座以上。
生活垃圾焚燒廠運行過程中產(chǎn)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(fù)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(dāng)，會嚴重影響周圍的環(huán)境，垃圾滲濾液處理對垃圾焚燒廠的正常穩(wěn)定運行至關(guān)重要。
1.2垃圾焚燒廠滲濾液處理現(xiàn)狀
垃圾焚燒廠垃圾滲濾液經(jīng)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(zhí)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(zhí)行《污水綜合排放標準》的一級標準，也有要求執(zhí)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(dāng)?shù)丨h(huán)保部門要求，執(zhí)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(yīng)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(zhuǎn)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(yīng)進一步去除有機污染物COD，并通過硝化反硝化反應(yīng)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(yōu)勢難發(fā)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(zhuǎn)化為大量的沼氣、水以及少量的細胞物質(zhì)。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(xù)的好氧處理才能達到較好的出水水質(zhì)?？紤]到出水對總氮的要求，一般后續(xù)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(xù)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(xù)好氧處理對碳源需求的問題，厭氧處理（必要時可以設(shè)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(fā)揮出其應(yīng)有的優(yōu)勢。
1.3.2好氧處理部分能耗偏高
垃圾滲濾液經(jīng)過厭氧處理后進入膜生物反應(yīng)器時，其氨氮通常為2000～2500 mg/L，根據(jù)生物脫氮理論，在膜生物反應(yīng)器中脫氮時，應(yīng)保持C/N為6～8，以保證硝化、反硝化反應(yīng)的正常進行。由此可以看出，進入好氧處理的COD應(yīng)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(tǒng)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(tǒng)的鼓風(fēng)曝氣通常采用射流曝氣，膜分離采用外置式膜，還需要設(shè)置污水冷卻系統(tǒng)等，這些措施不同程度地增加系統(tǒng)的能耗，使?jié)B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(nèi)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(tǒng)進水COD濃度，使其維持在較高的水平，從而導(dǎo)致處理成本大幅增加。如前所述，導(dǎo)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(fā)揮厭氧處理的優(yōu)勢，另一方面也可以降低后續(xù)好氧處理的負荷，對降低運行成本、提高處理效率、穩(wěn)定達標排放具有重要意義。
目前常用的脫氮方式除傳統(tǒng)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(shù)上具有巨大的優(yōu)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(shù)單元的組合工藝，解決傳統(tǒng)處理技術(shù)存在運行能耗高、需要額外投加碳源、出水效果不穩(wěn)定等缺點，以應(yīng)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(yīng)器（兩級及以上），實現(xiàn)較高的氨化效率和COD去除率。一級厭氧反應(yīng)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(yīng)器污泥濃度、負荷較一級厭氧反應(yīng)器略低，進一步降低COD，實現(xiàn)去除率60%～75%，使其滿足后續(xù)膜生物反應(yīng)器的有利運行條件。當(dāng)進水COD濃度過高，兩級厭氧反應(yīng)器不能滿足COD處理要求時，可以采用三級厭氧反應(yīng)器串聯(lián)的方式。在實際應(yīng)用中，通常選擇厭氧生物濾池、UASB、IC、EGSB等厭氧反應(yīng)器，也可以選擇其他厭氧反應(yīng)器。
厭氧氨氧化反應(yīng)器依靠微生物的作用實現(xiàn)對氮的去除，包括厭氧氨氧化反應(yīng)、短程反硝化反應(yīng)等，其微生物主要包括厭氧氨氧化菌、自養(yǎng)型反硝化菌和異養(yǎng)型反硝化菌等；在不需要外加碳源的條件下，實現(xiàn)氨氮去除率大于85%，總氮去除率大于80%。厭氧氨氧化反應(yīng)器通過鼓風(fēng)機提供氧氣，用于亞硝化反應(yīng)的進行，如將氨氮氧化為亞硝氮等。
厭氧氨氧化反應(yīng)器的具體實施形式可以以活性污泥狀態(tài)、生物膜狀態(tài)實施，其池型可以是長方形的推流式結(jié)構(gòu)，也可以是溝道式結(jié)構(gòu)，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(fēng)機對池體中的供氧，創(chuàng)造厭氧氨氧化菌群的優(yōu)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(zhuǎn)化為氮氣，實現(xiàn)對總氮的去除。
MBR系統(tǒng)由缺氧池、好氧池和膜分離系統(tǒng)組成，通過兩級厭氧反應(yīng)器和厭氧氨氧化反應(yīng)器的處理后，使MBR系統(tǒng)進水中C/N達到合適比例，滿足系統(tǒng)脫氮的要求，同時去除水中剩余的COD、氨氮等，穩(wěn)定達到出水排放標準。MBR處理系統(tǒng)中的膜組件，采用內(nèi)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(yīng)器、二級厭氧反應(yīng)器、厭氧氨氧化反應(yīng)器、沉淀池、缺氧池、好氧池、膜組件和鼓風(fēng)機,見圖1。
（1）垃圾滲濾液首先進入一級厭氧反應(yīng)器，垃圾滲濾液在一級厭氧處理反應(yīng)器中水力停留時間為8～12 d，反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度為8～12 g/L，一級厭氧反應(yīng)器中污泥停留時間為25～40 d。
（2）一級厭氧反應(yīng)器出水進入二級厭氧反應(yīng)器，二級厭氧反應(yīng)器中水力停留時間為4～10 d，反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度為6～8 g/L，二級厭氧反應(yīng)器中污泥停留時間為18～35 d。
（3）二級厭氧反應(yīng)器出水進入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器中，厭氧氨氧化反應(yīng)器中的污泥濃度為3～10 g/L，厭氧氨氧化反應(yīng)器中污泥停留時間（SRT）為10～35 d，向厭氧氨氧化反應(yīng)器鼓入氧氣，使反應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(shè)置超濾膜進行固液分離，固液分離后的出水進入后續(xù)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(shù)優(yōu)勢
（1）系統(tǒng)運行穩(wěn)定。
組合工藝充分結(jié)合厭氧反應(yīng)器去除COD、厭氧氨氧化技術(shù)去除總氮、膜生物反應(yīng)器高效分離的優(yōu)勢，將多級厭氧反應(yīng)器、厭氧氨氧化技術(shù)、膜生物反應(yīng)器技術(shù)進行結(jié)合，具有不需外加碳源、脫氮效率高、系統(tǒng)運行穩(wěn)定、剩余污泥產(chǎn)量低等優(yōu)點。
（2）充分發(fā)揮厭氧處理的優(yōu)勢。
垃圾滲濾液處理系統(tǒng)通過設(shè)置多級厭氧反應(yīng)器，可以有效地降低垃圾滲濾液中的COD濃度，為后續(xù)的厭氧氨氧化單元創(chuàng)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(xiàn)污水資源化。
由于最大程度發(fā)揮厭氧反應(yīng)的作用，有機污染物在厭氧條件下充分降解，產(chǎn)生的沼氣作為有效的能源重復(fù)利用，可以充分實現(xiàn)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(tǒng)的氨氮、總氮，將后續(xù)膜生物反應(yīng)器的負荷降低至正常水平，可以充分地發(fā)揮出膜生物反應(yīng)器處理效率高、固液分離效果好、脫氮穩(wěn)定高效的優(yōu)點，使其出水穩(wěn)定達標。
（5）有效降低好氧處理的能耗。
利用厭氧反應(yīng)器去除COD、利用厭氧氨氧化技術(shù)進行脫氮，相比傳統(tǒng)工藝中好氧去除COD、硝化反硝化脫氮，極大地降低了鼓風(fēng)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(tǒng)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(nèi)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(shè)計一級硝化反硝化即可，不需要額外投加碳源，是一種穩(wěn)定可持續(xù)的生物處理技術(shù)。
4主要設(shè)計參數(shù)
厭氧處理的主要設(shè)計參數(shù)見表1，厭氧氨氧化的主要設(shè)計參數(shù)見表2，MBR的主要技術(shù)參數(shù)見表3。
5結(jié)論
（1）“厭氧+厭氧氨氧化+MBR”組合工藝可以充分發(fā)揮厭氧反應(yīng)的優(yōu)勢，利用厭氧反應(yīng)器最大限度去除有機污染物，同時可以充分實現(xiàn)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(xiàn)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(xù)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(wěn)定，能耗大幅降低。
本文摘自《給水排水》2016年第1期
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