常州某垃圾填埋場滲濾液處理工程實(shí)例

溧陽中材環(huán)保有限公司 常州 213000

垃圾滲濾液是垃圾在堆放和填埋的過程中由于壓實(shí)、發(fā)酵等生物化學(xué)降解作用，同時(shí)在降水和地下水的滲流作用下與垃圾自身產(chǎn)生的液體混合形成的一種高濃度有機(jī)或無機(jī)成分的液體。

本次工藝研究處理的垃圾滲濾液來源為常州某生活垃圾填埋場，滲濾液主要來源有三個(gè)部分，即垃圾本身含有的和填埋過程中發(fā)生生物反應(yīng)生成的水分、填埋區(qū)內(nèi)的雨水匯集和淺層地表滲流水。影響垃圾滲濾液生產(chǎn)量和成份的因素很多，主要包括垃圾成份、溫度氣候條件、年平均降雨及垃圾填埋場的地質(zhì)條件。還有一個(gè)重要因素，即垃圾填埋齡的影響尤為明顯。垃圾滲濾液成份復(fù)雜，含有許多有害的有機(jī)物和重金屬。對垃圾滲濾液做過抽樣測定，有機(jī)污染物達(dá)到100多種，其中含有近20種難以生物降解的雜環(huán)類化合物和長鏈有機(jī)化合物。垃圾滲濾液含有較高濃度的有機(jī)物和氨氮，屬于典型的難處理高濃度廢水[1]。而且隨著季度性降雨量和氣溫的變化，水質(zhì)水量變化幅度很大，總體水質(zhì)情況會隨垃圾填埋齡的延長發(fā)生質(zhì)的變化。垃圾填埋根據(jù)垃圾填埋年限分為：初期填埋場、成熟填埋場和老齡填埋場。3年以下的填埋場為初期填埋場，3至10年的為成熟填埋場，10年以上的為老齡填埋場[2]。此垃圾填埋場是成熟期的垃圾填埋場，COD和BOD濃度有所下降，但B/C比下降更明顯，可生化性很差，而氨氮濃度較高，這個(gè)時(shí)期的滲濾液屬于難處理垃圾滲濾液[3]。

1 組合工藝介紹

1.1 進(jìn)出水質(zhì)及工藝流程

此垃圾滲濾液處理站日處理量60～126噸，根據(jù)接收量和生產(chǎn)需求安排，執(zhí)行《生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》GB16889—2008標(biāo)準(zhǔn)，其進(jìn)水水質(zhì)和出水主要指標(biāo)所允許的最高排放濃度見表1，出水部分回用，部分排放，RO濃水回灌填埋場，濃水產(chǎn)生量通過循環(huán)，可小于15%。

表1 工程進(jìn)水水質(zhì)及出水排放標(biāo)準(zhǔn)

針對此生活垃圾填埋場的滲濾液具體特征，尤其是高氨氮的特點(diǎn)，采用“A/O+MBR+RO”循環(huán)系統(tǒng)工藝，前置二級反硝化、硝化系統(tǒng)降解高分子有機(jī)物，除氮去磷，為后續(xù)處理減輕壓力，緩解MBR膜和RO膜的損耗，延長膜壽命；后續(xù)MBR超濾和RO反滲透進(jìn)一步過濾掉滲濾液中相對較大有機(jī)質(zhì)或無機(jī)質(zhì)，保證出水水質(zhì)。其工藝流程圖見圖1。

圖1 系統(tǒng)工藝流程

1.2 工藝介紹

1.2.1 調(diào)節(jié)及均質(zhì)池

垃圾滲濾液由于受客觀因素影響，其水質(zhì)成分有較大波動，對于長期固定的循環(huán)系統(tǒng)有一定的沖擊。為了緩解沖擊和穩(wěn)定水量，在系統(tǒng)最前面設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)池和均質(zhì)池。在均質(zhì)池中可加入純堿等藥劑達(dá)到一個(gè)初期處理的穩(wěn)定效果，通過便攜式溶解氧測定儀609L測量其溶氧量為0.15～0.4mg/L，基本可看做厭氧環(huán)境，初步分解掉高分子碳水化合物、糖類、乙酸等成小分子有機(jī)物，同時(shí)也起到中和溶液、平衡酸堿度的效果。

1.2.2 A/O系統(tǒng)

A/O工藝是將前段反硝化系統(tǒng)和后段硝化系統(tǒng)串聯(lián)起來，A1-O1-A2-O2，從一級反硝化池開始，到二級硝化池再進(jìn)入MBR膜處理池，再回流至一級反硝化池繼續(xù)生化循環(huán)處理，回流比為1.0～1.5。

A池溶解氧濃度測量為0.17～0.4mg/L，起到缺氧反硝化除氮作用，O池溶氧量3.5～4.6mg/L，起到硝化氧化氨氮和吸磷作用。由于滲濾液高氨氮而COD相對較低的特點(diǎn)，為了碳氮比達(dá)到3∶1至4∶1，需要補(bǔ)充一定的碳源為缺氧池中異養(yǎng)菌生存工作，碳源選用葡萄糖，1kg葡萄糖約折合COD為1.06kg。進(jìn)水COD濃度在2500mg/L左右。如果實(shí)際投放的滲濾液COD占1000mg/L，則需要補(bǔ)充1000～1500mg/L的碳源，根據(jù)實(shí)際投放的滲濾液增加或減少，補(bǔ)充碳源的量相應(yīng)改變。缺氧池中異養(yǎng)菌在碳源充足條件下將滲濾液中淀粉、纖維、碳水化合物等懸浮污染物和可溶性有機(jī)物降解為有機(jī)酸等，大分子有機(jī)物在此變成小分子有機(jī)物，不溶性有機(jī)物轉(zhuǎn)化成可溶性有機(jī)物，可為氧池硝化作用提高可生化性，提高氧氣的硝化效率；異養(yǎng)菌在缺氧的環(huán)境下可將蛋白質(zhì)、脂肪等大分子有機(jī)物有機(jī)鏈上的N或氨基酸的氨基進(jìn)行氨化，使氨游離出來，然后在充足氧氣下，自養(yǎng)菌進(jìn)行硝化作用，將氨氮一步步氧化成硝酸根離子，控制污水回流使其返回缺氧池，再通過反硝化作用將NO3-還原成分子態(tài)氮?dú)膺M(jìn)入大氣，進(jìn)行無污染處理，完成C、N、O的循環(huán)[4]。反硝化、硝化N的循環(huán)見圖2。

圖2 反硝化、硝化N的循環(huán)圖

1.2.3 MBR膜系統(tǒng)

膜生物反應(yīng)器是一種將膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)污水生物處理工藝有機(jī)結(jié)合的新型高效污水處理與回用工藝。通過和膜組件的高效分離作用，大幅提高了泥水分離效率，并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中優(yōu)勢菌的出現(xiàn)，污泥齡長，提高了生化反應(yīng)速率[5]。同時(shí)，該工藝能大幅減少剩余污泥的產(chǎn)量，基本解決了傳統(tǒng)生物方法存在的剩余污泥產(chǎn)量大、占地面積大、運(yùn)行效率低等突出問題。在膜生物反應(yīng)器中，浸在好氧曝氣區(qū)的中空纖維膜組成的膜組件，膜材質(zhì)為聚偏氟乙烯，壽命長、抗污染性強(qiáng)、易清洗、適于污水處理。采用0.1微米的中空纖維膜孔徑可以完全防止細(xì)菌通過，實(shí)現(xiàn)分離以及各種懸浮顆粒、細(xì)菌、藻類、渾濁度和COD的平均有效去除以及有機(jī)物的平均有效去除，保證出水水質(zhì)良好懸浮物接近零。由于微濾膜近100%的菌種分離效果，曝氣池內(nèi)的生物濃度可達(dá)到10000mg/L以上，這樣不僅提高了曝氣池的抗沖擊能力，也提高了負(fù)荷能力，大幅降低了所需曝氣池容積，也降低了生化系統(tǒng)的投資成本。曝氣鼓風(fēng)機(jī)對反應(yīng)池底部進(jìn)行工作，保證了充足溶氧量對滲濾液進(jìn)行硝化反應(yīng)。污泥的高效截留效果使得生化污泥大量存在于整個(gè)工藝系統(tǒng)，減少污泥的流失，使得污泥齡變長，保證了硝化細(xì)菌的繁殖發(fā)育，有利于降解有機(jī)物，降低COD和氨氮。經(jīng)過處理的污水通過回流泵再次回到各個(gè)生化池進(jìn)行循環(huán)反復(fù)處理，確保出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，也減少對MBR膜組件的損耗和污染，增加了整個(gè)工藝系統(tǒng)的效率和壽命。多個(gè)好氧池的硝化系統(tǒng)也間接增加了整個(gè)系統(tǒng)的容錯(cuò)率，保證整個(gè)細(xì)菌的生存繁殖。

處理站采用鼓風(fēng)機(jī)曝氣，通過微生物的新陳代謝來去除污水中的污染物質(zhì)，需12小時(shí)連續(xù)曝氣，三臺風(fēng)機(jī)兩用一備，可以通過手動和自動切換。正常運(yùn)行時(shí)風(fēng)機(jī)每1天自動切換一次，避免長期連續(xù)使用同一臺風(fēng)機(jī)。出現(xiàn)故障時(shí)應(yīng)將風(fēng)機(jī)設(shè)置為手動控制，使兩臺風(fēng)機(jī)正常工作，另一臺及時(shí)維修或更換。

1.2.4 RO膜系統(tǒng)

RO膜即反滲透膜，通過對處理后的污水加壓，使得高濃度污水從RO膜透過進(jìn)入低濃度水中。RO膜孔徑極小，可達(dá)到納米級(0.0001微米)，遠(yuǎn)小于一般有機(jī)質(zhì)、無機(jī)鹽重金屬、膠體、細(xì)菌、病毒等物質(zhì)，僅有水分子和部分礦物質(zhì)能夠透過，從而取得符合排放標(biāo)準(zhǔn)的出水。通過前期處理的污水已經(jīng)得到很大程度上的凈化，所以減少了RO膜的負(fù)荷和損耗。

2 運(yùn)行數(shù)據(jù)整理分析

為了確保系統(tǒng)工藝長期穩(wěn)定地運(yùn)行，技術(shù)人員連續(xù)兩個(gè)月對每天的滲濾液進(jìn)出水水質(zhì)進(jìn)行全面化驗(yàn)檢測。檢測成分為：COD、總氮、總磷、氨氮、PH等，實(shí)驗(yàn)室主要的檢測儀器為5B-1型COD快速測定儀和752N紫外可見光光度計(jì)。由于兩個(gè)月的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)量較大，本次研究取研究過程中中間日期的連續(xù)十個(gè)工作日(實(shí)際九天)數(shù)據(jù)作為本次討論的研究對象，其中COD和氨氮作為本次主要研究討論對象，其他指標(biāo)作為次要研究對象，如磷、PH等，圖3為COD和氨氮進(jìn)出水檢測數(shù)據(jù)，進(jìn)水為滲濾液原水，即未進(jìn)入調(diào)節(jié)池未經(jīng)過任何人為處理的污水，出水為經(jīng)過整個(gè)系統(tǒng)處理的RO出水。

圖3 COD、氨氮進(jìn)出水檢測數(shù)據(jù)

進(jìn)水滲濾液中的COD濃度極其不穩(wěn)定，最低只有1200mg/L，最高超過2600mg/L，但全部在滲濾液處理范圍之內(nèi)；進(jìn)水氨氮濃度較高，全部超過1000mg/L，最低1011mg/L，最高1560mg/L，基本都在1300～1600mg/L范圍，進(jìn)水碳氮比嚴(yán)重失調(diào)；連續(xù)九天的出水指標(biāo)全部達(dá)標(biāo)，COD出水濃度最高62mg/L，平均51mg/L，出水氨氮濃度最高13.9mg/L，最低0.2mg/L，平均數(shù)據(jù)不到5mg/L，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)氨氮出水標(biāo)準(zhǔn)。

為了了解整個(gè)工藝系統(tǒng)各環(huán)節(jié)處理效果，對進(jìn)水、A/O出水、MBR出水及RO出水水質(zhì)分別做了數(shù)據(jù)檢測整理，并得到各個(gè)工藝的COD、氨氮的去除率、去除效果和數(shù)據(jù)，見表2。

表2 滲濾液進(jìn)水及各個(gè)系統(tǒng)出水的數(shù)據(jù)指標(biāo) (單位mg/L)

由于A/O系統(tǒng)與MBR池串聯(lián)并循環(huán)滲濾液處理，無法得到單獨(dú)硝化反硝化的處理效果，A/O出水?dāng)?shù)據(jù)是取MBR池中的水并作分析；MBR出水是經(jīng)過整個(gè)A/O+MBR膜組件處理的出水，其效果包括了前段兼氧調(diào)節(jié)和二級A/O的凈水處理；RO反滲透系統(tǒng)則是整個(gè)系統(tǒng)最后的凈化環(huán)節(jié)，也是達(dá)標(biāo)最終出水的最后保障。

根據(jù)各個(gè)系統(tǒng)的出水檢測數(shù)據(jù)，計(jì)算了COD及氨氮每個(gè)系統(tǒng)的去除率。A/O去除率就是A/O出水?dāng)?shù)據(jù)與進(jìn)水?dāng)?shù)據(jù)作對比計(jì)算的結(jié)果，而MBR和RO去除率則是以進(jìn)入各個(gè)系統(tǒng)的水質(zhì)數(shù)據(jù)與排出水質(zhì)作對比計(jì)算。比如7月1日的MBR系統(tǒng)COD去除率計(jì)算為：1-(256/562)=0.54，則MBR系統(tǒng)COD去除率為54%，連續(xù)九天的去除率數(shù)據(jù)整理見表3，各個(gè)系統(tǒng)的COD、氨氮平均去除率見表4

表3 各個(gè)工藝系統(tǒng)的COD及氨氮去除情況表

表4 各個(gè)工藝系統(tǒng)的平均去除率及總?cè)コ蕯?shù)據(jù)表(%)

3 數(shù)據(jù)討論及分析

3.1 出水COD及氨氮

通過表2的進(jìn)出水水質(zhì)數(shù)據(jù)可以看出，在COD和氨氮都低于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最大處理范圍時(shí)，即使進(jìn)水水質(zhì)COD和氨氮數(shù)值波動較大，系統(tǒng)出水仍然不受影響，出水全部符合排放標(biāo)準(zhǔn)，說明此工藝處理滲濾液在成分變化較大的情況下仍然穩(wěn)定，也說明采用多個(gè)工藝組合處理滲濾液承受水質(zhì)變化能力較強(qiáng)，處理滲濾液容錯(cuò)率遠(yuǎn)高于單個(gè)工藝系統(tǒng)。對比進(jìn)水COD為約1200mg/L和2500mg/L以上的出水?dāng)?shù)據(jù)可看出，進(jìn)水水質(zhì)的波動并不影響此系統(tǒng)出水水質(zhì)。進(jìn)水氨氮濃度在1000～1500mg/L范圍時(shí)，數(shù)值波動較COD小得多，而出水水質(zhì)雖然都符合排放標(biāo)準(zhǔn)，但波動較大，最小只有0.2mg/L，最大接近15mg/L，通過觀察此兩個(gè)月的其他數(shù)據(jù)也得到了證實(shí)。為此觀察所有數(shù)據(jù)，測定A/O及MBR污泥的SV30、mlss、SVI等，得到初步結(jié)論：滲濾液中氨氮的去除基本全部依靠硝化、反硝化反應(yīng)，MBR膜對于氨氮的去除能力很有限，而RO膜對于氨氮的處理缺乏保障，由于氨氮的多少使得RO截留存在問題，所以氨氮的總體去除率幾乎完全要靠系統(tǒng)前段的A/O系統(tǒng)。而研究的過程中由于連續(xù)兩次的排泥可能使缺氧池和好氧池中的微生物受到一定的沖擊，而恢復(fù)之前的環(huán)境又需要一定時(shí)間，所以在恢復(fù)生態(tài)之前的數(shù)據(jù)檢測可能會受到一定程度的影響，從而導(dǎo)致出水氨氮的不穩(wěn)定。

3.2 COD去除情況

從表3和表4可以看出COD和氨氮在各個(gè)系統(tǒng)的處理情況、平均去除情況及總?cè)コ?，其中COD在A/O系統(tǒng)和RO系統(tǒng)的去除情況較好，去除率均在70%～80%之間，而在MBR系統(tǒng)去除COD情況較一般，平均只有45.51%。前段均質(zhì)調(diào)節(jié)池偏厭氧的環(huán)境以及后面缺氧、好氧的循環(huán)系統(tǒng)的大環(huán)境均有去除COD的作用，首先在厭氧的環(huán)境下大分子有機(jī)物水解，長鏈環(huán)鏈的有機(jī)物的結(jié)構(gòu)被破壞，降解為較小分子的有機(jī)物；小分子有機(jī)物進(jìn)入缺氧環(huán)境得到進(jìn)一步降解，使不溶性或難溶性的有機(jī)物變?yōu)榭扇苄杂袡C(jī)物；在好氧池的自養(yǎng)菌進(jìn)一步處理消耗，COD的濃度再一次降低，而從MBR池底部滲濾液反流至一級反硝化池中再一次循環(huán)處置，使進(jìn)入MBR產(chǎn)水池的水中COD濃度得到最大程度上的降低。而本系統(tǒng)的MBR池的COD去除率有限，因?yàn)锳/O池中的污水本身也在MBR曝氣池中的好氧環(huán)境進(jìn)行處理，MBR曝氣池的好氧硝化的處理能力也被計(jì)算到A/O系統(tǒng)中，同時(shí)MBR膜組件起到的核心作用是截留活性污泥，使得A/O和MBR池中的污泥濃度、微生物數(shù)量損耗降低，增加污泥齡和水的停留時(shí)間，保證細(xì)菌的存活周期，而膜組件的超濾并不能對滲濾液中的小分子起到較大的過濾作用，所以MBR對于COD的去除效果從數(shù)據(jù)來看顯得很低，但從整套工藝流程來看，MBR曝氣池的進(jìn)一步好氧硝化、膜組件對大分子截留保證污泥濃度對整個(gè)工程起到了承上啟下必不可少的作用。

3.3 氨氮去除情況

氨氮在各個(gè)工藝中的去除率明顯不同，A/O系統(tǒng)最高，去除率為98.15%；RO反滲透膜作用其次，為70.1%；MBR膜最低，只有27.34%，這樣的數(shù)據(jù)結(jié)果也是在預(yù)料之內(nèi)、符合實(shí)際理論的。整套處理工程針對高氨氮的特點(diǎn)專門設(shè)計(jì)了A/O系統(tǒng)，A/O系統(tǒng)中的反硝化、硝化作用對于除氮去磷有著高強(qiáng)度的效率保證，在第一輪A1-O1-A2-O2過程中就會使有機(jī)物氨化，氧化部分氨氮，還原部分硝酸根，經(jīng)過一輪反硝化、硝化處理的滲濾液進(jìn)入MBR處理后再回流至前段進(jìn)行循環(huán)處理，所以A/O系統(tǒng)是此工藝系統(tǒng)去除氨氮濃度最有力的保障；MBR膜組件對于小分子的氨氮基本沒有截留過濾作用，所以此工藝對于氨氮的去除沒有數(shù)據(jù)上的實(shí)際意義；RO反滲透作用對于氨氮的平均去除率能達(dá)到70.1%，但是去除率的波動相當(dāng)大，最大達(dá)到99%，使氨氮濃度1300mg/L以上的滲濾液原水最后經(jīng)過RO膜，出水氨氮只有0.2%，但是RO的最低氨氮去除率只有16%。通過所有數(shù)據(jù)的對比和觀察RO進(jìn)出水以及檢查RO膜得出結(jié)論：RO膜本身對于分子量較小的氨氮分子沒有完全有效的阻截作用，所以從數(shù)據(jù)結(jié)果來看，RO膜的去除率較大程度上取決于前段A/O系統(tǒng)的氨氮去除率。

從COD和氨氮總?cè)コ噬蟻砜磧烧叻謩e達(dá)到了97.49%和99.68%，這樣的去除率對于整個(gè)系統(tǒng)工藝的能力是肯定的，厭氧環(huán)境的均質(zhì)調(diào)節(jié)池+一級反硝化池+一級硝化池+二級反硝化池+二級硝化池+MBR膜組件+RO反滲透的整個(gè)工藝組合對于出水水質(zhì)的達(dá)標(biāo)起到明顯作用；同時(shí)每一個(gè)單獨(dú)工藝都有著不可替代的作用，都發(fā)揮自身獨(dú)有的特點(diǎn)，組合到一起可大幅提高COD、氨氮的去除效率。此外，該系統(tǒng)對于磷的處理也同樣出色，當(dāng)進(jìn)水磷含量為20～30mg/L，出水磷含量僅為0.2～0.8mg/L，遠(yuǎn)低于出水標(biāo)準(zhǔn)；PH出水檢測控制在7.1～7.4，出水總氮、色度、堿度等也同樣全部達(dá)標(biāo)。

4 結(jié)語

(1)對于成熟期填埋場的滲濾液處理，高效去除氨氮的能力是整套組合系統(tǒng)必不可少的核心能力，A/O系統(tǒng)對于氨氮的去除非常明顯，A/O系統(tǒng)對于氨氮的去除率達(dá)到98%。

(2)A/O+MBR+RO的組合對于COD的降解效果顯著，作用流程先降解大分子，再分解小分子，消耗剩余有機(jī)物，最后超濾膜和RO膜能有效地過濾攔截有機(jī)物。

(3)組合工藝大幅提高處理效率，每個(gè)單獨(dú)工藝都是整體不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，有了整體工藝的保證，出水COD、氨氮、總磷、PH等才能達(dá)標(biāo)排放。