濕垃圾厭氧沼液碳氮比（C/N）問(wèn)題的工程化解決方法

薛 浩（上海市固體廢物處置有限公司總經(jīng)理，上海 200120）

目前，濕垃圾處理設(shè)施較多采用路線成熟、成本適中、產(chǎn)品及副產(chǎn)物出路通暢的厭氧消化技術(shù)[1-2]。厭氧消化過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量沼液，對(duì)于沼液的處理，主要采用“生化＋深度處理”組合工藝[3]，但因濕垃圾厭氧消化過(guò)程有機(jī)物去除效率高，沼液普遍存在 C/N 低的現(xiàn)象，沼液的生化處理面臨難題[4]。本文以濕垃圾處理設(shè)施的厭氧沼液為對(duì)象，通過(guò)實(shí)地調(diào)研、監(jiān)測(cè)和工程化試驗(yàn)，探索沼液 C/N 問(wèn)題的工程化解決方法，并提出合理化建議，為工程上解決同類問(wèn)題提供經(jīng)驗(yàn)。

1 沼液水質(zhì)及處理工藝

本文相關(guān)工作于上海市近年新建成的兩個(gè)大規(guī)模濕垃圾處理廠中開(kāi)展，兩個(gè)廠的濕垃圾處理規(guī)模均為 500 t/d，主體工藝均采用“預(yù)處理＋厭氧消化”工藝，產(chǎn)生的沼液的水質(zhì)特性如表 1 所示。

表1 濕垃圾厭氧沼液水質(zhì)特性

由表 1 數(shù)據(jù)計(jì)算可知，兩廠的濕垃圾厭氧沼液 C/N 僅約為(1.5～2) ∶1，嚴(yán)重低于生化系統(tǒng)正常運(yùn)行的所需值[5]。對(duì)于沼液的處理，兩廠均采用“MBR＋納濾＋反滲透”組合工藝，具體處理流程如圖 1 所示。

圖1 濕垃圾厭氧沼液處理流程

2 C/N 調(diào)整方法

2.1 混加焚燒廠滲濾液

廠 1 所在的垃圾處理園我內(nèi)建有生活垃圾焚燒廠，焚燒廠滲濾液具有 COD濃度高、C/N 高的特點(diǎn)，可以有效提高濕垃圾厭氧沼液C/N，該園我內(nèi)焚燒廠滲濾液基本水質(zhì)如表2 所示。經(jīng)園我統(tǒng)一調(diào)配、管理，在廠 1 沼液處理時(shí)會(huì)適量混加焚燒廠滲濾液，混加比例為(3～5) ∶1（沼液量∶焚燒廠滲濾液量），混加后沼液C/N約為 5∶1。

表2 生活垃圾焚燒廠滲濾液水質(zhì)特性

2.2 混加濕垃圾漿液

雖然濕垃圾厭氧沼液 C/N 低，但進(jìn)入?yún)捬跸到y(tǒng)前的濕垃圾漿液 COD 濃度高、C/N 高，廠 1 濕垃圾漿液具體水質(zhì)如表 3 所示。為探索沼液生化處理時(shí)混加濕垃圾漿液的可行性，廠 1 開(kāi)展了為期 15 d 的工程性試驗(yàn)。考慮到濕垃圾漿液中各項(xiàng)污染物濃度較高，直接進(jìn)入生化系統(tǒng)可能會(huì)對(duì)活性污泥產(chǎn)生負(fù)荷沖擊，所以試驗(yàn)過(guò)程中先將沼液和濕垃圾漿液在調(diào)節(jié)池混勻后再進(jìn)入生化系統(tǒng)，具體操作方法如下：為提高調(diào)節(jié)池內(nèi)原有沼液 C/N，向調(diào)節(jié)池中分批次打入濕垃圾漿液，每批次打入量為 50 m3，經(jīng)調(diào)節(jié)池?cái)嚢杵鞒浞只旌虾鬁y(cè)定池內(nèi)沼液各項(xiàng)污染物指標(biāo)，直到池內(nèi)沼液 C/N 達(dá)到約5∶1 后停止前期配比工作，并在后期根據(jù)沼液實(shí)際產(chǎn)生量按 10∶1（沼液量∶濕垃圾漿液量）混加濕垃圾漿液，以維持調(diào)節(jié)池內(nèi)沼液 C/N。

表3 濕垃圾漿液水質(zhì)特性單位：mg/L

2.3 投加復(fù)合碳源

在廠 2 沼液處理過(guò)程中，為解決沼液 C/N 問(wèn)題，向生化系統(tǒng)中投加了適量的復(fù)合碳源（COD 當(dāng)量為 65 萬(wàn) mg/kg），投加量約為 0.02 t 碳源/t 沼液，投加完后沼液 C/N 提升至約5.5∶1。

3 結(jié)果與討論

3.1 不調(diào)整 C/N 運(yùn)行狀況

在廠 1 沼液處理系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，有 7 d 的時(shí)間未對(duì)沼液 C/N 做任何調(diào)整，沼液?jiǎn)为?dú)直接進(jìn)入生化系統(tǒng)，日進(jìn)水量維持在 450 m3，這 7 d 系統(tǒng)的運(yùn)行狀況如圖 2 所示（第 0天為沼液調(diào)整 C/N 時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)）。

圖2 不調(diào)整沼液 C/N 時(shí)生化系統(tǒng)運(yùn)行狀況

由圖 2 可知，在生化系統(tǒng)沼液進(jìn)水量不變的情況下，在7 d 時(shí)間里，系統(tǒng)出水 COD 和 NH3-N濃度基本保持穩(wěn)定，但TN 濃度由調(diào)整沼液 C/N 時(shí)的 54 mg/L 快速升至 346 mg/L。經(jīng)進(jìn)一步檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)出水中高濃度 TN 的主要成分為硝酸鹽，同時(shí)也含有較高濃度的亞硝酸鹽。這說(shuō)明不調(diào)整沼液C/N，短期內(nèi)生化系統(tǒng)仍可正常開(kāi)展硝化作用，出水 NH3-N仍可維持在正常濃度，但因沼液 C/N 低，系統(tǒng)因碳源缺失難以高效開(kāi)展反硝化作用，無(wú)法將硝化過(guò)程產(chǎn)生的硝酸鹽有效去除，硝酸鹽和亞硝酸鹽在系統(tǒng)中持續(xù)積累，出水 TN 濃度快速提升。相關(guān)研究表明，亞硝酸鹽的積累會(huì)嚴(yán)重抑制生化系統(tǒng)的微生物活性，甚至產(chǎn)生活性污泥中毒等現(xiàn)象[6]，長(zhǎng)期運(yùn)行勢(shì)必會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和對(duì)污染物的處理效果。因此，濕垃圾厭氧沼液不做 C/N 調(diào)整，直接進(jìn)入生化系統(tǒng)處理是不可行的，必須采取有效措施。

3.2 不同C/N調(diào)整方法的效果

濕垃圾厭氧沼液按照 2.1～2.3 中的方法調(diào)整 C/N 后，生化系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行狀況如圖 3～圖 5 所示（其中，圖 3、圖 5 分別顯示的是廠 1 混加焚燒廠滲濾液、廠 2 投加復(fù)合碳源時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行階段某 1 個(gè)月的運(yùn)行數(shù)據(jù)）。

圖3 混加焚燒廠滲濾液時(shí)生化系統(tǒng)運(yùn)行狀況

圖4 混加濕垃圾漿液時(shí)生化系統(tǒng)運(yùn)行狀況

圖5 投加復(fù)合碳源時(shí)生化系統(tǒng)運(yùn)行狀況

由圖 3～圖 5 可知，在 2.1～2.3 三種不同 C/N 調(diào)整方法下，生化系統(tǒng)出水 COD、NH3-N 和 TN 的濃度均基本維持穩(wěn)定且位于正常范圍之內(nèi)（COD 濃度均 ＜500 mg/L，TN 濃度均＜70 mg/L，NH3-N 濃度均＜2 mg/L）。說(shuō)明通過(guò)這三種方法的調(diào)整，生化系統(tǒng)中碳源充足，各類生化作用均可順利開(kāi)展，高效去除沼液中的各類污染物，因此，這三種方法均可有效解決沼液的 C/N 問(wèn)題。

另外值得注意的是，在混加濕垃圾漿液的 15 d 試驗(yàn)過(guò)程中，雖然生化系統(tǒng)對(duì)污染物的去除效果一直良好，出水水質(zhì)維持正常，但從試驗(yàn)第 5 d 開(kāi)始生化系統(tǒng)逐步出現(xiàn)以下異?，F(xiàn)象：污泥冷卻泵和硝酸鹽回流泵壓力升高、流量下降以及電機(jī)聲音變大；硝化池活性污泥靜止后上??；超濾通量下降。且隨運(yùn)行時(shí)間的推移，上述現(xiàn)象不斷加劇，特別是超濾通量下降問(wèn)題，試驗(yàn)后期每次濾膜清洗后通量?jī)H可維持一小段時(shí)間，并隨之快速下降。15 d 的試驗(yàn)結(jié)束后，重新采用焚燒廠滲濾液調(diào)整沼液 C/N 后，上述異?，F(xiàn)象逐步消失。而混加焚燒廠滲濾液和投加復(fù)合碳源時(shí)系統(tǒng)均未有類似現(xiàn)象出現(xiàn)，各方面運(yùn)行狀態(tài)均長(zhǎng)期保持正常穩(wěn)定。這說(shuō)明濕垃圾漿液中高濃度的 COD 確實(shí)可為反硝化作用提供充足的碳源，確保反硝化作用正常開(kāi)展，系統(tǒng)出水 TN 濃度保持正常穩(wěn)定，但與此同時(shí)，濕垃圾漿液中三相提油階段殘留的部分植物油以及高濃度的 SS 會(huì)在一定程度上影響活性污泥的性狀以及堵塞管路、濾膜，長(zhǎng)期使用會(huì)影響生化系統(tǒng)的穩(wěn)定性且增加管路清洗、通膜等運(yùn)維操作的頻次。因此，向沼液中直接混加濕垃圾漿液在實(shí)際工程中適宜作為一種備用方法，當(dāng)出現(xiàn)焚燒廠滲濾液、復(fù)合碳源緊缺狀況時(shí)，采用該方法可短期應(yīng)急，確保生化系統(tǒng)正常運(yùn)行；如確實(shí)需要長(zhǎng)期使用該方法，則需找尋高效的隔油除渣措施，去除漿液中的植物油和SS，確保生化系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 不同 C/N 調(diào)整方法的成本

三種 C/N 調(diào)整方法的成本如表 4 所示。

表4 三種方法的成本

由表 4 可知，三種 C/N 調(diào)整方法對(duì)工程設(shè)施的改造內(nèi)容基本類似，除長(zhǎng)期使用濕垃圾漿液需額外新增隔油除渣措施外，其他均只需簡(jiǎn)單的新增水泵、流量計(jì)及管路即可，但在運(yùn)行成本方面卻存在巨大差異，混加焚燒廠滲濾液和濕垃圾漿液是對(duì)園我內(nèi)或者廠內(nèi)其他廢棄物的再利用，基本不增加沼液處理成本，而投加復(fù)合碳源時(shí)沼液噸水處理成本則會(huì)增加 36 元。

因此，綜合三種方法的經(jīng)濟(jì)性及實(shí)用性，在濕垃圾厭氧沼液工程處理系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，建議優(yōu)先考慮混加焚燒廠滲濾液，該方法成本低、運(yùn)行穩(wěn)定，優(yōu)勢(shì)明顯，這就要求在城市廢棄物末端處理設(shè)施規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造時(shí)，應(yīng)充分貫徹園我制概念，落實(shí)多廠共建，并通過(guò)園我統(tǒng)一調(diào)配和管理，盡可能的實(shí)現(xiàn)廢物利用、多廢共治，有效降低廢棄物的綜合處理成本，提高效益，減少碳排放；其次考慮投加復(fù)合碳源，該方法雖然運(yùn)行成本高，但可確保系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行；最后考慮混加濕垃圾漿液，該方法雖然成本低，但系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行缺乏穩(wěn)定性，需對(duì)漿液做進(jìn)一步的隔油除渣處理。

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）濕垃圾厭氧沼液直接生化會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)硝酸鹽和亞硝酸鹽的積累，系統(tǒng)難以正常穩(wěn)定運(yùn)行，必須調(diào)整其C/N。

（2）混加焚燒廠滲濾液、混加濕垃圾漿液和投加復(fù)合碳源均可有效解決沼液 C/N 問(wèn)題，系統(tǒng)中的活性污泥可順利開(kāi)展各項(xiàng)生化作用，高效去除沼液中的各類污染物。

（3）混加焚燒廠滲濾液和投加復(fù)合碳源時(shí)生化系統(tǒng)可長(zhǎng)期維持穩(wěn)定運(yùn)行，而長(zhǎng)期混加濕垃圾漿液時(shí)生化系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)污泥上浮、管路以及濾膜堵塞等異?，F(xiàn)象；三種方法對(duì)工程設(shè)施的改造內(nèi)容類似，但運(yùn)行成本差別巨大，混加焚燒廠滲濾液和濕垃圾漿液時(shí)基本不增加沼液處理成本，而投加復(fù)合碳源時(shí)沼液噸水處理成本則會(huì)增加 36 元。

（4）在工程實(shí)際中，解決濕垃圾厭氧沼液 C/N 問(wèn)題，建議優(yōu)先考慮混加焚燒廠滲濾液，其次考慮投加復(fù)合碳源，最后考慮混加濕垃圾漿液。