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缺氧-好氧复合式膜生物反应器处理垃圾渗滤液的效能与机理探究

一、引言

1.1研究背景

随着城市化进程的飞速发展以及人口数量的持续增长，城市生活垃圾的产生量呈现出迅猛上升的趋势。据相关统计数据表明，我国城市生活垃圾的年产量已高达数亿吨，并且仍以每年一定的比例在递增。在垃圾的堆放、填埋以及焚烧等处理处置过程中，会产生一种成分极为复杂且污染性极强的高浓度有机废水——垃圾渗滤液。

垃圾渗滤液的产生途径较为多样。在垃圾填埋场中，垃圾自身含有的水分、降水的渗入、地下水的上升以及垃圾中有机物质的分解等，都会促使垃圾渗滤液的形成。垃圾转运站在对垃圾进行压缩、暂存降解等操作时，也会产生渗滤液，其产量大约为转运垃圾量的10%-15%。焚烧厂为了提高垃圾的能源化价值，通常会将垃圾在入炉焚烧前储存3-7天以降低含水量，在此期间会产生大量渗滤液，产量约为垃圾量的10%-20%。据估算，我国垃圾渗滤液的产量远高于发达国家，2023年我国垃圾渗滤液产生量达10214.2万吨左右，且随着垃圾产生量的增加，渗滤液的产生量也在不断攀升。

垃圾渗滤液中含有大量的有机物、氨氮、重金属以及各类微生物等污染物，成分异常复杂。其有机物浓度（以COD衡量）可高达数千甚至数万mg/L，是生活污水的几十倍乃至几百倍。氨氮浓度也较高，通常在1000-3000mg/L之间，且随着垃圾填埋场使用年限的增加，垃圾渗滤液的可生化性逐渐降低，氨氮和COD的比例以及营养元素比例均会严重失调，这给处理工作带来极大困难。垃圾渗滤液中还含有多种重金属离子，如铅、汞、镉、铬等，以及多环芳烃、农药、酞酸酯等有机污染物，这些污染物具有毒性、致畸性和致癌性等危害。

倘若垃圾渗滤液未经有效处理就直接排放，将会对环境造成极其严重的危害。其会对地表水、地下水以及土壤等造成严重污染，进而导致水资源质量下降，周边土壤肥力降低，影响农作物生长，甚至危害人体健康。垃圾渗滤液中的挥发性气体含有有毒物质，会严重影响周边空气环境质量，垃圾渗滤液中的有机物质发酵还会产生硫化氢、氨气等恶臭气体，给周边居民的生活带来极大困扰。如某些垃圾填埋场周边的地下水被检测出含有高浓度的氨氮、重金属等污染物，使得周边居民的饮用水安全受到严重威胁；一些垃圾转运站因渗滤液随意排放，导致周边污水横流、蚊蝇滋生，环境卫生状况恶劣。

面对垃圾渗滤液带来的严峻环境问题，寻求高效、经济的处理方法已刻不容缓。目前，工程中大多采用“前处理+生物处理+深度处理”的组合工艺来处理垃圾渗滤液。前处理一般采用物化处理，包括混凝法、吹脱法、沉淀法、吸附法等，主要目的在于降低SS浓度，去除部分重金属离子；生物处理有好氧及厌氧、好氧组合等多种形式，常规工艺包括上流式厌氧污泥床（UASB）、上流式污泥床过滤器（UBF）、膜生物反应器（MBR）、A2/O、A/O等，生物处理的主要任务是脱氮除碳；深度处理技术包括膜技术、高级氧化技术等，主要任务是作为生物处理出水的保障，进一步降低出水中COD、NH?-N及金属离子的浓度和色度。

然而，传统的处理技术在实际应用中存在诸多局限性。传统的生物法处理存在操作难度大、处理周期长、运营成本高等问题。对于高浓度的垃圾渗滤液，传统的好氧生物反应器往往处理效率不佳，难以满足日益严格的环保要求。一些采用传统活性污泥法处理垃圾渗滤液的设施，由于垃圾渗滤液的水质波动大，导致处理效果不稳定，出水水质难以达标。膜生物反应器虽然具有固液分离效率高、出水水质好等优点，但也面临着膜污染、膜成本高、浓缩液处理困难等问题。膜污染会导致膜通量下降，增加运行成本和维护难度；膜成本较高，使得整体处理成本上升；而膜处理产生的浓缩液占比达15%-30%，目前对浓缩液的处理尚无理想的方法，若将其回灌至填埋场，会引发盐分累积、膜堵塞等问题。

因此，开发一种能够克服传统处理技术局限的新型处理方法具有重要的现实意义。缺氧-好氧复合式膜生物反应器作为一种新型的生物反应器，结合了缺氧环境和好氧环境的优势，以及膜分离技术的高效性，有望为垃圾渗滤液的处理提供新的解决方案。通过在缺氧环境下进行反硝化作用去除氮素，在好氧环境下进行有机物的降解和硝化作用，同时利用膜的高效截留作用，实现对垃圾渗滤液中有机物、氮、磷等污染物的有效去除，具有高效、节能、稳定等潜在优点。研究利用缺氧-好氧复合式膜生物反应器处理垃圾渗滤液的可行性和适用性，对于改善垃圾渗滤液处理效果、推广新型生物反应器的应用具有重要的研究价值和实际应用前景。

1.2研究目的与意义

本研究旨在通过一系列的实验和分析，深入探究缺氧-好氧复合式膜生物反应器处理垃圾渗滤液的效果、影响因素以及微生物机理，为该技术在实际工程中的应用提供坚实的理论依据和有