厌氧-好氧移动床生物膜反应器串联处理垃圾渗滤液

摘要：采用厌氧-好氧移动床生物膜反应器串联处理城市垃圾渗滤液，探讨了各种操作条件对垃圾渗滤液生物降解效率的影响，并对其影响机理作了分析，结果表明，水力停留时间和有机容积负荷对系统的处理效率影响较大，当系统进水的COD容积负荷在4.01～7.87kg/(m3•d)范围内，系统COD平均总去除率为94.2％，其中厌氧反应器对COD的去除率占总去除率的87.95％～92.76％；当系统进水的容积负荷高达10.23～16.14kg/(m•d)时，系统总COD平均去除率仍高达92.64％，其中厌氧反应器对COD的去除率占总去除率的79.05％～86.56％，当好氧段HRT大于1.25d，系统对氨氮的总去除率始终在97％以上，当HRT=0.75d时，系统对氨氮的总去除率仅在20％左右，该系统具有很强的抗冲击负荷能力，即使在24h内受到超过正常运行负荷4倍的冲击时，系统经过约3d可恢复正常。
关键词：移动床生物膜反应器；垃圾渗滤液；有机负荷；冲击负荷
城市垃圾渗滤液是一类水质水量变化大、成分复杂、生物毒性大的难降解高浓度有机废水，其处理是实现城市垃圾无害化处理的一个重要内容，也成为污水治理领域的一个难题，目前，用于处理城市垃圾渗滤液的方法主要以生物处理为主，总体上包括厌氧处理、好氧处理以及厌氧-好氧联合处理，对于高浓度的垃圾渗滤液一般建议采用厌氧-好氧联合工艺，移动床生物膜反应器(moving-bed biofilm reactor，MBBR)是近年来在生物接触氧化法和生物流化床的基础上开发的一种新型高效生物膜法废水处理装置，它是为了解决固定床反应器需要反冲洗、流化床需要能量使载体流化、淹没式生物滤池堵塞需要清洗滤料和更换曝气器的复杂操作而发展起来的，该工艺具有生物量大、抗冲击能力强、经济节能、无污泥膨胀等优点，已广泛用于处理各种废水，但用来处理含高浓度难降解有机化合物的城市垃圾渗滤液还未见报道，本实验将采用复合式厌氧-好氧移动床来处理城市垃圾渗滤液。
1材料与方法
1.1废水水质
实验所用垃圾渗滤液来自哈尔滨某垃圾填埋场调节池，其水质如表1。
表1渗滤液水质/mg•L-1

1.2试验装置
实验采用复合式厌氧，好氧移动床生物膜(MBBR)串联工艺处理城市垃圾渗滤液，试验装置见图1，厌氧反应器中由悬浮生长的厌氧污泥和附着在填料上的生物膜共同承担着去除污水中有机污染物的任务，好氧反应器采用移动床生物膜工艺，充分发挥移动床生物膜工艺的优点。
储存在冰箱内的垃圾渗滤液，经蠕动泵以恒定的流量从底部打入厌氧反应器，经厌氧处理后由上部流入沉淀池，再进入好氧反应器，好氧反应器出水经自带的斜板沉淀池沉淀后以溢流方式出水，厌氧反应器外缠电热丝控温35℃±1℃，通过机械搅拌实现流态化，强化传质；好氧反应器在室温下运行，通过曝气实现载体的流态化。

图1厌氧-好氧移动床生物膜反应器试验装置
厌氧反应器为圆柱形，有效体积4.2L，填料填充比为40％；好氧反应器为方柱形，有效容积2.1L，填料填充比为60％，需要说明的是，由于厌氧和好氧反应器串联运行，因此，好氧段的HRT为厌氧段的一半，生物填料是生物移动床的核心，填料的性能好坏，直接影响到挂膜的难易程度、反应器中生物量的多少、反应器处理效果的好坏，生物移动床的填料必须具有表面积大，易于生物膜附着生长，在使用时不结团堵塞，具有良好的通气、过水性能等特点，实验所用填料为自行开发的聚乙烯空心圆柱体，其主要性能如表2所示。
表2移动床生物膜填料性能

1.3分析方法
试验需要测定的指标均采用国家标准分析方法，COD：重铬酸钾法；BOD5：5日恒温培养法；；TOC：岛津TOC快速测定仪；VFA：联合滴定法；HN4+－N：纳氏比色法；金属离子，原子吸收法；阴离子：离子色谱法；SS：滤纸恒重称量法；pH：酸度计；总MLSS：碱液浸泡超声波剥落+滤纸称量法。

图2进水COD浓度对系统的影响
2结果与讨论
2.1进水COD的影响
该部分控制厌氧段HRT=4d，将垃圾渗滤液原水用自来水按一系列的比例稀释，逐步提高系统进水COD浓度，COD浓度范围在3965.79～18075.2mg/L，pH在7.02～7.27，由图2可知，随着运行时间的增长，系统总COD去除率和厌氧段COD去除率总体上是逐步增长的，而厌氧反应器出水COD整体上却呈下降的趋势，这说明在一定范围内提高进水浓度，有助于增强厌氧反应器的处理能力厌氧反应器出水在1663.8～3370mg/L，后续好氧工艺保证了较低的出水有机浓度，因此系统总去除率逐渐升高同时，发现进水浓度突增后COD去除率有所下降但会马上回升，例如第25d进水浓度从14398.2mg/L增加到17500mg/L，而厌氧段去除率从84.89％下降到82.29％，总COD去除率却从87.48％增加到89.95％，随后系统的总COD去除率保持在93％以上，这说明进水浓度对反应器有一定的冲击影响，但在一定的范围内影响并不大，且这种冲击是可逆的。