蘇州某垃圾滲濾液處理工藝優(yōu)化與實(shí)踐

仇慶春，高碧霄，潘 楊，3，王 靜

（1.蘇州市環(huán)境衛(wèi)生管理處，江蘇 蘇州215009；2.蘇州科技大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 蘇州215009；3.城市生活污水資源化利用技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室,江蘇 蘇州215009；4.達(dá)州職業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 達(dá)州635000）

隨著我國城市化進(jìn)程加快和居民生活水平提高，城市生活垃圾數(shù)量急速增長。2016年，我國城市生活垃圾產(chǎn)生量大約為2.04 t[1]。目前由于成本原因，80%以上的城市生活垃圾采用衛(wèi)生填埋法處理[2]。垃圾填埋過程中及填埋完成后，在自身重力、雨水流入和地下水反滲的作用下產(chǎn)生垃圾滲濾液[3－4]。我國垃圾滲濾液產(chǎn)量在2018年已達(dá)到3 000萬t以上，并且每年都在迅速增長。垃圾滲濾液因其成分復(fù)雜，具有高SS、高COD、高NH4+-N和低C/N且水質(zhì)水量波動(dòng)大的特點(diǎn)[5]，在處理過程中容易對(duì)處理站生化段造成沖擊。本研究針對(duì)蘇州某垃圾滲濾液處理站生化段COD、NH4+-N和TN出水濃度高，處理效果不穩(wěn)定的問題，通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)分析及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，識(shí)別出生化段存在的問題主要由于進(jìn)水SS濃度高且波動(dòng)較大引起。進(jìn)而通過實(shí)驗(yàn)室對(duì)比試驗(yàn)研究，獲得氣浮工藝的優(yōu)化處理技術(shù)。在實(shí)際工程中實(shí)施應(yīng)用，最后檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該工藝使生化段的處理效能顯著提高。

1 工藝現(xiàn)狀與問題識(shí)別

1.1 垃圾滲濾液處理站工藝現(xiàn)狀

蘇州市某垃圾滲濾液處理站主體采用“兩級(jí)A/O+UF+NF+RO”處理工藝，工藝流程如圖1所示。垃圾滲濾液設(shè)計(jì)處理能力為950 m3/d，容積負(fù)荷為3.18 kg·COD/（m3·d）；污泥負(fù)荷為0.2 kg·COD/（kg·MLSS·d）；污泥濃度為15.9 g/L；進(jìn)水SS濃度為2 000 mg/L；泥齡為27 d；總水力停留時(shí)間6.35 d；前置硝化反硝化水力停留時(shí)間5.35 d；后置硝化反硝化水力停留時(shí)間1 d。垃圾滲濾液處理站進(jìn)水主要來自老填埋場(chǎng)及垃圾焚燒廠產(chǎn)生的新鮮滲濾液，設(shè)計(jì)及實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)如表1所示。出水水質(zhì)執(zhí)行《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889-2008）標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 主體工藝流程圖

表1 設(shè)計(jì)及實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)表mg/L

1.2 生化段問題識(shí)別與分析

對(duì)該垃圾滲濾液處理站2018年2月到2018年9月生化段常規(guī)指標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖2所示，其中圖2（a）為進(jìn)水SS濃度、一級(jí)O池MLSS及DO濃度變化圖，圖2（b）、（c）和（d）分別是生化段進(jìn)出水TN、NH4+-N和COD濃度變化及各自去除率變化圖。

圖2 生化段監(jiān)測(cè)指標(biāo)分析圖

1.2.1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

由圖2中（b）、（c）、（d）可以看出生化段進(jìn)水TN、NH4+-N和COD波動(dòng)較大。在生化段處理效果不穩(wěn)定時(shí)段,TN、NH4+-N和COD去除率都在90%左右，最高出水濃度分別達(dá)到420、200和1 500 mg/L。由（a）圖可知進(jìn)水SS及一級(jí)O池MLSS和DO三者濃度在監(jiān)測(cè)期間波動(dòng)較大。在2月13日至2月25日期間SS濃度基本穩(wěn)定在2 500 mg/L左右，該時(shí)段內(nèi)MLSS濃度緩慢上升，DO由于波動(dòng)較大，升降趨勢(shì)不明顯，TN、NH4+-N和COD出水濃度穩(wěn)定，去除率基本穩(wěn)定在98%。在2月25日至6月22日期間，SS濃度先上升，4月17日后濃度基本穩(wěn)定在8 000 mg/L左右，該時(shí)段內(nèi)MLSS濃度先迅速上升，并在4月17日后濃度基本穩(wěn)定在28 000 mg/L左右，DO在此期間先迅速下降，在4月17日之后圍繞0.8 mg/L上下波動(dòng)較大，該時(shí)段內(nèi)TN、NH4+-N和COD三者去除率均下降，其中TN和NH4+-N去平均除率降至91%，COD去平均除率降至90%，出水濃度較前一時(shí)期明顯增高。6月22日至7月23日期間，SS濃度整體下降至2 500 mg/L左右，在此期間MLSS下降明顯并穩(wěn)定在15 000 mg/L左右；DO迅速增高，最高達(dá)1.6 mg/L。該時(shí)段內(nèi)TN、NH4+-N和COD三者去除率均上升至98%，出水濃度也明顯下降。在7月23日至9月12日期間，SS穩(wěn)定在6 000 mg/L左右，在此期間MLSS上升并穩(wěn)定在25 000 mg/L；DO雖有波動(dòng)，但整體呈下降趨勢(shì)。該時(shí)段內(nèi)TN、NH4+-N和COD三者去除率均下降，出水濃度又明顯上升。

1.2.2 關(guān)鍵問題識(shí)別

在2月13日到9月12日期間，從進(jìn)水SS及一級(jí)O池MLSS和DO整體濃度變化情況來看，MLSS濃度明顯隨進(jìn)水SS濃度呈正相關(guān)波動(dòng)，而一級(jí)O池的DO變化趨勢(shì)與前者相反。主要由于進(jìn)水SS波動(dòng)較大，泥齡控制困難，導(dǎo)致生化段MLSS濃度會(huì)隨進(jìn)水SS濃度升高而升高，又因?yàn)镸LSS濃度升高影響曝氣池中氧在混合液中的傳質(zhì)[6]，導(dǎo)致混合液中DO降低。曝氣池中低濃度的DO不利于硝化反應(yīng)及有機(jī)物分解，最終影響整個(gè)生化段的穩(wěn)定運(yùn)行。

針對(duì)以上問題，提出通過增加預(yù)處理工藝重點(diǎn)去除進(jìn)水懸浮物，優(yōu)化泥齡；從而降低生化段污泥濃度[7]，提高曝氣池溶解氧濃度，進(jìn)而提高生化段對(duì)有機(jī)物及氮的去除效果。

2 實(shí)驗(yàn)室工藝比選

混凝沉淀工藝和氣浮工藝可以有效去除進(jìn)水懸浮物和部分污染物，在實(shí)際工程應(yīng)用中有著廣泛應(yīng)用。金輝[8]等利用氣浮+SBR組合工藝處理羽絨制品生產(chǎn)廢水，有效去除了廢水中細(xì)小的懸浮物，并提升了組合工藝的抗沖擊負(fù)荷，COD、NH4+-N和SS的平均去除率分別達(dá)到93.6%、71.8%和91.8%。金志英[9]等在沈陽某垃圾滲濾液處理站利用混凝沉淀工藝作為預(yù)處理方法，SS的平均去除率可達(dá)89%。結(jié)合處理站進(jìn)水SS較高等問題，擬對(duì)混凝沉淀和氣浮兩種工藝進(jìn)行工藝比選。試驗(yàn)所用垃圾滲濾液取自該垃圾滲濾液處理站調(diào)節(jié)池，混凝沉淀和氣浮試驗(yàn)所投加藥劑都選用鐵鹽和PAM。在設(shè)置多組不同經(jīng)實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化后，混凝沉淀最佳試驗(yàn)條件為：鐵鹽投加10 mg/L，PAM投加3 mg/L，快速攪拌5 min，靜置30 min；氣浮最佳實(shí)驗(yàn)條件為：鐵鹽投加15 mg/L，PAM投加1.5 mg/L，氣浮比為100%。混凝沉淀和氣浮在最佳試驗(yàn)條件下分別進(jìn)行三組平行試驗(yàn)，對(duì)進(jìn)出水COD、NH4+-N、TN、TP及SS進(jìn)行測(cè)定。

混凝沉淀與氣浮試驗(yàn)結(jié)果如圖3和圖4所示，混凝沉淀工藝對(duì)COD、SS、NH4+-N、及TN的平均去除率均小于10%，對(duì)TP的平均去除率在30%左右。原水中所含SS濃度較高并且粒度細(xì)小，致使混凝效果不佳；此外混凝后絮凝體懸浮在原水中，沉降性能較差。氣浮法對(duì)原水中SS平均去除率高于70%，NH4+-N和TN的平均去除率也達(dá)到35%以上，COD和TP平均去除率分別在20%和60%之上。由于氣浮工藝并不需要大的絮凝體顆粒，當(dāng)絮凝體顆粒尺寸與微氣泡尺寸接近時(shí)，二者的吸附率最大[10-13]。絮凝體形成后與微氣泡吸附一同上升，在上升過程中再與其他絮凝體結(jié)合上升，該過程解決了混凝沉淀法絮凝體沉降性差的問題。

氣浮工藝對(duì)原水中各項(xiàng)指標(biāo)平均去除率明顯高于混凝沉淀工藝。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出氣浮工藝不僅可以有效去除原水中SS，對(duì)有機(jī)物和氮均有一定去除作用。

圖3 混凝試驗(yàn)各指標(biāo)進(jìn)出水濃度及去除率柱狀圖

圖4 氣浮試驗(yàn)各指標(biāo)進(jìn)出水濃度及去除率柱狀圖

3 工程實(shí)際運(yùn)行效果分析

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)原工藝系統(tǒng)在進(jìn)水調(diào)節(jié)池之后增設(shè)氣浮工藝預(yù)處理系統(tǒng)。2018年10月23日于系統(tǒng)正式投入運(yùn)行。采用管道混合器來完成藥劑與原水的混合，這樣即可以保證藥劑與原水充分混合，又可以保證足夠的反應(yīng)時(shí)間。根據(jù)第三方監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)10月23日至12月17日的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析如圖5所示。

圖5 運(yùn)行效果圖

從圖5（a）中可以看出氣浮工藝系統(tǒng)對(duì)SS去除率在11月20日之后基本穩(wěn)定在70%以上，氣浮出水SS穩(wěn)定在2 000 mg/L左右。生化段一級(jí)O池的MLSS濃度11月13日之后基本可以穩(wěn)定在15 000 mg/L上下，并且該池的DO濃度也在此時(shí)趨于穩(wěn)定在1.6 mg/L。從（b）可以看出生化段對(duì)COD的去除率一直在緩慢增高，平均去除率為98%，在12月17日出水COD濃度降至100 mg/L左右。生化段出水中NH4+-N和TN含量逐步基本保持穩(wěn)定在50 mg/L左右，平均去除率分別為97%和97%?？梢娫鲈O(shè)的氣浮工藝系統(tǒng)，可以有效去除垃圾滲濾液進(jìn)水SS，提升生化段對(duì)COD、NH4+-N和TN去除率，降低深度處理的工藝負(fù)荷。

4 結(jié)論

蘇州某垃圾滲濾液處理站進(jìn)水主要來自老垃圾填埋場(chǎng)的老齡滲濾液及垃圾焚燒產(chǎn)生的新鮮滲濾液，由于進(jìn)水SS濃度高，且波動(dòng)較大，導(dǎo)致生化段運(yùn)行效果不穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)研究表明氣浮工藝可以有效去除進(jìn)水SS。在原有工藝系統(tǒng)不變的條件下，通過在調(diào)節(jié)池后增設(shè)氣浮工藝。工程實(shí)踐證明，氣浮工藝系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水SS去除效果明顯，平均去除率達(dá)68%。生化段COD、NH4+-N和TN出水濃度降低，平均去除率及穩(wěn)定性得到顯著提升。