垃圾滲濾液具有污染物濃度高、成分復(fù)雜、水質(zhì)不穩(wěn)定等特點(diǎn)，屬于難處理的高濃度廢水。垃圾滲濾液中含有大量的難降解有機(jī)物、氨氮、鹽及重金屬離子等，使其處理難度遠(yuǎn)高于市政污水。早期滲濾液有機(jī)物含量高，可生化性好，但隨著填埋時(shí)間的推移，晚期滲濾液NH4+-N濃度上升、COD及BOD降低、C/N失衡，可生化性隨之降低。此外，早期的垃圾填埋場(chǎng)采用的膜分離設(shè)備產(chǎn)生的濃縮液采用回灌的處理方法，使得總氮及鹽分累積，影響生化處理效果。

目前，垃圾滲濾液的處理方法主要包括物化法、生物法。物化法的主要優(yōu)點(diǎn)是處理效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)有保證，但處理費(fèi)用較高，且存在二次污染的問(wèn)題。此外，絕大多數(shù)物化方法只能針對(duì)滲濾液中的特定污染物，如吹脫只能去除滲濾液中的氨氮，對(duì)有機(jī)物幾乎沒有去除效果。生物法是處理垃圾滲濾液最常見的一種方法，它具有操作簡(jiǎn)單、可靠性強(qiáng)、處理成本低和二次污染小等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)處理垃圾滲濾液采用的生物法多為活性污泥法，如UASB+兩級(jí)A/O工藝，較少采用生物膜法。生物轉(zhuǎn)盤—兩級(jí)A/O—MBR組合工藝作為泥膜混合處理系統(tǒng)，可借助生物轉(zhuǎn)盤較大的比表面積實(shí)現(xiàn)菌種的固定，通過(guò)優(yōu)化運(yùn)行條件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)功能菌的富集和優(yōu)勢(shì)化構(gòu)建，從而強(qiáng)化對(duì)氨氮和有機(jī)物的去除效果。筆者基于廣東省某垃圾填埋場(chǎng)滲濾液處理站的生化組合處理工藝，詳細(xì)分析了生物轉(zhuǎn)盤—兩級(jí)A/O—MBR組合工藝對(duì)晚期垃圾滲濾液的處理效能，探討了系統(tǒng)氮平衡及微生物群落分布。

1、材料與方法

1.1 構(gòu)筑物與運(yùn)行

廣東某垃圾滲濾液處理站設(shè)計(jì)處理規(guī)模為600m3/d，采用的工藝流程見圖1。構(gòu)筑物主要包括混合池、生物轉(zhuǎn)盤（RBC）、兩級(jí)A/O、MBR，尺寸（L×W×H）分別為4.2m×2.5m×3.5m、4.20m×2.54m×2.55m、10m×8m×5.5m、6.3m×4.5m×4m。混合池、生物轉(zhuǎn)盤為碳鋼材質(zhì)，兩級(jí)A/O與MBR池為半地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其中生物轉(zhuǎn)盤盤片采用聚乙烯基樹脂PVDC制成，MBR采用PTFE中空纖維膜組件，膜面積為18.5m2/簾。

垃圾滲濾液經(jīng)調(diào)節(jié)池均化水質(zhì)后通過(guò)水泵連續(xù)進(jìn)水進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)行。該填埋場(chǎng)已運(yùn)行多年，所產(chǎn)滲濾液屬于晚期垃圾滲濾液，水質(zhì)特點(diǎn)為氨氮含量高，有機(jī)物中難降解的腐殖質(zhì)增多及揮發(fā)性脂肪酸（VFA）降低使可生化性變差，碳氮比大幅度降低。此外，早期RO濃縮液采用回灌填埋體的方式，易造成堆體滲濾液水質(zhì)惡化。

滲濾液經(jīng)圖1工藝及后續(xù)深度處理后，出水水質(zhì)達(dá)到了《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889—2008）中的表2標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)市政污水管道排入城市污水處理廠做進(jìn)一步處理。設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)見表1。

對(duì)2020年11月—2021年12月共406d的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以分析組合工藝的處理效果。監(jiān)測(cè)期間，組合工藝總水力停留時(shí)間為15d。一級(jí)好氧池硝化液回流至混合池，回流比為400%～600%；MBR部分污泥回流至一級(jí)缺氧池與混合池，回流比為200%～400%。向二級(jí)缺氧池中投加甲醇以滿足反硝化需求。

1.2 分析項(xiàng)目與方法

COD：酸性重鉻酸鉀法；NH4+-N：納氏試劑分光光度法；NO3--N：紫外分光光度法；TN：堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法。

微生物群落分析樣品分別取自混合液中活性污泥與生物轉(zhuǎn)盤盤片附著的生物膜。利用IlluminaMiSeqPE300測(cè)序平臺(tái)對(duì)樣品的16SrRNA局部區(qū)域進(jìn)行高通量擴(kuò)增子測(cè)序，獲得微生物群落結(jié)構(gòu)及多樣性，包括DNA提取、PCR擴(kuò)展、MiSeq文庫(kù)構(gòu)建和MiSeq測(cè)序。

2、結(jié)果與討論

2.1 對(duì)COD的去除效果

由于是填埋場(chǎng)晚期垃圾滲濾液，進(jìn)水COD濃度波動(dòng)大，主要集中在2000～6000mg/L（見圖2）。而MBR膜池出水COD濃度較穩(wěn)定，為1000～2000mg/L。進(jìn)水COD濃度受夏季降雨影響明顯，6月—9月進(jìn)水COD主要集中在2000～4000mg/L，其余月份主要集中在4000～6000mg/L，而各月份MBR膜池出水COD濃度相差較小，表明該組合工藝對(duì)COD具有較穩(wěn)定的去除效果，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。

隨著填埋時(shí)間的增加，滲濾液COD中腐殖質(zhì)，特別是腐殖酸的比例將大幅上升。該垃圾滲濾液的可生化性差，組合工藝對(duì)COD的平均去除率為57.20%，COD中可生物降解部分基本被去除。通過(guò)組合工藝的處理，MBR膜池平均出水COD為1595mg/L，可有效緩解后續(xù)深度處理膜污染的發(fā)生。再經(jīng)后續(xù)深度處理后，出水COD濃度可達(dá)到設(shè)計(jì)出水水質(zhì)要求。

2.2 對(duì)NH4+-N的去除效果

生物脫氮過(guò)程主要通過(guò)硝化和反硝化作用實(shí)現(xiàn)，單一厭氧條件下難以完成反硝化脫氮過(guò)程。組合工藝通過(guò)兩級(jí)A/O輔以回流比為400%～600%的混合液回流，可以實(shí)現(xiàn)高NH4+-N去除率，進(jìn)水NH4+-N濃度波動(dòng)較大（見圖3），為1000～3500mg/L，但MBR出水NH4+-N濃度均低于60mg/L，整體去除率為98.90%

進(jìn)水NH4+-N濃度在冬季變化幅度較大，而MBR膜池出水NH4+-N濃度維持在一個(gè)較穩(wěn)定的水平，2020年12月、2021年1月與2月MBR膜池出水NH4+-N平均濃度均在20～30mg/L，表明該組合工藝在冬季進(jìn)水NH4+-N濃度不穩(wěn)定的情況下也能取得較好的去除效果，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。此外，MBR膜池出水NH4+-N濃度與進(jìn)水NH4+-N濃度變化趨勢(shì)接近，組合工藝的處理效果一定程度上受進(jìn)水NH4+-N濃度的影響，但整體上MBR膜池出水NH4+-N濃度在40mg/L以下，通過(guò)后續(xù)深度處理可保證出水NH4+-N濃度穩(wěn)定達(dá)到設(shè)計(jì)出水水質(zhì)要求。

2.3 對(duì)TN的去除效果

組合工藝通過(guò)生物轉(zhuǎn)盤和兩級(jí)A/O進(jìn)行硝化、反硝化，將滲濾液中的氮素轉(zhuǎn)化為氮?dú)鈴亩鴮?shí)現(xiàn)氮的去除。監(jiān)測(cè)期間，進(jìn)水TN平均濃度為2152mg/L，MBR膜池出水TN平均濃度為94mg/L，整個(gè)生物系統(tǒng)對(duì)TN的平均去除率為95.47%。再經(jīng)后續(xù)深度處理，可使出水TN濃度穩(wěn)定達(dá)到設(shè)計(jì)出水水質(zhì)要求。在進(jìn)水TN波動(dòng)較大的情況下，各月份出水TN平均濃度基本在80～100mg/L范圍內(nèi)且變化幅度小（見圖4），并未受到水質(zhì)沖擊的影響。

晚期垃圾滲濾液碳氮比大幅度降低，一般小于3。該處理站進(jìn)水COD/TN主要集中在1～3，且部分有機(jī)物為惰性有機(jī)物，只能滿足部分碳源需求；因此通過(guò)在A2池（二級(jí)A/O缺氧池）補(bǔ)充投加碳源以滿足反硝化需求。

2.4 系統(tǒng)氮平衡分析

在該組合工藝中，混合池主要起均化水質(zhì)、水量的作用，生物轉(zhuǎn)盤起硝化與反硝化作用，兩級(jí)A/O中缺氧池A1、A2主要起反硝化作用，好氧池O1、O2、O3、O4主要起硝化作用。為了更好地判斷組合工藝中各單元對(duì)脫氮發(fā)揮的作用，對(duì)氮素濃度進(jìn)行平衡分析。監(jiān)測(cè)過(guò)程中各單元中均未檢出NO2--N，系統(tǒng)主要依靠全程硝化反硝化脫氮，監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖5。

系統(tǒng)進(jìn)水TN濃度為2366.75mg/L，NH4+-N濃度為2082.00mg/L，NO3--N濃度為11.57mg/L，由于硝化液回流與污泥回流的稀釋作用，混合池NH4+-N濃度降低至309mg/L，NO3--N濃度升高至50.21mg/L。

生物轉(zhuǎn)盤盤片部分浸沒于混合液中，通過(guò)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)交替地與混合液和空氣接觸，故生物轉(zhuǎn)盤內(nèi)存在硝化與反硝化反應(yīng)，在降低后續(xù)單元氨氮負(fù)荷的同時(shí)充分利用了原水中的有機(jī)物進(jìn)行反硝化。生物轉(zhuǎn)盤中NH4+-N濃度為287.08mg/L，NO3--N濃度為28.28mg/L，NH4+-N與NO3--N去除率分別為7.09%、43.68%。

由于污泥回流及反硝化作用，缺氧池A1中NH4+-N與NO3--N濃度分別為197.10mg/L與5.04mg/L。由于未向缺氧池A1投加碳源，故A1充分利用了原水中的有機(jī)物進(jìn)行反硝化脫氮。混合液經(jīng)過(guò)好氧池O1、O2、O3處理后，NH4+-N濃度逐步降低至40.8mg/L，NO3--N濃度逐步升高至94.33mg/L，NH4+-N去除率為79.30%，硝化作用明顯。運(yùn)行中在缺氧池A2投加碳源，NO3--N濃度降低至3.99mg/L，去除率為95.77%。相比缺氧池A1，缺氧池A2在高NO3--N負(fù)荷的情況下，NO3--N去除率也相對(duì)較高，說(shuō)明投加的碳源被有效利用。混合液經(jīng)過(guò)好氧池O4處理后，NH4+-N濃度由35.70mg/L降低至21.30mg/L，相對(duì)應(yīng)NO3--N濃度由3.99mg/L升高至14.50mg/L，在降解NH4+-N的同時(shí)，產(chǎn)生的NO3--N可隨污泥回流至缺氧池A1進(jìn)行降解。由于MBR膜池通過(guò)曝氣防止膜組件堵塞，故MBR膜池存在硝化反應(yīng)，出水NH4+-N與NO3--N濃度分別為15.60、18.25mg/L，TN濃度為77mg/L。

2.5 微生物群落分析

混合液中的活性污泥與附著于生物轉(zhuǎn)盤上的生物膜在門水平上的微生物群落相對(duì)豐度分布見圖6，主要有變形菌門（Proteobacteria）、綠彎菌門（Chloroflexi）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、髕骨細(xì)菌門（Patescibacteria）、放線菌門（Actinobacteria）。

最優(yōu)勢(shì)菌門Proteobacteria在污水處理過(guò)程中對(duì)有機(jī)物降解和脫氮起重要作用，并可減輕污染物引起的生物毒性，其中大部分屬于腐生異養(yǎng)型細(xì)菌，此外還包括很多氨氧化細(xì)菌、亞硝酸鹽氧化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌。Proteobacteria在活性污泥和生物膜中的相對(duì)豐度分別為36.56%、62.5%，表明其在該組合工藝脫氮過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。生物膜中Proteobacteria的相對(duì)豐度遠(yuǎn)高于活性污泥，表明生物轉(zhuǎn)盤對(duì)有機(jī)物及氮素的穩(wěn)定去除發(fā)揮了重要作用。Chloroflexi和Bacteroidetes普遍存在于污水處理廠生物池并參與有機(jī)物降解，Patescibacteria為難降解有機(jī)廢水處理工藝中很常見的優(yōu)勢(shì)菌，Actinobacteria在營(yíng)養(yǎng)物去除過(guò)程中起著重要作用，是廢水處理系統(tǒng)中廣泛存在的門。

混合液中的活性污泥與附著于生物轉(zhuǎn)盤上的生物膜在屬水平上的微生物群落分布見圖7，最優(yōu)勢(shì)菌屬為unclassified_f__Methylophilaceae，它屬于變形菌門甲基球菌科，在活性污泥與生物膜中的相對(duì)豐度分別為17.05%和23.11%。Methylophilaceae能夠吸收同化單碳有機(jī)物，Kalyuhznaya等使用同位素探針技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)利用甲醇進(jìn)行反硝化的菌屬也主要屬于Methylophilaceae。組合工藝在A2池投加甲醇以滿足反硝化碳源需求，Methylophilaceae的大量富集說(shuō)明在脫氮過(guò)程中甲醇被有效利用。

norank_f__PHOS-HE36與norank_f__A4b在活性污泥中的豐度均高于生物膜，在活性污泥與生物膜中相對(duì)豐度分別為9.98%、6.12%和9.58%、3.23%。norank_f__PHOS-HE36屬于擬桿菌門PHOS-HE36科，此前在反硝化群落中有報(bào)道。norank_f__A4b屬于綠彎菌門A4b科，Xiang等曾報(bào)道A4b有助于脫氨顆粒污泥骨架結(jié)構(gòu)的形成。Timmermans等發(fā)現(xiàn)采用甲醇作為外加碳源時(shí)可使Hyphomicrobium得到富集，Hyphomicrobium是反硝化系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)微生物。Hyphomicrobium在生物膜中的相對(duì)豐度為12.22%，而其在活性污泥中的相對(duì)豐度僅為4.78%，這說(shuō)明生物轉(zhuǎn)盤可提高組合工藝對(duì)Hyphomicrobium菌屬的富集效果。

3、結(jié)論

①在406d監(jiān)測(cè)期間，組合工藝對(duì)晚期垃圾滲濾液中的NH4+-N與TN有良好的去除效果，且基本去除了進(jìn)水COD中可生化降解部分，組合工藝對(duì)COD、NH4+-N、TN的平均去除率分別為57.20%、98.90%、95.47%，且具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力。

②系統(tǒng)中生物轉(zhuǎn)盤、缺氧池A1及A2為主要反硝化脫氮單元，其中生物轉(zhuǎn)盤與缺氧池A1充分利用原水中可生物降解的有機(jī)物去除回流帶入的NO3--N，而缺氧池A2則利用投加的碳源去除好氧池O1、O2、O3硝化產(chǎn)生的NO3--N，組合工藝可充分利用進(jìn)水中可生物降解有機(jī)物，從而節(jié)省了外加碳源的用量。

③在門水平上Proteobacteria為最優(yōu)勢(shì)菌門，在污水處理過(guò)程中對(duì)有機(jī)物降解和脫氮起重要作用。在屬水平上unclassified_f__Methylophilaceae與Hyphomicrobium均可利用甲醇進(jìn)行反硝化，在活性污泥與生物膜中的相對(duì)豐度分別為17.05%、23.11%與4.78%、12.22%。優(yōu)勢(shì)菌門與優(yōu)勢(shì)菌屬在生物膜中的相對(duì)豐度均高于活性污泥，表明生物轉(zhuǎn)盤可提高組合工藝對(duì)Hyphomicrobium的富集效果。