我國(guó)的生活垃圾尚未實(shí)現(xiàn)分類(lèi)收集，較多的廚余物導(dǎo)致垃圾含水率較高，因此垃圾在送入焚燒爐前需要在垃圾貯坑中堆酵3~7 d 以瀝出水分、提高熱值〔1- 2〕。堆酵過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量垃圾瀝濾液，其成分復(fù)雜、毒性大，有機(jī)污染物極高（COD 30 000~ 80 000 mg/L），還含有高濃度的氨氮（NH4+-N 300~ 1 800 mg/L），必須進(jìn)行適當(dāng)處理，否則會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染〔3, 4〕。發(fā)達(dá)國(guó)家一般采用垃圾瀝濾液回噴焚燒爐燃燒的方式處理，但是我國(guó)垃圾含水率高，瀝濾液產(chǎn)量大，因此該種處理方式在國(guó)內(nèi)并不適用〔5〕。目前我國(guó)尚無(wú)一種成熟的經(jīng)濟(jì)有效的垃圾瀝濾液處理工藝，很多垃圾焚燒廠(chǎng)都采取將滲濾液送往城市污水廠(chǎng)合并處理的方式，成本高達(dá)80~100 元/t，且可能會(huì)對(duì)污水廠(chǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成沖擊。

前期研究發(fā)現(xiàn)，垃圾瀝濾液可生化性良好（B/C>0.3），經(jīng)厭氧生物處理可去除80%以上的 COD，而NH4+-N 卻往往因?yàn)橛袡C(jī)氮的降解而升高至 1 000 mg/L 以上〔6〕。因此，垃圾瀝濾液經(jīng)厭氧生物處理后必須進(jìn)行脫氮處理。然而由于垃圾瀝濾液水質(zhì)復(fù)雜、有機(jī)物和NH4+-N 濃度高，因此傳統(tǒng)的活性污泥法處理效果不理想〔7〕。移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器（MBBR）是在生物接觸氧化法和生物流化床基礎(chǔ)上研發(fā)的，具有水頭損失小、不堵塞、無(wú)需污泥回流和反沖洗等優(yōu)點(diǎn)，除碳和脫氮效果良好〔8〕。Sheng Chen 等〔9〕采用厭氧—好氧MBBR 工藝處理垃圾填埋場(chǎng)滲濾液，當(dāng)OLR 為4.08 kg/（m3·d），好氧MBBR 中的 HRT>1.25 d 時(shí)，系統(tǒng)對(duì)COD 和NH4+-N 的總?cè)コ�率分別達(dá)到94%和97%以上，且具有很強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷性能。膜生物反應(yīng)器（MBR）將傳統(tǒng)的生物處理工藝與膜分離技術(shù)結(jié)合，通過(guò)膜對(duì)微生物的截留作用延長(zhǎng)了污泥齡，有利于增殖緩慢的硝化菌的生長(zhǎng)富集，提高硝化效率。鑒于MBBR 和MBR 工藝具有上述優(yōu)勢(shì)，并考慮到采用前置反硝化工藝可以有效利用厭氧處理出水中剩余的有機(jī)碳源，筆者采用缺氧/ 兩級(jí)好氧MBBR—MBR 組合工藝對(duì)垃圾焚燒廠(chǎng)瀝濾液厭氧出水進(jìn)行處理，考察該工藝的運(yùn)行效能，為垃圾瀝濾液處理工藝的選擇提供新的依據(jù)。

1 材料和方法
 
1.1 實(shí)驗(yàn)裝置和工藝流程
 
缺氧/兩級(jí)好氧MBBR—MBR 組合工藝流程如 圖 1 所示。MBBR 和MBR 反應(yīng)器均為圓柱形，材質(zhì)為有機(jī)玻璃。3 個(gè)MBBR 反應(yīng)器的有效容積均為 2 L，高徑比3∶1，填料的表觀(guān)填充比為50%。所用填料為帶有支架的空心圓柱體（D 10 mm×12 mm），材質(zhì)為混有無(wú)機(jī)活性粒子的聚乙烯塑料（密度0.97~ 0.99 g/cm3）。MBR 反應(yīng)器的有效容積為0.8 L，中空纖維超濾膜組件為自制，其中的膜絲購(gòu)自海南立升凈水科技實(shí)業(yè)有限公司，材質(zhì)為聚偏氟乙烯（PVDF），膜孔徑0.02 μm，膜絲的內(nèi)外徑分別為1、 1.8 mm，總膜面積0.055 m2。MBR 為間歇出水（抽吸 7 min，停3 min）。缺氧MBBR（AMBBR）配置攪拌器，而一級(jí)好氧MBBR （MBBR1）、二級(jí)好氧MBBR （MBBR2）、MBR 底部均設(shè)砂芯曝氣頭，由氣泵曝氣供給微生物所需要的溶解氧，曝氣量由氣體流量計(jì)控制。

圖 1 組合工藝流程 

該組合工藝共設(shè)置2 條硝化液回流管路，包括 MBR 出水回流和MBBR2 內(nèi)硝化液回流。

1.2 實(shí)驗(yàn)用水水質(zhì)
 
實(shí)驗(yàn)所用垃圾瀝濾液取自北京市某垃圾焚燒廠(chǎng)的垃圾貯坑，取回后于4 ℃保存，1~2 個(gè)月取一次水樣。采用實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)定運(yùn)行的EGSB 厭氧反應(yīng)器對(duì)取回的垃圾瀝濾液進(jìn)行處理，以其出水作為處理對(duì)象。實(shí)驗(yàn)期間，EGSB 出水pH 為7.9~8.5，堿度為7 000~ 10 000 mg/L，COD 為6 000 ~12 000 mg/L，NH4+-N、 TN 分別為1 500~1 800、1 800~2 200 mg/L，根據(jù)運(yùn)行條件需要進(jìn)行適當(dāng)稀釋。

1.3 工藝運(yùn)行條件
 
缺氧/兩級(jí)好氧MBBR 系統(tǒng)和MBR 反應(yīng)器在組合前已各自實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，并具有良好的硝化效果。其中，缺氧/兩級(jí)好氧MBBR 系統(tǒng)在進(jìn)水流量為1.6 L/d 和回流比為300%的條件下對(duì)NH4+-N 約為800 mg/L 的垃圾瀝濾液厭氧出水進(jìn)行處理，NH4+-N 去除率>80%，TN 去除率為71%左右。MBR 在HRT 為 24 h、進(jìn)水NH4+-N 為250 mg/L 左右的條件下運(yùn)行， NH4+-N 去除率>90%。實(shí)驗(yàn)期間，根據(jù)缺氧/兩級(jí)好氧MBBR—MBR 組合工藝運(yùn)行條件的不同，分為“A~E”5 個(gè)運(yùn)行階段，見(jiàn)表 1。MBBR2 和MBR 的回流量均設(shè)為200%，即系統(tǒng)總回流比為400%。MBBR1 中的DO 為3~4 mg/L，MBBR2 和MBR 中的DO 為3.5~4.5 mg/L。系統(tǒng)在室溫條件（22~28 ℃）下運(yùn)行。

 1.4 分析項(xiàng)目和方法
 
NH4+-N 采用納氏試劑光度法測(cè)定；NO2--N 采用N-（1-萘基）-乙二胺光度法測(cè)定；NO3--N 采用紫外分光光度法測(cè)定；COD 采用快速消解法測(cè)定；堿度采用電位滴定法測(cè)定；pH 以O(shè)rion 3Star pH 計(jì)（美國(guó)Thermo 公司）測(cè)定；DO 以O(shè)xi315i 便攜式溶解氧測(cè)定儀（德國(guó)WTW 公司）測(cè)定；亞硝酸菌和硝酸菌的數(shù)量采用最大可能計(jì)數(shù)法（MPN）〔10〕測(cè)定。

2 結(jié)果與討論
 
2.1 氮的處理效果及影響因素分析
 
缺氧/兩級(jí)好氧MBBR—MBR 組合工藝對(duì)NH4+-N 和TN 的處理效果如圖 2、圖 3 所示。

圖 2 組合工藝對(duì)NH4+-N 的處理效果  

圖 3 組合工藝對(duì)TN 的處理效果  

由圖 2 可以看出，實(shí)驗(yàn)期間缺氧MBBR 出水中的NH4+-N 大幅降低，這主要?dú)w因于回流水的稀釋作用。缺氧MBBR 出水經(jīng)兩級(jí)好氧MBBR 和MBR 進(jìn)一步處理后，NH4+-N 依次降低，并主要發(fā)生在 MBBR2 和MBR 處理段，MBBR1 中NH4+-N 濃度降幅很小。由圖 3 可以看出，TN 主要在缺氧MBBR 中被去除，僅有少量在MBBR1、MBBR2 和MBR 中被去除。這是由于缺氧MBBR 中的反硝化菌利用垃圾瀝濾液厭氧出水中的有機(jī)碳源作為電子供體，將進(jìn)水及回流液中的NOx-N 最終還原成氣態(tài)產(chǎn)物N2 〔11〕。

好氧反應(yīng)器中TN 的降低可能是因?yàn)槲⑸�物的同化作用，還可能是因?yàn)榘l(fā)生了同步硝化反硝化〔12〕。

2.1.1 進(jìn)水pH 的影響
 
A、B 階段的進(jìn)水流量為1.26 L/d，進(jìn)水NH4+-N 約為1 000 mg/L，碳氮比為5~6。改變進(jìn)水的pH，考察其對(duì)氨氮去除效果的影響，即A 階段進(jìn)水pH 用稀H2SO4 調(diào)節(jié)至7.0 左右，B 階段進(jìn)水不調(diào)節(jié)pH， pH 為8.5 左右。圖 2 表明，進(jìn)水pH 的變化對(duì)NH4+-N 總?cè)コ�率影響不明顯，均能達(dá)到99%左右。但通過(guò)測(cè)定各反應(yīng)器內(nèi)的pH 發(fā)現(xiàn)，MBBR1、MBBR2 和 MBR 反應(yīng)器中的pH 已分別由A 階段的8.5、8.35 和8.5 左右升高至B 階段的8.75、8.65 和8.7 左右。與此同時(shí)，MBBR2 出水中的NH4+-N 平均質(zhì)量濃度也由A 階段的18.5 mg/L 升高至42.0 mg/L。由于 MBBR2 出水NH4+-N 比較低，MBR 硝化效果基本未受影響。一般亞硝酸菌適宜的pH 為7.0~8.5，硝酸菌適宜的pH 為6.0~7.5〔13〕。而B(niǎo) 階段各反應(yīng)器內(nèi)pH 升高至8.5 以上，對(duì)硝化過(guò)程不利。因此，在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中系統(tǒng)進(jìn)水pH 預(yù)先調(diào)節(jié)至中性。

2.1.2 碳氮比的影響
 
D、E 階段進(jìn)水為未經(jīng)稀釋的垃圾瀝濾液厭氧處理出水，碳氮比分別為5.1~6.8、3.2~4.2。由圖 2可見(jiàn)，D 階段NH4+-N 處理效果呈下降趨勢(shì)，第53天系統(tǒng)的NH4+-N 總?cè)コ�率降�?9.9%，這可能是因?yàn)镈 階段進(jìn)水COD 過(guò)高（約10 000 mg/L），對(duì)兩級(jí)好氧 MBBR 的硝化過(guò)程產(chǎn)生不利影響〔14〕。當(dāng)E階段降低碳氮比（即COD 降至6 500 mg/L左右）后，系統(tǒng)的處理效果逐漸恢復(fù)，NH4+-N 總?cè)コ�率約為99%。因此，垃圾瀝濾液高濃度的NH4+-N決定了該系統(tǒng)應(yīng)在較低碳氮比下運(yùn)行。由圖 3可知，E階段系統(tǒng)的TN總?cè)コ�率約為81%，其中缺氧MBBR出水中NO2--N接近 0，NO3--N 約為5 mg/L，說(shuō)明盡管碳氮比較低，但碳源對(duì)于反硝化作用而言仍比較充足。一般認(rèn)為，每完全反硝化1 g 硝氮需消耗3.7~6.6 g COD，反硝化1 g 亞硝氮?jiǎng)t僅需消耗1.8 ~ 2.5 g COD 〔15〕。E 階段 MBBR2 和MBR 中的亞硝氮積累率分別達(dá)到90%、 80%左右（見(jiàn)圖 4），這是系統(tǒng)在較低碳氮比下獲得較高TN 去除率的重要原因。

2.1.3 進(jìn)水NH4+-N 的影響
 
比較A、C、E 3 個(gè)運(yùn)行階段的NH4+-N 處理效果可以發(fā)現(xiàn)（ 見(jiàn)圖 2），在實(shí)驗(yàn)條件下，進(jìn)水NH4+-N 對(duì)系統(tǒng)處理效果的影響較小，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)出水NH4+-N＜15 mg/L。C 階段中第31~34 天出現(xiàn)NH4+-N 去除率突然下降的情況，這是由于當(dāng)時(shí)MBR 的曝氣泵出現(xiàn)故障，曝氣量降低導(dǎo)致反應(yīng)器中的DO 降低至1~2 mg/L。當(dāng)DO 恢復(fù)至>3.5 mg/L 后，NH4+-N 總?cè)コ�率迅速回升�?9%以上。

圖 4 MBBR2 和MBR 中游離氨及亞硝氮積累率的變化  

由圖 4 可見(jiàn)，不同進(jìn)水NH4+-N 濃度下，MBBR2 在A 階段的亞硝氮平均積累率為73.3%，C 階段和E 階段>90%；MBR 中的亞硝氮積累率由A 階段的＜10%逐漸上升至E 階段的80%左右。據(jù)報(bào)道，硝酸菌和亞硝酸菌的最適宜pH 分別為6.0~7.5、7.0~ 8.5 〔13〕，其受抑制的游離氨（FA） 質(zhì)量濃度分別為 0.1~1.0、10~150 mg/L〔16〕。因此認(rèn)為兩個(gè)反應(yīng)器中亞硝酸鹽積累越來(lái)越明顯是因?yàn)殚L(zhǎng)期在pH>8.0、FA> 1 mg/L 的環(huán)境下運(yùn)行。第31~34 天，MBR 積累率突然升高是由前述DO 變化造成的。因?yàn)閬喯跛峋�和硝酸菌的溶解氧飽和常�?shù)一般分別為0.2~0.4、1.2~ 1.5 mg/L，在低DO 下亞硝酸菌的生長(zhǎng)速率大于硝酸菌的生長(zhǎng)速率，亞硝化過(guò)程占優(yōu)〔17〕。此外，MBBR2 接入系統(tǒng)前亞硝氮積累率為85%左右，這是MBBR2 在運(yùn)行初期就有明顯亞硝酸積累的主要原因之一。 MBR 在A 運(yùn)行階段亞硝氮積累率較低可能是因?yàn)樵撾A段進(jìn)水NH4+-N 相對(duì)較低，MBBR2 出水NH4+-N 平均已降至16.5 mg/L，導(dǎo)致MBR 中可利用的亞硝化過(guò)程的底物（NH4+-N）很少，主要發(fā)生NO2--N 氧化為NO3--N 的反應(yīng)，而且MBR 接入系統(tǒng)前亞硝氮積累率僅為15%左右。隨著進(jìn)水NH4+-N 增加， MBBR2 出水中NH4+-N 也相應(yīng)升高，這是運(yùn)行后期 MBR 實(shí)現(xiàn)短程硝化的必要條件之一。

綜上，在進(jìn)水流量為1.0 L/d，pH 約為7.0，COD 約為6 500 mg/L，好氧MBBR、MBR 中DO 為3~4.5 mg/L 的條件下，即使進(jìn)水NH4+-N 高達(dá)1 650 mg/L左右，組合工藝對(duì)NH4+-N 和TN 的去除率仍能達(dá)到約99%和81%，出水NH4+-N 質(zhì)量濃度低于15 mg/L，缺氧/兩級(jí)好氧MBBR—MBR 組合工藝能夠有效去除垃圾瀝濾液厭氧處理出水中的高濃度NH4+- N。而且在MBBR2 和MBR 中實(shí)現(xiàn)了短程硝化，降低了反硝化對(duì)碳源的需求量，系統(tǒng)無(wú)需外加碳源。

2.2 COD 的去除效果
 
實(shí)驗(yàn)期間，缺氧/兩級(jí)好氧MBBR—MBR 組合工藝對(duì)COD 的去除效果見(jiàn)圖 5。

圖 5 組合工藝對(duì)COD 的去除效果  

圖 5 表明，實(shí)驗(yàn)期間系統(tǒng)對(duì)COD 的總?cè)コ�率較穩(wěn)定，在77%~89%。在A、B、C、E 運(yùn)行階段，COD 主要在缺氧MBBR 中通過(guò)反硝化作用被去除。系統(tǒng)進(jìn)水COD 為4 700~7 800 mg/L 時(shí)，缺氧MBBR 實(shí)際進(jìn)水COD（考慮回流）經(jīng)計(jì)算可知約為1 500~2 500 mg/L，缺氧段出水COD 為800~1 600 mg/L，僅剩余少量可降解COD 在好氧MBBR1 中被異養(yǎng)菌消耗。而在D 運(yùn)行階段，由于該階段進(jìn)水COD 已升至約 10 000 mg/L，因此缺氧段出水中可降解COD 增多， MBBR1 對(duì)COD 的去除作用明顯增加。可見(jiàn)MBBR1 的設(shè)置減小了進(jìn)水COD 波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)去除效果的影響。MBBR2 和MBR 對(duì)COD 去除作用不明顯，有時(shí)甚至出現(xiàn)出水COD 升高的現(xiàn)象，原因可能是其出水中含有更高濃度的亞硝氮，然而實(shí)驗(yàn)所采用的COD 測(cè)定方法無(wú)法消除亞硝氮對(duì)測(cè)定的影響。

2.3 生物膜和污泥中的硝化細(xì)菌特性分析
 
為深入分析反應(yīng)器運(yùn)行狀態(tài)間的差異及反應(yīng)器中短程硝化的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，在E 階段系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，采用MPN 計(jì)數(shù)法對(duì)MBBR1、MBBR2 和MBR內(nèi)的微生物進(jìn)行亞硝酸菌、硝酸菌數(shù)量測(cè)定，見(jiàn) 表 2。

 查表可得〔10〕，MBBR1 中每顆填料生物膜上的亞硝酸菌和硝酸菌最大可能數(shù)分別為4.5×104 和90； MBBR2 中每顆填料生物膜上的亞硝酸菌和硝酸菌最大可能數(shù)分別為4.5×106 和4.5×103；MBR 反應(yīng)器污泥混合液中所含的亞硝酸菌和硝酸菌最大可能數(shù)分別為1.1×106 mL-1 和4.5×104 mL-1。與MBBR2 相比，MBBR1 中的亞硝酸菌和硝酸菌均小2 個(gè)數(shù)量級(jí)，這是MBBR1 硝化效果相對(duì)較差的根本原因。且由上述計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，MBBR1 中的硝酸菌數(shù)量很少，亞硝酸菌為優(yōu)勢(shì)菌，因此MBBR1 中主要發(fā)生的是亞硝化過(guò)程，其出水中硝酸鹽幾乎為0。 MBBR2 和MBR 中的亞硝氮平均積累率分別約為90%、80%，由MPN 計(jì)數(shù)結(jié)果可知2 個(gè)反應(yīng)器中都是亞硝酸菌相對(duì)更占優(yōu)勢(shì)，其中MBBR2 中亞硝酸菌與硝酸菌的數(shù)量比為1 000∶1，MBR 中為24.4∶1，這是這兩個(gè)反應(yīng)器都能實(shí)現(xiàn)短程硝化的原因之一。但由于2 個(gè)反應(yīng)器中也大量存在硝酸菌，因此在較高pH 條件下，反應(yīng)器中高濃度的FA 對(duì)硝酸菌活性的抑制作用也是實(shí)現(xiàn)短程硝化的重要因素。具體參見(jiàn)http://wlmqsb.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 結(jié)論
 
（1）缺氧/兩級(jí)好氧MBBR—MBR 組合工藝對(duì)垃圾焚燒廠(chǎng)瀝濾液厭氧處理出水具有良好的處理效果，尤其能有效去除瀝濾液中高濃度的NH4+-N。在進(jìn)水pH 約為7、進(jìn)水流量1.0 L/d、總回流比400%的條件下，即使瀝濾液中NH4+-N 約為1 650 mg/L， COD 約為6 500 mg/L 時(shí)，系統(tǒng)對(duì)COD、NH4+-N、TN 的去除率仍分別達(dá)到80%、99%、81%左右，系統(tǒng)無(wú)需外加碳源，出水NH4+-N＜15 mg/L。

（2）系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，MBBR2、MBR 中的亞硝酸鹽平均積累率分別約90%、80%，實(shí)現(xiàn)了短程硝化。較高的pH 和FA 是反應(yīng)器亞硝酸積累的重要原因。

（3）MPN 計(jì)數(shù)法測(cè)定結(jié)果表明，MBBR2 和MBR 中都大量存在亞硝酸菌和硝酸菌，其中MBBR2 中亞硝酸菌與硝酸菌數(shù)量比為1 000 ∶1，MBR 中為 24.4∶1，亞硝酸菌的數(shù)量占優(yōu)勢(shì)。