垃圾渗滤液是一种高浓度有机废水，水质水量波动大，且含有大量萘、菲等非氯化芳香族化合物等难降解物质以及氨氮和一些有毒物质，处理十分困难，尤其是其中含有的一些重金属离子和有机物，可以长时间在环境中存在，造成的危害大且范围广。垃圾渗滤液若不能得到妥当的处理，对居民身体健康和生态环境安全都会造成巨大危害，因此，对垃圾渗滤液的妥善和有效处理成为污水处理的一个重要课题。
1.1 研究背景与意义
垃圾渗滤液的污染不仅关系到地下水、土壤，甚至会随土壤转移至作物中，其高浓度的有机物、氨氮、SS 和重金属都会对周围的环境造成巨大危害，且污染面积和范围都极其大。因此对渗滤液的处理不仅是一个环境问题，还关系着社会和国计民生[1]。对垃圾渗滤液的无害化处理是废水处理的一个世界性的难题，众多的学者都在探索一种既高效又经济的处理方法。随着我国的不断发展进步，城市生活垃圾产生量持续增加，2016 年我国城市生活垃圾清运量已达到 2 亿吨。目前主要的垃圾处理方式仍然是填埋处理，全国垃圾填埋场达 1900 多座，填埋处理的垃圾约占垃圾总量的 60%。垃圾的填埋处理具有处理量大且方式简单等优点，但易造成二次污染，特别是垃圾中的一些有毒物质经发酵腐烂后，所产生的废水渗透到地下，对水资源造成严重污染，并且填埋场占用土地面积大，造成土地资源的浪费，填埋过程中产生大量有害气体还会污染大气。在此背景下，城市生活垃圾的焚烧处理成为一种新趋势，城市生活垃圾经焚烧处理后可减容约 90%，减重约 80%，且焚烧过程中产生的热量可用于焚烧发电或回收利用，满足我国资源化、无害化和减量化的发展要求，符合我国的可持续发展理念。截止 2016 年，全国已建成运行的垃圾焚烧发电厂大约 300 座，数量是 2006 年的 5 倍。目前我国焚烧处理的垃圾比例占垃圾清运量的 35%。垃圾焚烧处理技术更适合我国土地紧缺和人口密度高的城市现状，“十三五”规划也在大力推进城市生活垃圾焚烧厂的建设。但生活垃圾焚烧厂也面临与生活垃圾填埋场同样的垃圾渗滤液的有效处理问题。
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1.2 垃圾渗滤液来源及特性
生活垃圾在焚烧前需要堆酵 3~7 天，以沥除水分并使垃圾熟化，提高垃圾的热值。在此过程中所产生的水分即为焚烧厂垃圾渗滤液[4]。垃圾渗滤液主要包括垃圾中所含水分以及堆酵过程中垃圾发酵所产生的水。经过分类的生活垃圾所产生的垃圾渗滤液危害性低，所含有害物质少。发达国家生活垃圾一般经过分类，因此垃圾含水率和热值较低，渗滤液产生量较小，而我国绝大部分生活垃圾仍采用混合收集的方式，且生活习惯导致我国生活垃圾中厨余垃圾较多，含水率高，垃圾渗滤液液产生量较大，且成分复杂、污染物浓度较高、处理难度大。表 1.2 显示了我国几个生活垃圾焚烧厂渗滤液的水质特征。焚烧厂垃圾渗滤液具有以下特点[4]：（1）有机污染物成分复杂且浓度极高，渗滤液中含有上百种有机物，且 COD和 BOD5 浓度均高达数万 mg/L，为高浓度有机废水。但垃圾焚烧厂渗滤液具有较好的可生化性（B/C＞0.3），且挥发性脂肪酸（VFA）含量较高，易于生物降解，适用于以生物法进行处理。但极高浓度的有机污染物可能会对生物降解过程造成抑制作用，使处理难度增加。（2）氨氮含量高。垃圾焚烧厂渗滤液中有大量含氮化合物，其中不仅含有大量氨氮，还有大量有机氮。（3）盐分高。垃焚烧厂渗滤液中盐分极高，Cl-浓度可达数千 mg/L，高浓度的 Cl-会对微生物造成抑制。
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2 试验材料与方法
2.1 垃圾渗滤液水质特征
本试验所用垃圾渗滤液取自开封某生活垃圾卫生焚烧场，废水中有机物浓度较高且种类多，氨氮含量高，钙镁含量高，色度高，呈现为黑色且伴有恶臭味，SS 含量高。垃圾渗滤液原水具体水质指标如下表 2.1 所示。
2.2 试验装置
垃圾渗滤液普遍具有有机污染物浓度高，SS 含量高，氨氮含量高，钙镁含量高等特点，以多级厌氧理论为基础，实验室以两级 UASB 反应器对垃圾渗滤液进行处理，通过对试验运行过程中各项参数的控制，考察两级 UASB 反应器对垃圾渗滤液的处理效果，为两级厌氧技术处理垃圾渗滤液的实际应用提供技术支持和理论依据。具体试验装置图如图 2.1 所示，试验装置实物图如图 2.2 所示。进水经蠕动泵由进水池首先进入一级厌氧反应器，一级反应器出水流入中间水池，再经蠕动泵进入二级反应器中。一级二级厌氧反应器为参数完全相同的 UASB 反应器。UASB 反应器顶部设置简单的三相分离装置，实现气、水和泥的分离；反应器设置外部回流，回流管设置于三相分离器上面，利用循环泵将反应器内上部的液体与进水混合，再次进入反应器，促进水和泥的完全接触混合；反应器底部设布水系统，以创造反应器内部良好的水力条件。本试验所采用的 UASB 厌氧反应器材质为有机玻璃，反应器的内部直径为 100mm，高度为 600mm，有效容积为 4.5L；反应器外部设置水浴保温层，保温层可利用管道与恒温水浴锅连接，通过调节水浴锅温度实现对反应器内部温度的控制，本试验中控制反应器内部温度为 35±2℃。
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3 两级厌氧系统处理垃圾渗滤液的试验结果分析.....25
3.1 厌氧摇瓶试验........ 25
3.1.1 试验过程..........25
3.1.1 试验结果..........25
3.2 两级厌氧系统处理垃圾渗滤液的试验研究......... 28
3.2.1 试验过程..........28
3.2.2 两级厌氧系统对 COD 的去除效果........30
3.3 本章小结......... 44
4 两级厌氧反应器颗粒污泥特性分析及酸化过程分析..........46
4.1 颗粒污泥特性分析....... 46
4.2 酸化过程分析........ 52
4.3 本章小结......... 55
5 结论与建议.....56
5.1 结论.......... 56
5.2 建议.......... 57
4 两级厌氧反应器颗粒污泥特性分析及酸化过程分析
4.1 颗粒污泥特性分析
在试验开始前对两级 UASB 反应器各反应器内接种的厌氧颗粒污泥留样，试验第 109 天，从两级反应器中分别取出少量颗粒污泥，颗粒污泥外观变化情况如图 4.1、4.2 所示。在试验第 1d，第 7d，第 60d，第 78d，第 109d 分别取两级 UASB 反应器内颗粒污泥留样，测定污泥中的钙镁合量，结果如图 4.3 和 4.4 所示。两级 UASB反应器污泥中的钙镁含量均较接种污泥有大幅增加。其中，一级反应器颗粒污泥中的钙含量由 3.987mg/g SS 升高至 101.511mg/g SS，镁含量由 0.745mg/g SS 升高到 8.094mg/g SS；二级反应器颗粒污泥中的钙含量由 3.318mg/g SS 升高至38.193mg/g SS，镁含量由 0.851mg/g SS 升高到 3.702mg/g SS。颗粒污泥中钙镁含量的增加情况与垃圾渗滤液经两级 UASB 处理后出水钙镁含量的降低情况一致，大部分的钙镁在一级反应器中沉积在颗粒污泥中，二级反应器污泥中的钙镁含量比一级反应器低得多，这个结果在试验过程中也得到了验证。运行一段时间后，一级反应器中颗粒污泥外观明显粗糙，硬度增加，二级反应器颗粒污泥外观变化不明显。
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结论
本课题以城市生活垃圾焚烧厂垃圾渗滤液为研究对象。垃圾渗滤液具有有机污染物含量高，种类复杂，氨氮含量高，金属离子含量高，营养比例失衡等特点，在生物法处理过程中，渗滤液中的部分有毒有害物质和高浓度的氨氮对微生物有抑制作用。传统厌氧工艺处理垃圾渗滤液时负荷较低，进水浓度低。本课题以分级厌氧理论为基础，在中温条件下，采用两级 UASB 反应器处理垃圾渗滤液，对其处理效果进行讨论；并分析了反应器内颗粒污泥钙化情况和的酸化过程，得出了如下结论：
（1）以垃圾渗滤液原水和稀释 5 倍的垃圾渗滤液分别做厌氧摇瓶试验，垃圾渗滤液原水摇瓶的 COD 去除率为 15%，稀释 5 倍的垃圾渗滤液 COD 去除率约为 84.85%。
（2）两级 UASB 反应器具有良好的有机物去除能力，其中，一级反应器处理了大部分的有机物，二级反应器对反应器整体去除率的稳定提高起重要作用。在一级反应器容积负荷为 8.78~15kg COD/(m3·d)，二级反应器容积负荷为2.11~4.64kg COD/(m3·d)，，进水 COD 浓度为 8946~57853mg/L 时，两级 UASB反应器对 COD 的整体去除效率为 90.3~96.2%，其中，一级反应器 COD 去除率为 55.2~88.7%，二级反应器 COD 去除率为 46.2~87.5%。
（3）两级 UASB 反应器对挥发酸有良好的去除效果，稳定运行时期出水VFA 可稳定低于保持在 7mmol/L。试验过程中无需外加碱度，出水 p H 可保持在7.2~8.6。但两级 UASB 反应器对氨氮几乎没有去除效果。
（4）经两级 UASB 反应器处理后，钙镁合量可由进水的 80mmol/L 降低至15mmol/L 以下，大部分的钙镁离子沉淀累积在一级反应器中。试验进行第 109天时，一级反应器颗粒污泥中的钙镁合量由 4.732mg/g SS 升高至 109.605mg/g SS，颗粒污泥产甲烷活性较第 78 天颗粒污泥产甲烷活性略有降低；二级反应器颗粒污泥中的钙镁合量由 4.169mg/g SS 升高至 41.895mg/g SS，颗粒污泥产甲烷活性较第 78 天颗粒污泥产甲烷活性基本不变。在试验周期内，颗粒污泥中钙镁离子的累积对颗粒污泥活性尚未造成较大影响。
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参考
