垃圾發(fā)電廠滲濾液生化處理系統(tǒng)pH 值下降原因分析與對(duì)策研究

詹玉龍，黃龍華，晉小林，孫曉玲，汪杰斌

（蕪湖中電環(huán)保發(fā)電有限公司，安徽 蕪湖 241202）

1 滲濾液系統(tǒng)概述

滲濾液處理系統(tǒng)包括預(yù)處理系統(tǒng)、IC 厭氧系統(tǒng)、MBR 生化系統(tǒng)（硝化反硝化系統(tǒng)、MBR 超濾系統(tǒng)）、膜深度處理系統(tǒng)（納濾系統(tǒng)、反滲透系統(tǒng)、物料分離系統(tǒng)）、脫泥系統(tǒng)及蒸發(fā)系統(tǒng)。主要處理單元功能如下。

預(yù)處理系統(tǒng)：通過預(yù)處理系統(tǒng)可以去除滲濾液中較大的顆粒、纖維等懸浮物，減輕后續(xù)處理系統(tǒng)的壓力，防止管道、設(shè)備發(fā)生堵塞現(xiàn)象，減小對(duì)泵、儀表燈設(shè)備的損壞。同時(shí)預(yù)處理系統(tǒng)還可以對(duì)滲濾液起到均質(zhì)均量的作用，防止因滲濾液水質(zhì)突變引起生化系統(tǒng)不穩(wěn)定；調(diào)節(jié)pH 值，以減小后續(xù)調(diào)節(jié)pH 值時(shí)的化學(xué)品用量；可以保證突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，生物處理系統(tǒng)在一定時(shí)間內(nèi)的進(jìn)水，起到事故池的作用[1-2]。

IC 厭氧系統(tǒng)：在厭氧罐內(nèi)，利用厭氧微生物群，使溶解性的有機(jī)物質(zhì)經(jīng)過酸化、產(chǎn)酸、產(chǎn)甲烷等過程，使顆粒性有機(jī)污染物質(zhì)轉(zhuǎn)變成為溶解性的有機(jī)污染物質(zhì)、使大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿游镔|(zhì)，去除滲瀝液中大部分有機(jī)物，CODcr和BOD5脫除率近90%[1-2]。

MBR 生化系統(tǒng)：MBR 系統(tǒng)包括反硝化、硝化、MBR超濾膜系統(tǒng)，處理的核心是硝化/反硝化機(jī)理，該過程把去除CODcr和去除NH3-N 有機(jī)地結(jié)合起來，主要目的即去除有機(jī)物和脫氮。CODcr去除率90%，NH3-N 去除率99%以上。SS 主要是通過反硝化、硝化去除，剩余部分SS 由納濾膜去除[1-2]。

膜深度處理系統(tǒng)：納濾NF、反滲透RO 對(duì)CODcr的去除率分別為80%、60%，保證出水CODcr在60 mg/L以下[1-2]。

1.1 處理規(guī)模及設(shè)計(jì)水質(zhì)

1.1.1 處理規(guī)模

滲濾液系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)處理量為300 m3/d，設(shè)計(jì)為兩套處理系統(tǒng)。

1.1.2 設(shè)計(jì)水質(zhì)滲濾液系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)見表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)表

滲濾液系統(tǒng)出水需滿足GB/T 19923—2005《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》中敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充水標(biāo)準(zhǔn)，見表2。

表2 滲濾液出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

1.2 工藝流程

滲濾液處理系統(tǒng)的工藝流程為：滲濾液收集池→調(diào)節(jié)池→加熱池→IC 反應(yīng)罐→反硝化→硝化→外置式超濾→納濾→反滲透→達(dá)標(biāo)回用。工藝流程系統(tǒng)圖如圖1 所示。

圖1 滲濾液系統(tǒng)工藝流程圖

2 生化系統(tǒng)硝化池pH 值變化過程

從2021年7月中下旬開始，在出水穩(wěn)定的情況下，滲濾液進(jìn)水COD、硝化池pH 和堿度開始緩慢下降，8月11日硝化池pH 值跌破6.5，8月21日跌破6.0，8月23日最低值為5.4，并且仍有下降趨勢(shì)，如圖2 所示。

圖2 硝化池pH 變化趨勢(shì)圖

3 生化系統(tǒng)硝化池pH 值下降原因分析

3.1 C/N 比失調(diào)

調(diào)節(jié)池進(jìn)水COD 持續(xù)降低，厭氧進(jìn)水COD 從2021年7月19日的21 070 mg/L 下降至8月18日的9 030 mg/L，如圖3 所示。厭氧罐出口COD 在2 000~3 000 mg/L，反硝化池進(jìn)水COD 一直不高，導(dǎo)致C/N 比失調(diào)。反硝化反應(yīng)一般要求C/N 大于5[2]，低C/N 即COD 不足時(shí)，會(huì)對(duì)反硝化反應(yīng)產(chǎn)生抑制作用，無(wú)法為硝化反應(yīng)過程提供足夠的堿度。從7月30日起，雖然#1 厭氧罐超越管線保持1.5 m3/h 進(jìn)液量，但由于厭氧循環(huán)泵出口壓力高于厭氧提升泵壓力，厭氧罐進(jìn)液閥門后逆止閥損壞，導(dǎo)致厭氧罐內(nèi)部滲濾液會(huì)通過超越管道流至反硝化，從而無(wú)法向生化系統(tǒng)反硝化池補(bǔ)充碳源。

圖3 調(diào)節(jié)池進(jìn)水COD 變化趨勢(shì)圖

3.2 堿度降低

厭氧反應(yīng)中的堿度主要有滲濾液本身的堿度和可以產(chǎn)生碳酸氫鹽堿度的微生物反應(yīng)產(chǎn)生的堿度；反硝化反應(yīng)中，反硝化細(xì)菌為間性異養(yǎng)菌，利用有機(jī)碳源對(duì)亞硝酸根離子進(jìn)行還原反應(yīng)，還原1 g 硝酸根離子消耗3.7 g COD，反硝化過程會(huì)產(chǎn)生一定量的堿度使pH 值上升（每去除1 g 總氮將產(chǎn)生3.57 g 堿度，以CaCO3計(jì)）[2]；硝化反應(yīng)中，氨氮轉(zhuǎn)變?yōu)閬喯跛猁}氮的過程中會(huì)釋放出氫離子，硝化反應(yīng)過程消耗廢水中的堿度使pH 值下降（每氧化1 g 將消耗7.14 g 堿度，以CaCO3計(jì)）[2]。在溶解氧充足的情況下，硝化反應(yīng)劇烈，消耗的堿度大于系統(tǒng)的堿度（包括厭氧出水的堿度、反硝化作用產(chǎn)生的堿度和超越厭氧時(shí)調(diào)節(jié)池原水的堿度之和），基于調(diào)節(jié)池進(jìn)水COD 持續(xù)降低、厭氧出水堿度持續(xù)降低、反硝化產(chǎn)生的堿度持續(xù)降低，最終導(dǎo)致堿度平衡破壞[3-4]，如圖4 所示，8月25日硝化池堿度最低跌至600 mg/L。

圖4 硝化池堿度變化趨勢(shì)圖

3.3 濃水系統(tǒng)故障

納濾機(jī)組產(chǎn)生的濃水中含有大量鹽分、重金屬等有害物質(zhì)，對(duì)反硝化菌和硝化菌有毒害作用。由于本月一期濃水系統(tǒng)故障較多，經(jīng)常檢修，且廢水池至反硝化池?zé)o閥隔離，所以部分濃水會(huì)通過廢水泵排至反硝化池，從而影響了生化系統(tǒng)細(xì)菌活性。

3.4 膜機(jī)組藥洗廢水

2021年8月9日-8月15日到8月19日-8月25日期間，超濾機(jī)組一直在不間斷地進(jìn)行膜機(jī)組藥洗操作，藥洗的酸堿廢水會(huì)流入廢水池，再通過廢水泵抽至反硝化池。雖然會(huì)進(jìn)行酸堿中和，但無(wú)法保證流入反硝化池廢水的pH 值，所以藥洗的廢水可能對(duì)生化系統(tǒng)細(xì)菌活性有一定的影響。

3.5 溶解氧

溶解氧是反映硝化過程的關(guān)鍵參數(shù)，在好氧條件下硝化反應(yīng)才能進(jìn)行，溶解氧濃度不但影響硝化反應(yīng)速度，而且影響其代謝產(chǎn)物。硝化反應(yīng)開始階段的耗氧速率大于供氧速率，溶解氧降低；隨著氨氮濃度降低，硝化菌消耗氧速率下降，溶解氧升高；溶解氧能反應(yīng)硝化池曝氣量的不足、合適及過量。反硝化池溶解氧不超過0.5 mg/L，過高的溶解氧會(huì)抑制反硝化菌的生成，結(jié)果將導(dǎo)致硝化反應(yīng)過程的堿度不足，進(jìn)而使pH 值下降。

3.6 結(jié)論

綜上分析得出結(jié)論，生化系統(tǒng)硝化池pH 值下降主要原因?yàn)椋河捎谡{(diào)節(jié)池進(jìn)水COD 持續(xù)降低，厭氧進(jìn)水COD 低使得反硝化池碳源不足導(dǎo)致反硝化反應(yīng)受到抑制[3-4]，產(chǎn)生的堿度過低；調(diào)節(jié)池進(jìn)水COD 持續(xù)降低，導(dǎo)致厭氧出水堿度持續(xù)降低；在溶解氧充足的情況下，硝化池硝化反應(yīng)劇烈，消耗的堿度大于系統(tǒng)產(chǎn)生的堿度（包括厭氧出水的堿度、反硝化作用產(chǎn)生的堿度和超越厭氧時(shí)調(diào)節(jié)池原水的堿度之和），導(dǎo)致生化系統(tǒng)堿度平衡被破壞，最終導(dǎo)致硝化池pH 值急速下降。

4 采取對(duì)策

（1）為了提高生化系統(tǒng)堿度，從8月26日開始每天向硝化池投加50 kg 的經(jīng)過自來水稀釋后的碳酸鈉溶液，連續(xù)加藥4 天（共計(jì)275 kg），堿度有上漲趨勢(shì)，但幅度不大，如圖5 所示。

圖5 調(diào)整后硝化池堿度變化趨勢(shì)圖

（2）加碳酸鈉溶液的同時(shí)暫停厭氧進(jìn)水，聯(lián)系檢修修復(fù)厭氧罐進(jìn)液閥門后逆止閥，從調(diào)節(jié)池出口#1 超越管線直接向硝化池進(jìn)液補(bǔ)充調(diào)節(jié)池原液（碳源），充分利用反硝化反應(yīng)產(chǎn)生大量堿度補(bǔ)充硝化反應(yīng)消耗的堿度，經(jīng)過10 天連續(xù)調(diào)整，生化系統(tǒng)堿度、硝化池pH 值逐漸升高，生化系統(tǒng)堿度由8月25日的600 mg/L 升高至9月6日的2 500 mg/L，硝化池pH 值由8月25日的5.54 升高至9月6日的7.51，如圖5、圖6 所示，生化系統(tǒng)逐步恢復(fù)正常運(yùn)行。

圖6 調(diào)整后硝化池pH 變化趨勢(shì)圖

5 討論

大量研究表明，氨氧化菌和亞硝酸鹽氧化菌適宜的pH 值分別為7.0~8.5 和6.0~7.5，當(dāng)pH 值小于6.0或高于9.6 時(shí)，硝化反應(yīng)停止[3-4]。硝化細(xì)菌經(jīng)過一段時(shí)間馴化后，可在低pH 值（5.5）的條件下進(jìn)行，但pH 值突然降低，則會(huì)使硝化反應(yīng)速率驟降，待pH 值升高恢復(fù)后，硝化反應(yīng)也會(huì)隨之恢復(fù)。

反硝化細(xì)菌最適宜的pH 值為7.0~8.5，在這個(gè)pH值下反硝化速率較高，當(dāng)pH 值低于6.0 或高于8.5時(shí)，反硝化反應(yīng)速率明顯降低。最佳pH 值范圍為7~8。當(dāng)pH 值降至7.0 以下時(shí)，需要補(bǔ)充一些碳源，加強(qiáng)反硝化反應(yīng)，并將反硝化池的pH 值穩(wěn)定在7.0 以上[3-4]。

當(dāng)pH 值低于6.5 時(shí)，大量真菌的活性開始增加，與硝化細(xì)菌產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)，硝化速率降低；當(dāng)pH 值低于4.5 時(shí)，真菌活性最強(qiáng)，對(duì)硝化細(xì)菌的代謝和繁殖活動(dòng)影響很大，硝化反應(yīng)可能停止[3-4]。因此，在A/O 池中，pH 值應(yīng)盡可能大于7。此時(shí)，硝化池主要由硝化細(xì)菌組成，硝化反應(yīng)最強(qiáng)。硝化細(xì)菌的活性與池中滲濾液的pH 值直接相關(guān)。硝化池pH 值過低或過高都會(huì)影響硝化細(xì)菌的活性。在嚴(yán)重的情況下，它可能會(huì)導(dǎo)致硝化細(xì)菌死亡，并最終導(dǎo)致生化系統(tǒng)崩潰。

研究認(rèn)為提高A/O 生化池的堿度主要有兩種方法，一種為添加藥劑調(diào)節(jié)，添加藥劑主要有純堿,石灰，碳酸鈉，碳酸氫鈉[5-6]。另一種為不添加藥劑，通過補(bǔ)充調(diào)節(jié)池原液堿度和提高反硝化效率自然產(chǎn)堿度?？紤]到節(jié)省費(fèi)用因素，選擇不添加藥劑調(diào)節(jié)。對(duì)生化池補(bǔ)充碳源，進(jìn)行厭氧超越進(jìn)水，使A/O 池的進(jìn)水COD 升高,同時(shí)降低硝化池溶解氧，避免回流至反硝化池的污水帶溶解氧抑制反硝化反應(yīng)。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文筆者就滲濾液處理生化系統(tǒng)pH 迅速下降問題，從堿度、進(jìn)水COD、C/N 比等方面分析原因。并采取有效措施（通過調(diào)節(jié)池原液補(bǔ)充碳源和投加碳酸鈉）后，使生化系統(tǒng)堿度、pH 值緩慢升高，逐步恢復(fù)正常。平時(shí)運(yùn)行時(shí)，需要關(guān)注調(diào)節(jié)池COD、pH、堿度等指標(biāo)，當(dāng)硝化池PH 值＜6.5 時(shí)，可以考慮補(bǔ)充碳源和投加純堿，提升堿度，調(diào)整pH 值。尤其要關(guān)注滲濾液原液COD 變化，為同類型滲濾液處理系統(tǒng)水質(zhì)變化調(diào)整提供借鑒。