厭氧折流板反應器處理垃圾滲濾混合廢水

　　垃圾填埋場(chǎng)滲濾液中難生物降解有機物多，可生化性差，其BOD₅/COD低達0.1～0.2^［1］，我國目前多將滲濾液與城市污水進(jìn)行混合處理。為獲得穩定而有效的處理效果，試驗采用水解酸化—好氧工藝，而水解酸化段采用具有優(yōu)良性能特點(diǎn)的ABR反應器。

　　ABR是一個(gè)由多隔室組成的高效新型反應器^［2］(見(jiàn)圖1)，具有水力條件好、生物固體截留能力強、微生物種群分布好、結構簡(jiǎn)單、啟動(dòng)較快及運行穩定等優(yōu)良性能。運行中的ABR是一個(gè)整體為推流、各隔室為全混的反應器，因而可獲得穩定的處理效果^{［3、4］}。

1.1 廢水水質(zhì)

　　滲濾液水樣取自蘇州七子山垃圾填埋場(chǎng)。滲濾液(pH為7.4～8.5)和城市污水(pH為7.1～8.5)的水質(zhì)見(jiàn)表1。

水質(zhì)指標	濃度變化范圍
	滲濾液	城市污水
CODcr	3700～8885	165～305
BOD5	1900～3180	106～248
NH4+-N	630～1800	25～35
NH3+-N	1.25～3.34	-
NH2+-N	0.06～1.52	-
TP	7.1～7.7	6.4～12.3
SS	328～400	255～348
BOD5/COD	0.25～0.358	0.64～0.81

1.2 試驗用ABR

　　ABR由4個(gè)隔室組成，總有效容積為13.2L，第一隔室的容積為3.0L，其余隔室容積均為3.4L。反應上流室和下流室的水平寬度比為4∶1，折流擋板底部轉角為45°。由蠕動(dòng)泵在A(yíng)BR的進(jìn)水端均勻進(jìn)水。在各隔室頂部設集氣管并接水封以保證厭氧條件。

1.3 研究方法及主要工藝參數

　　采用動(dòng)態(tài)方法進(jìn)行研究。首先進(jìn)行啟動(dòng)運行，待運行穩定后，進(jìn)行不同混合比的滲濾液和生活污水的混合處理研究。研究期間的氣溫為18.0～27.5℃，ABR的HRT為13.2～26.4h，反應器各上流室所裝污泥濃度為10～15g/L。

2.1 ABR的水解酸化作用

　　混合廢水經(jīng)ABR處理后，其BOD₅/COD比值明顯提高，當進(jìn)水BOD₅/COD較低時(shí)，效果更為顯著(zhù)。如進(jìn)水為0.665時(shí)，出水達0.68，進(jìn)水為0.2～0.3時(shí)，出水可提高至0.4～0.6。ABR對出水BOD₅/COD的改善，無(wú)疑可促進(jìn)混合廢水好氧處理的效果和運行穩定性。

　　BOD₅/COD的提高反映了ABR反應器良好的水解酸化作用。研究表明，對不同的混合比、原滲濾液濃度、HRT，ABR反應器可獲得不同程度的水解酸化作用。原滲濾液濃度和混合比較低時(shí)，產(chǎn)甲烷作用較弱，表觀(guān)水解程度與實(shí)際水解程度接近；當原滲濾液濃度和混合比較高時(shí)，甲烷發(fā)酵加強，表觀(guān)水解酸化度與實(shí)際情況差別較大。研究還發(fā)現，當原滲濾液濃度及混合比均較低時(shí)，水解酸化作用與HRT呈正相關(guān)(見(jiàn)圖2，其中ΔBOD₅表示進(jìn)出水濃度之差)。

2.2 進(jìn)水NH4⁺-N/COD和COD/TP與COD的去除率關(guān)系

　　由圖3可見(jiàn)，ABR反應器中COD的去除率對NH4⁺-N/COD的變化較敏感，NH4⁺-N/COD過(guò)高或過(guò)低均影響COD的去除。當NH4⁺-N/COD≥0.2時(shí)，COD去除率將受到明顯的影響。實(shí)際工程中應注意對進(jìn)水中NH4⁺-N濃度的控制，并宜將NH4⁺-N/COD控制在0.05～0.2。 

 　　從圖4可見(jiàn)，當滲濾液與城市污水混合比達1∶1時(shí)，曾出現缺磷問(wèn)題(COD/TP＝500～1000)，導致系統運行效率降低，為此在進(jìn)水中補充了磷。運行過(guò)程中，在磷基本滿(mǎn)足比例要求的條件下，COD的去除率較為穩定，當COD/TP高達437.4時(shí)，仍具有較穩定的處理效果。

2.3 進(jìn)水負荷與ABR的運行

　　圖5所示為ABR的COD去除率隨進(jìn)水容積負荷的變化。由圖可見(jiàn)，一方面ABR對COD的去除率隨負荷的提高而逐漸提高，但提高速率逐漸下降(如圖中虛線(xiàn)所示)；另一方面，COD的去除率隨混合比呈現出由高到低繼而又升高的趨勢(如圖中實(shí)線(xiàn)所示)。對此可解釋如下：當混合比較低且負荷亦較低時(shí)，混合廢水中難生物降解的有機物含量也較低，其水質(zhì)與城市污水接近，廢水所含污染物大多易生物降解，導致ABR反應器中所發(fā)生的水解酸化作用程度較低。此時(shí)COD的去除主要通過(guò)對進(jìn)水中懸浮物的截留、產(chǎn)酸菌對進(jìn)水中基質(zhì)的利用及較弱的產(chǎn)甲烷作用而實(shí)現。隨混合比的提高，進(jìn)水中難降解有機物量增加，水解酸化作用加強，導致COD去除率為負值。隨混合比進(jìn)一步提高，不僅水解酸化作用明顯，而且產(chǎn)甲烷菌也起到了一定的降解效果。由于水解酸化作用受HRT、進(jìn)水中難降解物質(zhì)含量等因素的影響，而產(chǎn)甲烷作用則取決于酸化程度、HRT等，因而隨混合比和負荷的提高，在酸化作用加強的同時(shí)，產(chǎn)甲烷作用亦相應加強。

2.4 污泥特性分析

　　當反應器運行至容積負荷 為4.71kgCOD/(m³·d)時(shí)，各隔室中形成沉降性能良好、外觀(guān)由灰白色至灰黑色、粒徑大小不等(0.5～5mm)的棒狀及球狀顆粒污泥，各隔室中顆粒污泥的大致粒徑分布如圖6。分析表明，顆粒污泥具有良好的沉降性能，其SVI為7.5～14.2mL/g。第一隔室的顆粒污泥較輕，呈灰色；第三隔室的顆粒污泥則沉降性能良好，呈深灰色。運行過(guò)程中觀(guān)察到第一隔室中的污泥大部分處于懸浮態(tài)，泥水混合液較為粘稠，而以后各隔室中的污泥則在底部形成稠密的污泥層。

　　顆粒污泥的形成與滲濾液的水質(zhì)、運行條件及ABR反應器的構造等因素有關(guān)。滲濾液中含有較高的堿度及其它堿金屬離子，有利于污泥的顆�；�。鏡檢表明，ABR反應器的第二、三隔室污泥中含有較多甲烷八疊球菌及甲烷絲狀菌，第四隔室中甲烷絲狀菌占優(yōu)勢。

　　ABR不同隔室中顆粒污泥濃度有較大的差異，第一至第三隔室中顆粒污泥濃度呈增加趨勢(20g/L、28.03g/L、37.96g/L)，第四隔室濃度下降(24.0g/L)，說(shuō)明在第一隔室中水解作用較強，隨隔室的推移，產(chǎn)酸作用占優(yōu)勢，到第三隔室產(chǎn)酸和一定程度的產(chǎn)甲烷作用同時(shí)存在，第四隔室產(chǎn)甲烷作用較占優(yōu)勢。由于產(chǎn)酸菌的生長(cháng)速率較快，導致第二和第三隔室污泥濃度較高，同時(shí)第二和第三隔室中顆粒污泥的平均粒徑均較大，其中顆粒為1～2 mm和2～4 mm的顆粒污泥在此兩隔室中各占30%、40%及45%、30%左右。

　　ABR應用于處理垃圾滲濾液與城市污水的混合廢水并控制在水解酸化階段時(shí)，具有優(yōu)良的運行性能和效果。
　�、� 可獲得明顯的水解酸化作用，提高廢水的可生化性，促進(jìn)好氧段運行的穩定性�；旌蠌U水的BOD₅/COD為0.2～0.665時(shí)，經(jīng)ABR反應器處理后出水的BOD₅/COD值可提高到0.37～0.68，且進(jìn)水的BOD₅/COD越低，其提高幅度越大。

　�、� 可形成性能良好的顆粒污泥�；旌蠌U水進(jìn)水負荷達 4.71kgCOD/(m³·d)時(shí)，反應器內形成粒徑為0.5～5mm、濃度為20～38 g/L的球狀及棒狀顆粒污泥。顆粒污泥的形成，大大提高了ABR反應器對沖擊負荷的抵抗能力。

　�、� 宜將進(jìn)水COD/NH4⁺-N控制在5～20，并需注意在高混合比下的缺磷問(wèn)題。