上海老港老齡滲濾液處置工程分析與研究

李亞攀

（鷺濱環(huán)?？萍迹ㄉ虾＃┕煞萦邢薰?，上海 201315）

上海老港生態(tài)環(huán)?；卦诰嗌虾Ｊ兄行臇|南約60 km的東海之濱，作為上海垃圾處理系統(tǒng)中末端處置的主要基地，肩負著上海市約70%的生活垃圾處置任務(wù)，日均處置生活垃圾約15 kt。據(jù)估測，僅一、二、三期填埋場所產(chǎn)生的封場后滲濾液積存量已超過3 000 kt。本文以上海老港垃圾填埋場垃圾滲濾液處置工程為分析案例，著重介紹該基地老齡滲濾液處置的核心技術(shù)與工藝改造設(shè)計的成功經(jīng)驗。

1 項目背景

老港填埋場內(nèi)所產(chǎn)生的老齡滲濾液，其水質(zhì)特點及處理難度主要在于以下3點：1）老齡滲濾液的B/C比較低，可生化性很差[1]。垃圾滲濾液中的有機物隨著填埋時間的增長而被逐漸降解，不可降解的腐殖質(zhì)殘留在其中，導致碳氮比嚴重失調(diào)，因此在處置時需要投加大量碳源，使處置成本增加。2）氨氮含量高，微生物營養(yǎng)元素失調(diào)[2]。由于滲濾液中氨氮含量逐漸增加，高氨氮環(huán)境對微生物活性有很強的抑制作用，降低了微生物對高負荷有機物的去除效率，從而導致出水難以達標。3）老齡滲濾液的水質(zhì)水量變化大，成分復雜，生化處理系統(tǒng)需要適應(yīng)不斷變化的有機負荷以及毒害物質(zhì)的抑制作用[3]。

為有效和妥善地處置老齡滲濾液，生態(tài)環(huán)?；貨Q定在老港生態(tài)環(huán)保基地內(nèi)建設(shè)1套處置規(guī)模為500 t/d的滲濾液全量化處理系統(tǒng)，要求出水排放標準須達到《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB 16889—2008）中表2的指標限值。

為盡可能充分利用基地內(nèi)原有生物礦化垃圾床和氧化塘設(shè)施，特將滲濾液處理系統(tǒng)的建設(shè)場地選在原有礦化垃圾床北側(cè)、氧化塘南側(cè)。通過對原有生物礦化垃圾床及氧化塘系統(tǒng)的工藝改造，可以最大化地節(jié)約場地，降低設(shè)施投入費用。

由于原有礦化垃圾床和氧化塘是利用舊有設(shè)施改造，在二者之間劃定的建設(shè)區(qū)域場地條件有限，且用電供應(yīng)緊張，導致工程建設(shè)和改造的難度會相應(yīng)提高。為充分利用和發(fā)揮原有礦化垃圾床和氧化塘的生物降解作用，需綜合考慮并結(jié)合實際情況進行工藝設(shè)計與實施，使本工程的設(shè)計難度再升級。

設(shè)計進水水質(zhì)參數(shù)見表1。

表1 水質(zhì)參數(shù)mg/L

2 滲濾液處理工藝流程及實驗論證

2.1 工藝流程設(shè)計

為克服老齡滲濾液可生化性差、碳氮比失調(diào)的特點，結(jié)合原有礦化垃圾床和氧化塘的利用，設(shè)計并建設(shè)了以高效短程硝化反硝化與復合微生物菌技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用為核心的，針對老港填埋場老齡滲濾液的創(chuàng)新處置工藝。

老齡滲濾液首先經(jīng)調(diào)節(jié)池，進入高效短程硝化反硝化工藝單元，結(jié)合復合微生物菌的投加，同步去除氨氮及總氮，降低后端生化處置的難度。本工程所采用的生化處理單元采用A/O-MBR系統(tǒng)，MBR出水進入礦化垃圾床進一步處理。此設(shè)計是將礦化垃圾床作為膜深度處理系統(tǒng)進水前的保障措施，不僅可以降低生物處理的難度，還可以有效降低系統(tǒng)內(nèi)的處置成本。經(jīng)礦化垃圾床處理后的出水進入納濾與反滲透處置系統(tǒng)，實現(xiàn)老齡滲濾液的達標排放；生化系統(tǒng)所產(chǎn)生的污泥進入污泥處置系統(tǒng)；而膜深度處理系統(tǒng)所產(chǎn)生的濃縮液則進入濃縮液處置系統(tǒng)。工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程

2.2 中試試驗

為確保工程項目的順利實施，需論證工藝流程的可行性，其重點是試驗驗證氧化塘、礦化垃圾反應(yīng)床的生化處理作用。中試試驗方案路線見圖2。

圖2 中試試驗方案路線

中試試驗過程如下：1）進水。用泵抽取老齡水100 m3送至模擬氧化塘內(nèi)，實現(xiàn)進水步驟。2）投菌。進水完成后，在池內(nèi)投加專利復合微生物菌種，并開始進行曝氣攪拌。曝氣和攪拌的持續(xù)時間設(shè)置為7 d。7 d后停止曝氣與攪拌，對池內(nèi)的老齡水靜置存放。3）MBR處理。經(jīng)前道處理完成后，在靜置沉淀的老齡水中，取部分上清液注入MBR中試裝置中。在MBR裝置內(nèi)設(shè)置水力停留2～3 d。4）礦化垃圾反應(yīng)床。將MBR出水噴淋到礦化垃圾床進行礦化垃圾床吸附、硝化作用。在礦化垃圾床內(nèi)的水力停留時間設(shè)置約為10 d。5）檢測。每日分別對進水、模擬氧化塘出水、MBR出水及礦化垃圾床出水進行采樣檢測，主要檢測指標為COD含量、氨氮含量與pH值。中試試驗過程見圖3。所測數(shù)據(jù)分別見表2。

表2 中試試驗所測數(shù)據(jù)

圖3 中試試驗過程

經(jīng)中試試驗論證可知：1）COD含量從進水的1 250 mg/L，降到最終出水的210 mg/L；氨氮含量從進水的860 mg/L，降到出水的14.47 mg/L；pH值從弱堿趨向于中性。2）經(jīng)過各處理單元的生物降解，COD去除率可以達到83%，氨氮的去除率可以達到98%。3）復合微生物菌對老齡滲濾液的COD、氨氮等具有很好的同步去除效果，聯(lián)合礦化垃圾床使用，可以大幅降低污染物指標，有效降低老齡滲濾液的處理難度。4）本工程的工藝流程設(shè)計及改造方案是可行的。

3 創(chuàng)新工藝的應(yīng)用

上海老港垃圾填埋場垃圾滲濾液處置工程主要采用了高效短程硝化反硝化與復合微生物菌技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，以及礦化垃圾床的改造應(yīng)用等創(chuàng)新工藝，均取得了良好的效果。

1）高效短程硝化反硝化與復合微生物菌技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用工藝。

該工藝的關(guān)鍵在于針對老齡滲濾液的碳氮比失調(diào)、可生化性差與氨氮含量高的特性，利用高效短程硝化反硝化技術(shù)與復合微生物菌技術(shù)的聯(lián)合，通過生物降解作用強化和系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)控制等手段，高效低耗地實現(xiàn)了對氨氮與總氮的同步去除，降低了處置難度和處理費用，同時對COD及SS等也有很好的去除效果。

較之常規(guī)硝化反應(yīng)亞硝酸化和硝酸化的兩個反應(yīng)步驟，高效短程硝化反硝化技術(shù)就是將硝化過程控制在亞硝酸化階段終止，隨后直接實現(xiàn)反硝化，氮的變化過程改為：NH4+→NO2-→N2。

此段工藝實施的關(guān)鍵在于對高效復合微生物菌的利用和對系統(tǒng)溶解氧（DO）的控制。在本工程中，采用浮筒式表面曝氣機進行充氧，通過多點取樣和同步曝氣的手段，適時調(diào)整表面曝氣機的轉(zhuǎn)速與啟停，以起到對溶解氧的控制和調(diào)節(jié)作用。

高效復合微生物菌技術(shù)不同于往常在現(xiàn)場利用原液調(diào)配、曝氣馴化的方式，而是通過在實驗室內(nèi)進行細菌的篩選與培育，并在現(xiàn)場擴培的方式實現(xiàn)的。微生物培育及篩選技術(shù)均采用自主研發(fā)的專利技術(shù)。經(jīng)培育篩選的復合微生物菌種投入到生物反應(yīng)器中，可以極大地提高生物降解能力，改善活性污泥的品質(zhì)。首先，該工藝需要對老港垃圾填埋場老齡水進行檢測與分析，然后在實驗室內(nèi)，通過控制關(guān)鍵參數(shù)調(diào)整微生物的生存環(huán)境，模擬微生物的現(xiàn)場生存條件，優(yōu)化和控制微生物種群的平衡，強化并提高微生物對污染物的降解效率，最終篩選出一種能夠在高氨氮、低碳源的條件下，實現(xiàn)氨氮與總氮的同步去除的復合微生物菌。該復合微生物菌不僅能適應(yīng)進水的水質(zhì)及水量變化，同時還能利用廢水中的營養(yǎng)物質(zhì)，持續(xù)為生物強化提供豐富的營養(yǎng)來源，顯著提高了處理效率，降低了處理成本。

本工程所用復合微生物菌的優(yōu)勢在于：（1）氨氮和總氮去除效果好；（2）具有較強的抗沖擊負荷能力，能保證生物效果的穩(wěn)定性，能夠適應(yīng)不同季節(jié)、不同年份滲濾液濃度的波動；（3）有效地避免滲濾液中營養(yǎng)比例失調(diào)的問題，保證高負荷處置的效能。

2）礦化垃圾床的改造應(yīng)用。

礦化垃圾是指封場多年后的填埋場垃圾，其中的易降解物質(zhì)已完全或接近完全降解，幾乎不產(chǎn)生或很少產(chǎn)生滲濾液和氣體，達到了穩(wěn)定化的狀態(tài)[4]。研究表明，礦化垃圾對有機污染物具有明顯的凈化去除效果，應(yīng)用于垃圾滲濾液的處理中具有非常好的生物降解作用。老港生態(tài)環(huán)保基地內(nèi)的礦化垃圾床建于2002年，共有3座，是國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）課題之一，建設(shè)處理規(guī)模為100 m3/d，由于礦化垃圾資源較為充足，滲濾液不需要進行曝氣或其他處理，使得運行成本極低。通過對礦化垃圾床進行充分利用，最大化地發(fā)揮了生物降解作用，可有效降低處置成本，保障系統(tǒng)達標運行的穩(wěn)定性。

經(jīng)對原礦化垃圾床的勘查檢測，對其進行改造利用的思路如下：（1）礦化垃圾床處于露天狀態(tài)，表面積大，需要進行防雨和除臭措施。故考慮在礦化垃圾床表層覆蓋HDPE型土工膜，上覆種植土并進行綠化，以達到防雨和隔離除臭的效果。（2）礦化垃圾床的充氧/脫氧。原有噴淋充氧方式受前述防雨、除臭的措施限制已不再適用，故本工程采用壓力溶氣/真空脫氣的技術(shù)，以對礦化垃圾床的進水進行可控的充氧/脫氧。充氧/脫氧可以調(diào)節(jié)垃圾滲濾液中的溶氧濃度，當充氧變?yōu)槊撗鯐r，礦化垃圾床可以具有反硝化脫氮的功能[5]。經(jīng)過充（脫）氧的廢水采用慢滲管滲入礦化垃圾床的土層中，尤其是作為反硝化脫氮時，慢滲管可杜絕噴淋時氧的溶入。慢滲管淺埋于礦化床上層，其上下均勻放置河卵石構(gòu)成布水層。

通過對以上改造思路的實施，礦化垃圾床得到了有效利用，其對COD和氨氮的去除率達到50%，對總氮的去除率也超過20%，對控制處置成本和工程穩(wěn)定達標排水起到了很好的作用。

4 工藝運行工況

依照前述創(chuàng)新處置工藝路線，對本工程進行實施并穩(wěn)定運行一段時間后，各工藝單元水質(zhì)參數(shù)統(tǒng)計如表3所示。

表3 水質(zhì)參數(shù) mg/L

經(jīng)對本工程從工藝設(shè)計、施工到穩(wěn)定運行的全過程進行復盤，本文認為本工程的特殊性與難點主要在于：1）需要結(jié)合現(xiàn)場已有構(gòu)筑物及設(shè)施條件，進行針對性的工藝改造與設(shè)計；2）老港固廢基地內(nèi)的老齡水成分更為復雜，處置難度更大。本工程的指導性意義和創(chuàng)新性在于：1）全面、科學的工藝改造設(shè)計思路，現(xiàn)場工程實施條件與水質(zhì)特點的深入了解，對本工程的順利實施起到了關(guān)鍵作用；2）通過高效短程硝化反硝化與復合微生物菌技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，實現(xiàn)了對老齡滲濾液低碳高氮特性下的高效生物作用，克服了需要大量投加碳源的難題；3）通過滲濾液處置系統(tǒng)的參數(shù)控制和對項目運行的管理，實現(xiàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和出水達標排放。

5 結(jié)語

本工程的成功經(jīng)驗對老齡滲濾液的工程改造設(shè)計和處理處置具有很高的參考價值。在老港垃圾填埋場所聯(lián)合應(yīng)用的高效短程硝化反硝化和復合微生物菌技術(shù)實現(xiàn)了高效低耗地同步去除氨氮和總氮，為后續(xù)MBR生物反應(yīng)器提供了良好的條件。針對膜處理系統(tǒng)產(chǎn)水率低的問題，研發(fā)并應(yīng)用了膜濃縮液正滲透和電驅(qū)動分離濃縮技術(shù)，將產(chǎn)水率從50%～60%提升到了85%～90%；配合后續(xù)與污泥的協(xié)同處理或電驅(qū)動分離產(chǎn)酸堿技術(shù)，可以實現(xiàn)垃圾濃縮液的零排放和資源化利用。