高污泥濃度生化系統(tǒng)處理垃圾滲濾液

丁玲，沈輝

1.山東新華醫(yī)藥化工設(shè)計有限公司；2.淄博禹科環(huán)?？萍加邢薰?/p>

一、垃圾滲濾液處理工藝現(xiàn)狀

生活垃圾的處理方式主要有填埋法、焚燒法、堆肥法，我國垃圾處理現(xiàn)狀以填埋法為主，占垃圾處理總量的70%左右，由此帶來了垃圾滲濾液的處理難題[1]。垃圾滲濾液屬于高濃度難降解有機廢水，COD高、氨氮高、有機物種類多、含鹽量高、水質(zhì)水量變化較大，可生化性（B/C）低等特點[2]。

我國對于垃圾滲濾液的實際工程應(yīng)用起步較晚，在工藝路線選擇上走了很多彎路。導致國內(nèi)前期建設(shè)的有相當數(shù)量的垃圾滲濾液處理工程排放不達標或者閑置不用。經(jīng)過十幾年的探索與新技術(shù)的應(yīng)用，基本確定了垃圾滲濾液的幾種主流處理工藝。

一是生化處理+膜處理工藝[3]。工藝流程：厭氧+AO+超濾（或MBR）+反滲透。先通過厭氧去除大部分有機物，AO系統(tǒng)主要是進一步去除有機物和脫氮除磷，超濾系統(tǒng)作為反滲透預(yù)處理系統(tǒng)，濃液回流至前端生化系統(tǒng)，出水進入反滲透進行深度過濾。生化系統(tǒng)和膜處理系統(tǒng)根據(jù)不同公司的經(jīng)驗和喜好可衍生出很多組合，但主體思路基本都是一致的。

此種工藝路線優(yōu)點是出水水質(zhì)較好，通過最后一級過濾后出水基本可以達到或優(yōu)于一級A標準，甚至達到地表五類水。

這種工藝路線看似步步為營，步步推進，缺點也很明顯。（1）反滲透濃水回灌造成難降解污染物濃度和鹽分越來越高，首先崩潰的是生化系統(tǒng)，生化系統(tǒng)效率下降后，膜處理系統(tǒng)隨即崩潰；（2）垃圾滲濾液水質(zhì)本身就存在營養(yǎng)失衡（碳氮比），厭氧處理更是加劇了這種失衡，造成AO系統(tǒng)非正常運行，處理壓力全落在膜處理系統(tǒng)上；（3）膜處理系統(tǒng)不堪重壓，膜污染、膜堵塞造成產(chǎn)水率下降，化學清洗頻率越來越高，不得不經(jīng)常性地進行膜更換，最重要的膜系統(tǒng)成了整個處理系統(tǒng)中最為脆弱的一環(huán)；（4）運維成本極高；（5）對運行人員專業(yè)性要求較高；（6）由于原水水質(zhì)水量變化大，系統(tǒng)運行極不穩(wěn)定

二是二級碟管式反滲透（DTRO）處理模式。DTRO膜屬與反滲透的一種，是近年來出現(xiàn)的一種極耐污染的工業(yè)膜，對進水懸浮物和含鹽量要求比較寬泛，對氯化鈉的去除率可達到99%以上，對COD和總氮也有極高的去除率，產(chǎn)水率可達60%。最高運行壓力可達160bar以上。

該工藝或者說該設(shè)備優(yōu)點非常明顯，對進水要求寬泛；工藝簡單；產(chǎn)水水質(zhì)好；工期短，見效快；占地面積小。

缺點也是顯而易見的：不穩(wěn)定；易堵塞；清洗更換頻次較高；一次更換成本極高；膜片性能和壓力產(chǎn)生設(shè)備要求極高；裝配工藝要求極高；最大的缺點也是濃縮液的問題。

三是蒸發(fā)和離子交換工藝。此種工藝投資和運行成本極高，極少單獨進行工程化應(yīng)用。

另外，兩級AO+深度氧化+BAF組合是近年新興工藝的組合，但由于生化系統(tǒng)穩(wěn)定性差，影響了后續(xù)工藝，造成出水超標。

高污泥濃度生化工藝是針對垃圾滲濾液處理系統(tǒng)不足而開發(fā)的一種新型的高效穩(wěn)定工藝，筆者曾對南方某城市垃圾滲濾液進行過為期半年的30m3/d中試研究。

二、中試情況

（一）實驗裝置設(shè)計

處理水量：30m3/d

圖1 工藝流程

O1～O4是四個連續(xù)曝氣池，單個尺寸4m×2.5m×4.5m，有效池深4m，總HRT=5d。

二沉池 :尺寸 2.0m×2.0m×4.5m，停留時間12h

（二）進水水質(zhì)

表1 進水水質(zhì)

（三）控制因素

表2 溶解氧控制參數(shù)

表3 回流比控制參數(shù)

（四）調(diào)試過程

接種其他垃圾滲濾液處理系統(tǒng)二沉池污泥，接種濃度2000mg/L，悶曝三天。初始進水水量5m3/d，每過一周水量增加5m3/d。10天左右池內(nèi)清水置換完畢。調(diào)試期間嚴格控制溶解氧和回流比，待污泥濃度沒達到設(shè)計濃度之前系統(tǒng)不排泥。調(diào)試從三月份開始，到五一污泥濃度達到12000mg/L時，出水各項指標達到最優(yōu)值，CODcr＜500mg/L，TN＜60mg/L，氨氮＜5mg/L持續(xù)穩(wěn)定，此時污泥濃度不斷攀升，兩周后污泥濃度達到設(shè)計值15000mg/L，此時開始排泥。

三、結(jié)果分析

（一）對CODcr、氨氮、總氮的去除分析，按污泥濃度12000mg/L

CODcr的污泥負荷和容積負荷均小于傳統(tǒng)活性污泥，這與過高的污泥濃度和進水SS未經(jīng)預(yù)處理有關(guān)，污泥濃度過高，其中的有效活性污泥占比就會降低，進水中SS未經(jīng)預(yù)處理完全進入系統(tǒng)，形成了惰性污泥，這部分污泥是沒有活性的。傳統(tǒng)的生化系統(tǒng)出水CODcr一般在800～1000mg/l左右，高濃度系統(tǒng)出水CODcr小于500mg/l，說明了高濃度污泥的優(yōu)勢，微生物對有機物的去除途徑不僅有分解、轉(zhuǎn)化，還有大量的吸附。高污泥濃度的生化系統(tǒng)，菌群也更加豐富。

氨氮和總氮負荷數(shù)據(jù)上看與一般硝化反硝化持平，但氨氮和總氮出水指標要遠遠優(yōu)于一般硝化反硝化，垃圾滲濾液中碳氮比約為2.5，根據(jù)反硝化反應(yīng)原理，污水中的碳氮比理論值必須大于2.86，實際工程應(yīng)用時此值應(yīng)大于3，低于此值反硝化則受到抑制，一般認為污水中碳氮比應(yīng)保持在5～8左右，低于此值則需要外加碳源[4]。深究其中原因，應(yīng)該是污水中脫氮優(yōu)勢菌群發(fā)生了變化，抑或進行了短程反硝化作用。

總的來說，出水水質(zhì)和去除率的優(yōu)越表現(xiàn)取決于此類工藝對于污泥濃度、溶解氧和回流比的控制。

（二）工藝控制參數(shù)的解讀

（1）污泥濃度。維持較高的污泥濃度有利于對抗垃圾滲濾液水質(zhì)水量的變化，種群更加豐富，耐沖擊負荷能力強、污染物的降解更加徹底，有強大的吸附作用（類似于生物選擇池）。污泥濃度較高時，氧氣利用速度快，有利于產(chǎn)生兼氧環(huán)境，為短程硝化反硝化提供條件。

SV30一直維持在85%～95%，污泥沉降性不太好，所以二沉池水力停留時間較長。

污泥濃度高，運行時極易產(chǎn)生泡沫，工程設(shè)計時一定注意采取相應(yīng)措施。

（2）溶解氧控制，按照短程硝化反硝化原理進行設(shè)計[5]。一般的硝化反硝化作用是先將氨氮氧化為亞硝態(tài)氮，再將亞硝態(tài)氮氧化為硝態(tài)氮，反硝化時，將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮，再將亞硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮氣排出。短程硝化反硝化原理是硝化作用將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮時馬上進行反硝化作用，將亞硝態(tài)氮直接轉(zhuǎn)化為氮氣排出。短程硝化反硝化縮短了脫氮反應(yīng)步驟，可節(jié)約25%的需氧量、40%的有機碳，提高了脫氮反應(yīng)速率，而且污泥產(chǎn)量也大大降低。

表4 有機物去除率與負荷分析

（3）回流比控制，混合液回流比控制為400%左右，污泥回流比控制在300%左右，混合液回流和污泥回流是脫氮除磷的工藝控制方式，混合液回流將硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮回流至前端，水中的反硝化細菌利用進水中豐富的有機物將廢水中的硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮還原成氮氣排出，污泥回流是利用聚磷菌厭氧釋磷、好氧吸磷的特性去除水中磷元素的主要手段。大的回流比還可以應(yīng)對沖擊負荷，通過稀釋和吸附作用快速降低進水濃度。

四、結(jié)論

通過控制污泥濃度、溶解氧、回流比等因素，高污泥濃度生化系統(tǒng)對有機污染物的去除效率大大優(yōu)于傳統(tǒng)工藝，系統(tǒng)出水CODcr＜500mg/L，TN＜60mg/L，氨氮＜5mg/L，在垃圾滲濾液處理或者其他高濃度難降解污水中可以進行推廣應(yīng)用，微生物作用機理有待進一步分析確定。該工藝具有操作簡單、投資小、運行成本低、效果好等特點，生化系統(tǒng)沒有臭氣產(chǎn)生。生化后端需要增加膜工藝或者深度氧化工藝，都大大減輕了設(shè)計和運行壓力，可保證整個處理系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行。