随着我国城市化进程加快和经济快速发展,垃圾处理问题日益突出。卫生填埋作为我国主要的垃圾处理技术,产生的垃圾渗滤液对环境危害日益严重。由于垃圾渗滤液具有水量、水质变化大,CODCr、氨氮浓度高,可生物降解性差,有毒有害物质浓度高的特点,使垃圾渗滤液处理成为国际上公认的难点。目前,国内外垃圾渗滤液污染及其防治的相关研究逐渐增多,出于对运行费用的考虑,绝大部分研究者将渗滤液处理研究重点集中在生物处理技术研究上。以往工程实践和研究结果表明,渗滤液不经过预处理,很难达到排放标准。《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889—2008)的颁布实施,为渗滤液处理提出更高的要求。进行垃圾渗滤液处理工艺研究,提高渗滤液处理效能,满足新的排放标准,成为课题面临的和必须解决的重点难题。本论文总结了国内外垃圾渗滤液处理技术的研究成果及经验教训,在试验研究基础上,通过对黑石子垃圾渗滤液处理工艺运行模式和处理效果的分析,应用生物处理技术和反应工程学原理,提出了“序批式强化预处理反应器SIPR+序批式生物膜反应器SBBR”的生物处理组合工艺构想,并进行了SIPR-SBBR工艺处理效能、模型验证和理论计量研究。通过水解反应和硝化反硝化在SIPR的共同实现,同步提高了预处理出水的可生化性和预处理反应器的脱氮效能,使预处理出水营养配比良好,为后续好氧生物处理创造了有利条件。同时后续好氧生物处理工艺——SBBR工艺在低能耗条件下,具有高效的污染物去除效能,抗冲击负荷能力强,出水水质稳定。通过SIPR和SBBR处理效能影响因素试验研究,探索较优的运行工况,以高效节能的处理方式,因地制宜地提高渗滤液生物处理效果。试验证明,采用SIPR+SBBR的工艺组合技术路线,能得到了较好的渗滤液脱碳脱氮效果,并且常温下,SIPR-SBBR出水平均CODCr、BOD5、TOC、氨氮、TN、TP、SS和色度低达179mg/L、26.8mg/L、95.8mg/L、35.2mg/L、134.9mg/L、2.75mg/L、27.3mg/L和35倍。以高效、低能耗、保证处理水量为目标,分别进行常温、较高温度、较低温度条件下SIPR-SBBR处理效能正交试验研究,SIPR、一阶SBBR、二阶SBBR最佳处理工艺条件是:HRT分别为2d、4d、2d,DO浓度分别为0.75mg/L、2.0mg/L、2.5mg/L,序批周期为6h(常温);HRT分别为1.5d、3d、1.5d,DO浓度分别为1.0mg/L、2.5mg/L、3.0mg/L,序批周期为6h(较高温度);HRT分别为3d、6d、3d,DO浓度分别为0.7mg/L、2.0mg/L、2.5mg/L,序批周期为8h(较低温度)。根据新颁布实施的《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889—2008),常温下SIPR-SBBR出水BOD5、TP、色度、SS、总汞、总砷、总镉、总铬、六价铬能满足直接排放标准。通过对SIPR+SBBR垃圾渗滤液处理工艺的生物降解机理分析,认为SIPR对颗粒态、粗胶体、难降解有机物的去除是高效的,同时SBBR对溶解性有机物的降解具有高效性。渗滤液在经过SIPR处理后,出水中难化学氧化有机物比率大幅度下降,而经过SBBR处理,出水中难化学氧化有机物比率上升,为后续深度生化工艺处理增加难度。经SIPR-SBBR处理,渗滤液的氮磷比进一步减小,缓解了缺磷问题;同时出水碳氮比逐渐提高,这为后续深度处理提供了较好的营养配比。为保证最终出水满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889—2008),设计了“混凝沉淀+SBBR”的后续深度生化处理工艺,混凝沉淀对难于生物降解的污染物具有较好的去除效果,SBBR具有较高的脱氮效能。SIPR+SBBR+混凝沉淀+SBBR生化组合工艺最终出水达到新颁布的《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889—2008)规定的直接排放标准。结合生物筛选理论和混合菌群脱氮动力学研究结果,建立了SIPR的脱氮动力学模型,并进行模型拟合,动力学理论计算值与实际去除效果拟合较好。通过进行生物膜降解机理研究,得出二阶段SBBR有机物降解动力学模型,以此指导生产性试验。这为今后SIPR-SBBR成功地运用到渗滤液生物处理工程实践中去,奠定了理论基础,提供了技术支撑。