季節(jié)變化對(duì)滲瀝液原水性質(zhì)及處理效果的影響

徐昌文

(上海環(huán)境衛(wèi)生工程設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200232)

上海位于我國(guó)東部沿海，屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，四季較為分明，日照充分，雨量充沛，最高氣溫一般出現(xiàn)在7月、8月，最低氣溫則發(fā)生在1月、2月[1]。上海氣候溫和濕潤(rùn)，春秋較短，夏冬較長(zhǎng)，夏季冬季平均持續(xù)期在100 d以上。全年50%的雨量集中在6月～9月的汛期[2]。

中國(guó)比較主流的生活垃圾處置方式為填埋和焚燒，這兩種處置方式不可避免地會(huì)產(chǎn)生滲瀝液。中國(guó)原生生活垃圾的特點(diǎn)主要是廚余物質(zhì)多、含水率高、有機(jī)物含量高，混合收集，相對(duì)熱值較低[3]。在國(guó)內(nèi)生活垃圾焚燒廠設(shè)計(jì)中，垃圾往往在垃圾坑中發(fā)酵3～7 d瀝出滲瀝液后才進(jìn)行焚燒，此做法能夠提高垃圾發(fā)電的效率[4]，但同時(shí)產(chǎn)生了滲瀝液的問(wèn)題。垃圾焚燒廠滲瀝液具有以下特點(diǎn)：污染物成份復(fù)雜多變、水質(zhì)水量變化大；有機(jī)污染物濃度高(COD濃度高)；NH3-N濃度高；重金屬離子與鹽分含量高；焚燒廠滲瀝液呈酸性[5]。

本文分別選取2017年7月和2016年12月作為上海夏季、冬季的參照樣本，分析了這兩季季節(jié)性變化對(duì)某焚燒廠滲濾液處理站原水性質(zhì)及處理效果的影響。

1 工藝介紹與試驗(yàn)方法

1.1 工藝介紹

上海某焚燒廠滲瀝液處理站主要工藝為厭氧+MBR系統(tǒng)+深度處理，處理流程如圖1所示。滲瀝液首先經(jīng)過(guò)螺旋格柵機(jī)，將較大的雜質(zhì)和大顆粒懸浮物去除，然后進(jìn)入調(diào)節(jié)池，進(jìn)行水質(zhì)水量調(diào)節(jié)，接下來(lái)用泵提升至厭氧反應(yīng)器，去除大部分有機(jī)物后進(jìn)入MBR生化池。MBR系統(tǒng)分為生化部分和膜分離部分。生化部分采用兩級(jí)倒置硝化反硝化處理后，進(jìn)入外置式超濾系統(tǒng)進(jìn)行泥水分離，濃縮后的泥水混合液內(nèi)回流至反硝化段，超濾清液進(jìn)入納濾系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)外置式MBR處理的超濾出水，BOD、NH3-N、重金屬、懸浮物等指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，但部分難生化降解的有機(jī)物導(dǎo)致COD和色度指標(biāo)仍然可能超標(biāo)。因此利用納濾對(duì)超濾出水進(jìn)行深度處理，去除難生化降解的有機(jī)物，從而使得納濾出水達(dá)標(biāo)排放。滲瀝液處理過(guò)程中產(chǎn)生的剩余污泥經(jīng)脫水處理，脫水上清液回反硝化池，泥餅外運(yùn)至垃圾倉(cāng)。

圖1 滲瀝液處理工藝流程圖Fig.1 Process Flow of Leachate Treatment

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 天氣情況

本試驗(yàn)取樣選在2016年12月和2017年7月，對(duì)這兩個(gè)月內(nèi)滲瀝液處理站每日的原水及各階段出水取樣分析。選取12月和7月各15組數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)照，記錄當(dāng)日的天氣情況，兩月的天氣情況如表1和表2所示。

表1 2016年12月天氣情況

注：2016年12月降水量為48.9 mm

表2 2017年7月天氣情況

注：2017年7月降水量為71.2 mm

1.2.2 樣本選擇

本試驗(yàn)分別取滲瀝液原水和各階段出水作為試驗(yàn)數(shù)據(jù)。其中滲瀝液原水取自調(diào)節(jié)池進(jìn)水管處，厭氧出水取自厭氧反應(yīng)器清液出水管處，生化出水取自二級(jí)生化池清液出水管處，超濾出水取自超濾設(shè)備清液出水管處，納濾出水取自納濾設(shè)備清液出水管處。每日取樣后，立即對(duì)水質(zhì)進(jìn)行測(cè)試。

處理出水水質(zhì)需滿足《上海市污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(DB 31/445—2009)、《上海市污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 31/199—2009)相關(guān)規(guī)定，同時(shí)要求NH3-N≤25 mg/L，具體指標(biāo)如表3所示。

表3 滲瀝液出水水質(zhì)

1.2.3 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目與方法

滲瀝液原水及各階段出水主要測(cè)試項(xiàng)目包括：pH、懸浮物(SS)、化學(xué)需氧量(COD)與氨氮(NH3-N)。pH、SS、COD、NH3-N共測(cè)3次取平均值。其中pH采用pH計(jì)測(cè)量，SS采用105 ℃烘干重量法測(cè)算，COD采用重鉻酸鉀法測(cè)算，NH3-N采用納氏試劑光度法測(cè)量[6]。

2 結(jié)果與討論

2.1 夏冬兩季變化對(duì)滲瀝液原水pH的影響

由圖2可知：冬季滲瀝液原水的pH普遍高于夏季滲瀝液原水的pH；無(wú)論冬季還是夏季，pH變化都極為穩(wěn)定，波動(dòng)不大；冬季的pH值維持在5.4～5.6；夏季的pH值維持在5.1～5.2；無(wú)論是冬季還是夏季，滲瀝液原水都呈弱酸性。

圖2 夏冬兩季滲瀝液原水pH的變化情況Fig.2 Variation of pH Value of Raw Leachate during Summer and Winter

由于焚燒廠滲瀝液屬于原生滲瀝液，與填埋場(chǎng)滲瀝液不同，未經(jīng)過(guò)厭氧發(fā)酵過(guò)程，含有大量的有機(jī)酸[7]，因此滲瀝液pH值較低，一般為4～6。

2.2 夏冬兩季變化對(duì)滲瀝液原水SS的影響

由圖3可知：夏季滲瀝液原水的SS普遍高于冬季滲瀝液原水的SS，大約高300 mg/L；無(wú)論冬季還是夏季， SS變化較為穩(wěn)定，波動(dòng)不大(5%內(nèi))，在200 mg/L之內(nèi)；冬季的SS值維持在3 700～3 900 mg/L，夏季的SS維持在4 000～4 200 mg/L，高于設(shè)計(jì)值。滲瀝液經(jīng)過(guò)螺旋格柵機(jī)，將較大的雜質(zhì)和大顆粒懸浮物去除后進(jìn)入調(diào)節(jié)池，原水的取樣選擇在經(jīng)過(guò)螺旋格柵機(jī)之后，因此無(wú)論冬夏，SS均較為穩(wěn)定。焚燒廠滲瀝液是垃圾僅經(jīng)數(shù)天發(fā)酵形成的，主要為垃圾自身的水分、垃圾中易降解物質(zhì)發(fā)酵形出的水分、垃圾溶出的污染物及細(xì)小懸浮物[7]。我國(guó)的垃圾收集方式多為混合收集，垃圾中廚余物質(zhì)比較多，油類(lèi)物質(zhì)和懸浮物含量也較高[8]。因此，滲濾液處理前段多設(shè)置預(yù)處理工藝，截留部分懸浮物，為后端處理提供便利。

圖3 夏冬兩季滲瀝液原水SS的變化情況Fig.3 Variation of SS of Raw Leachate during Summer and Winter

2.3 夏冬兩季變化對(duì)滲瀝液原水COD的影響

由圖4可知：夏季滲瀝液原水的COD遠(yuǎn)高于冬季滲瀝液原水的COD，大約高15 000 mg/L；無(wú)論冬季還是夏季，COD變化較為穩(wěn)定，波動(dòng)不大，在3 000 mg/L之內(nèi)；冬季的CODCr維持在56 000～59 000 mg/L，夏季的CODCr維持在73 000～75 000 mg/L。夏季的平均氣溫為28～36 ℃，垃圾中微生物的活性較高，種類(lèi)也較多[9]，垃圾發(fā)酵較好，滲瀝液中有機(jī)物含量較高，因此夏季滲瀝液原水COD遠(yuǎn)高于冬季。冬季的平均氣溫只有7～12 ℃，垃圾中微生物的活性沒(méi)有夏季強(qiáng)，垃圾發(fā)酵也受到抑制，因此冬季滲瀝液原水COD較低。

圖4 夏冬兩季滲瀝液原水COD的變化情況Fig.4 Variation of COD of Raw Leachate during Summer and Winter

2.4 夏冬兩季變化對(duì)滲瀝液原水NH3-N的影響

由圖5可知:夏季滲瀝液原水的NH3-N高于冬季，大概高150 mg/L；無(wú)論冬季還是夏季， NH3-N變化較為穩(wěn)定，波動(dòng)不大(5%內(nèi))，波動(dòng)在100 mg/L之內(nèi)；冬季的NH3-N維持在1 650～1 720 mg/L；夏季的NH3-N維持在1 840～1 900 mg/L。對(duì)于垃圾焚燒廠，滲瀝液的水質(zhì)特征不僅與當(dāng)?shù)氐慕涤杲笛?、氣溫、濕度等氣象水文因素有關(guān)，還與垃圾的性質(zhì)及垃圾本身的含水率等因素有關(guān)，且這些因素大多通過(guò)影響微生物的生長(zhǎng)產(chǎn)生作用，因此垃圾中微生物的特性與滲瀝液中水質(zhì)變化有緊密聯(lián)系[10]。夏冬兩季NH3-N的差異和夏冬兩季COD的差異存在一定相似性，但并不完全一致。冬季NH3-N低于夏季NH3-N，但差異幅度比COD小，這與微生物的種類(lèi)差異及活性隨溫度變化程度密切相關(guān)。

圖5 夏冬兩季滲瀝液原水NH3-N的變化情況Fig.5 Variation of NH3-N of Raw Leachate during Summer and Winter

2.5 夏冬兩季變化對(duì)滲瀝液處理效果的影響

生活垃圾焚燒廠產(chǎn)生的滲瀝液量波動(dòng)范圍較大，是季節(jié)和地域的差異所致，通常呈現(xiàn)出夏季多、冬季少、南方多、北方少的特點(diǎn)[11]。由表4、表5可知，冬季滲瀝液的平均處理量為254 t/d，夏季則為366 t/d，這與上海冬季雨水少溫度低、夏季雨水多溫度高有關(guān)。

表4 2016年12月處理量及COD去除率

表5 2017年7月處理量及COD去除情況

冬季滲瀝液經(jīng)過(guò)厭氧系統(tǒng)后COD平均去除率為85.1%，夏季則為89.5%；滲瀝液經(jīng)過(guò)生化系統(tǒng)后COD平均累計(jì)去除率為98.9%，夏季則為99.1%；滲瀝液經(jīng)過(guò)超濾系統(tǒng)后COD平均累計(jì)去除率為99.4%，夏季則為99.5%；滲瀝液經(jīng)過(guò)納濾系統(tǒng)后COD平均累計(jì)去除率為99.7%，夏季則為99.8%。夏季因?yàn)闇囟容^高，微生物活性強(qiáng)，各階段的處理效率也略高。滲瀝液經(jīng)過(guò)超濾處理后，COD都能降到500 mg/L以下，COD能達(dá)標(biāo)，但由于色度的原因還需經(jīng)納濾系統(tǒng)進(jìn)一步處理后再行排放。雖然夏冬兩季滲瀝液的水質(zhì)水量波動(dòng)較大，但通過(guò)對(duì)各階段出水COD的監(jiān)測(cè)，可以得出此套滲瀝液處理工藝穩(wěn)定性較強(qiáng)。其他指標(biāo)也與COD情況相似，即經(jīng)過(guò)此套滲瀝液處理工藝處理均能達(dá)標(biāo)排放。

3 結(jié)論

(1)無(wú)論是冬季還是夏季，滲瀝液原水均呈弱酸性，夏冬兩季pH差異不大。

(2)夏季滲瀝液原水的水量、SS、COD、NH3-N普遍高于冬季滲瀝液，與氣溫及降雨量密切相關(guān)。夏季的降水量多于冬季，氣溫高于冬季，垃圾在垃圾坑停留3～7 d發(fā)酵后進(jìn)行焚燒，滲瀝液受到微生物發(fā)酵速率的影響，從而造成夏冬兩季的差異。

(3)雖然夏冬兩季滲瀝液的水質(zhì)水量波動(dòng)較大，但通過(guò)對(duì)各階段出水COD的觀察，可以得出此套滲瀝液處理工藝具有較高的穩(wěn)定性，處理效果良好。

[1]楊辰,王強(qiáng),顧宇丹.上海市城市暴雨內(nèi)澇評(píng)估建模及模型研究[J].氣象,2017,43(7):879-886.

[2]穆海振,史軍,賀芳芳.上海城市氣象災(zāi)害特點(diǎn)及巨災(zāi)防范淺析[J].上海保險(xiǎn),2015,32(8):23-24.

[3]吳曉暉,王聲東.垃圾填埋場(chǎng)滲瀝液處理工藝設(shè)計(jì)方案[J].凈水技術(shù),2013,32(3):63-66.

[4]羋金建.生活垃圾入焚燒爐前的處理[J].能源研究與利用,2010,22(2):42-44.

[5]葉杰旭.城市生活垃圾焚燒廠滲瀝液生物處理工藝及其效能研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2012.

[6]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[M].4版.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2002.

[7]魏云梅,趙由才.垃圾滲濾液處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].有色冶金設(shè)計(jì)與研究,2007,28(3):176-186.

[8]胡晨燕.生活垃圾焚燒廠滲濾液物化處理的工藝及機(jī)理研究[D].上海:同濟(jì)大學(xué),2006.

[9]陳朱蕾,曹麗,江娟,等.固體垃圾和滲瀝液中總DNA提取及微生物多樣性分析[J].環(huán)境衛(wèi)生工程,2007,15(5):35-38.

[10]SLACK R J,GRONOW J R,VOULVOULIS N.Household hazardous waste in municipal landfills:Contaminants in leachate[J].Science of the Total Environment,2005,34(2):119-137.

[11]HE P J,SHAO L M,QU X.Effects of feed solutions on refuse hydrolysis and landfill leachate characteristics[J].Chemosphere,2005,59(6):837-844.