城市生活垃圾处理已成为城市的一大难题，据统计，2005年全国设市城市生活垃圾产量约为 1.36～1.56亿t，专家预计我国城市生活垃圾将于2030年达到4.09亿t，2050年达到5.28亿t〔1〕。垃圾渗滤液作为城市生活垃圾处理产生的二次污染物，其组成复杂，污染物浓度高、色度大、毒性强，水质水量波动大，含有大量有机污染物和各类重金属污染物，是一种成分复杂的高浓度有机废水。渗滤液如未经无害化处理直接排放到环境中，将产生严重的生态破坏。
对于垃圾渗滤液的处理无论国内还是国外都集中在生物处理上，特别是厌氧-好氧组合工艺更成为处理垃圾渗滤液的首选工艺，如 UASB工艺、Anammox工艺、MBR 工艺、SBR 工艺等〔2, 3, 4〕。胡纪全等〔5〕采用厌氧（UASB）—氨吹脱—混凝沉淀—好氧（氧化沟）处理工艺处理垃圾渗滤液，在进水COD为4 040 mg/L、氨氮为231 mg/L时，COD和氨氮去除率分别达99.1%、75.6%，但该工艺采用全程硝化去除污染物，并没有采用短程硝化，没有实现垃圾渗滤液处理的节能降耗。J. H. Im等〔6〕采用UASB与好氧组合处理工艺，好氧出水回流到UASB同时发生厌氧和反硝化反应，厌氧反应器中最大COD去除速率与好氧反应器中最大氨氮去除速率分别为15.2 、0.84 kg/（m3·d）。高锋等〔7〕采用厌氧消化与SBR组合工艺处理城市垃圾渗滤液，其出水氨氮可稳定在11 mg/L，氨氮去除率达到95%以上。生物处理工艺因处理效果稳定、成本相对较低往往用作主处理工艺，目前对垃圾渗滤液的处理主要以生物法为主。以某垃圾焚烧厂的垃圾渗滤液为研究对象，研究处理工艺对污染物的去除效果、工艺参数设计和组合工艺经济性等，为垃圾渗滤液的节能高效处理提供参考。
1 工程概况及处理工艺
天津大港第二垃圾焚烧发电厂项目规划处理总规模为2 000 m3/d，分两期工程建设，一期工程规模为1 000 m3/d，垃圾渗滤液废水量为300 m3/d，水质情况见表 1。
设计出水指标达到《污水综合排放标准》（GB 8978—1997）三级标准：COD≤500 mg/L、BOD5≤300 mg/L、氨氮≤35 mg/L、SS≤400 mg/L。从垃圾焚烧厂的水质特征及经济性考虑，采用IC厌氧反应器—短程硝化反硝化—A3/O3生物处理为主体工艺。生活垃圾堆积过程中产生的渗滤液经集液管进入沉淀池，去除部分大颗粒有机物和无机物，经过预沉淀后的废水流入调节池，池内设置液压搅拌装置，调节水质水量后，通过水泵提升至IC厌氧反应器，再进入短程硝化反硝化反应池和A3/O3好氧池，最后经过沉淀池及混凝处理后排放。沉淀池、厌氧反应器和好氧池的剩余污泥排至污泥浓缩池，压滤后送入垃圾焚烧厂进行焚烧处理。处理工艺流程如图 1所示。
图 1 工艺流程
2 主要处理单元的设计参数
2.1 调节池
调节池是具有一定容积的水池，不同时间从垃圾仓来的渗滤液在调节池内停留数天，池体内设置搅拌机，充分混合，起到均衡水量、均化水质、预酸化和防止废水中固体杂质沉积的作用。池体为半地下式钢混结构，尺寸为12.0 m×12.0 m×5.5 m，有效水深5.0 m，停留时间为2.4 d。
2.2 IC厌氧反应器
IC厌氧反应器属第3代厌氧反应器，具有高效的厌氧生物降解作用，将高浓度有机物降解为甲烷和二氧化碳，产生的沼气在反应器内部形成内循环，使废水与微生物获得良好的传质条件；反应器采用竖高的钢筒结构（内壁玻璃钢防腐），可以充分利用空间，减少占地面积；反应器进水采用切线布水，可有效防止反应器布水的堵塞和死角问题；增设外循环回流装置，可使反应器内水流保持较高的上升速度，提供良好的水力条件。厌氧反应器尺寸为8.0 m×25.0 m，有效容积为1 020 m3，水力停留时间3.4 d，COD容积负荷率17.0 kg/（m3·d），外循环罐尺寸为3.5 m×8.0 m，有效容积70 m3，停留时间5 h。反应器进水管道设置有流量计，反应器内部设置温度计和pH计，便于实时监控厌氧反应器的运行状况。
2.3 亚硝化-反硝化池
亚硝化-反硝化池属于该系统的一级好氧池，采用短程硝化反硝化生物脱氮工艺，通过控制亚硝化-反硝化池内的溶解氧浓度和水体温度，实现氨氮降解为亚硝态氮，再转化为氮气的目的。溶解氧浓度通过风机变频控制，温度通过冷却塔和板式换热器控制，由于池体采用全封闭式结构，不利于热量的散失，风机曝气产生的热量、微生物降解产生的热量和太阳照射池体传递的热量将使好氧池内废水温度不断升高，甚至超过40 ℃以上，对好氧系统产生很大影响。通过冷却塔和板式换热器对池体内部的废水进行降温处理，维持温度在35 ℃以下。
池体采用半地下式钢混结构，亚硝化池尺寸为18.0 m×12.0 m×6.0 m，有效容积1 188 m3，水力停留时间3.96 d，污泥质量浓度5 000 mg/L，污泥负荷0.13 kg/（kg·d）；反硝化池尺寸为10.0 m×8.0 m×6.0 m，有效容积440 m3，水力停留时间1.5 d。
2.4 A3/O3池
A3/O3池属于该系统的二级好氧池，采用三级串联AO对一级好氧处理后的废水进行深度脱碳和除氮，废水以推流方式运行，池体内部设置气提循环，控制缺氧好氧交替运行，利用兼氧菌和好氧菌实现同步硝化反硝化，在处理中低浓度有机废水COD的同时，提高了脱氮效率。池体采用半地下式钢混结构，尺寸为20.0 m×14.0 m×5.0 m，有效容积为1 260 m3，水力停留时间4.2 d，其中反硝化池与硝化池的容积比为1∶4，硝化池的COD容积负荷率为0.29 kg/（m3·d），有机负荷为0.027 kg /（kg·d）。
3 工艺运行效果
IC厌氧反应器、亚硝化-反硝化池和A3/O3池是利用厌氧微生物、好氧微生物降解COD、氨氮的生物反应过程，这3个单元的优化组合是整个工艺稳定运行的关键。经过1 a的运行，结果表明该工艺十分平稳，各设计单元达到预期的处理效果，出水水质均达到设计要求，处理效果如表 2、表 3所示。
3.1 IC厌氧反应器
IC厌氧反应器的接种污泥为晋江市某制药厂废水处理工程UASB反应器中的厌氧消化污泥，总接种量为300 t，污泥含水率为80%（经带式压滤机脱水），接种的污泥中混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）与混合液悬浮固体（MLSS）的比例为78%，具有较高的活性。
厌氧反应器负荷的提高根据COD去除率和挥发性脂肪酸（VFA）的量而定。厌氧反应器初始进水量为70 m3/d，起始COD负荷为3.43 kg/（m3·d），同时开启蒸汽，经换热器加热废水，升温过程中每天维持1～2 ℃的变化量，当COD去除率稳定在80% 以上、VFA在2 000 mg/L以下时进一步提高水量，每次提高水量10 m3/d，增加的COD负荷约为0.5 kg/（m3·d），经过60 d的运行厌氧反应器的水量增加至300 m3/d的设计量，进水COD容积负荷达到15 kg/（m3·d），出水COD＜5 000 mg/L，COD去除率稳定在85 %以上。
反应器的产气率随温度的升高逐渐增加（见图 2），每阶段提高负荷时沼气产量会有所波动。温度低于35 ℃时，每吨水平均产气量为17.2 m3，沼气产率为0.34 m3/kg，当温度升高至35 ℃时沼气产量增加，平均每吨水的产气量为19.5 m3，沼气产率为0.39 m3/kg，沼气中甲烷含量高于65%。
图 2 进水量与沼气量变化情况
3.2 亚硝化-反硝化池
亚硝化-反硝化池的接种污泥取自城市生活污水处理厂的好氧剩余污泥，污泥含水率85%。接种污泥中MLVSS与MLSS的比例为82%，接种污泥量20 t。亚硝化-反硝化主要是针对废水中的高氨氮采取的工艺单元，可低耗高效地完成氨氮降解。运行过程中控制溶解氧＜1.0 mg/L，污泥质量浓度5 000 mg/L，pH在7.5～8.5，温度25～35 ℃，COD去除率可达62.2%，氨氮去除率可达61.7%。
运行过程中发现，低溶解氧条件对COD的去除没有显著影响。温度对氨氮降解和COD去除的影响较大，当温度＞35 ℃时，亚硝化池的出水氨氮和pH均呈现升高趋势，pH最高达到8.9；pH＞8.5后微生物活性降低，总氮和COD去除率明显降低。温度升高时，尤其是夏季温度较高时需定时开启冷却塔控制温度。
3.3 A3/O3池
A3/O3池的接种污泥同样取自城市污水处理厂的好氧剩余污泥，接种污泥量20 t。经IC反应器和亚硝化-反硝化过程处理后，A3/O3进一步硝化去除残余氨氮，通过反硝化去除产生的亚硝态氮和硝态氮。运行过程控制缺氧区溶解氧＜0.5 mg/L，污泥质量浓度2 000 mg/L，好氧区溶解氧1.5～2.5 mg/L，温度25～35 ℃，COD去除率可达到61.8%，氨氮平均去除率可达到97.8%。
运行过程中发现，有机碳源经过IC反应器和亚硝化-反硝化降解后，COD去除率高达96%，大部分有机碳源被降解。而A3/O3在反硝化过程中需要碳源，当碳源不足时反硝化将受到抑制，硝化过程产酸积累将导致pH降低（甚至低于6.5），同时抑制 COD的降解，出现恶性循环，影响系统运行的稳定性，所以在系统运行过程中应根据pH变化情况及时补充无机碳源或利用厌氧反应器出水补充碳源。
4 经济性分析
天津大港第二垃圾焚烧厂垃圾渗滤液工程占地面积3 000 m2，安装总功率392.65 kW，连续运行功率204.93 kW，总投资为2 000万元，其中设备投资1 000万元，土建投资1 000万元。工艺运行电费10.66元/t，工业用水费用0.133元/t，PAC、PAM用量费用1.25元/t，人工及设备维修等其他费用4.85元/t，总共每吨水的处理费用为16.893元，运行费用清单见表 4～表 7。
5 结论
（1）IC-N/D-A3/O3工艺运行实践表明，该工艺适于垃圾焚烧厂垃圾渗滤液的处理，具有较强的抗缓冲性和稳定的处理能力，IC厌氧反应器的进水COD容积负荷可达到15 kg/（m3·d），COD去除率＞85%；亚硝化-反硝化池COD去除率可达到62.2%，氨氮去除率可达到61.7%；A3/O3池COD去除率可达到61.8%，氨氮平均去除率可达到97.8%。整个工艺的出水水质达到《污水综合排放标准》（GB 8978— 1997） 的三级标准要求，对COD、氨氮的去除率分别可达99.2%、99.6%。。
（2）整个工艺的运行成本为16.893元/t，IC厌氧反应器产生的沼气用于锅炉燃烧，可节省大量能源。
