MBR 工藝處理垃圾滲濾液的進(jìn)出水總氮組成及控制措施分析

蔣 宇，文靖發(fā)，楊光明，王 青，黃佩希

（成都市興蓉再生能源有限公司，成都 610108）

膜生物反應(yīng)器（MBR）是處理垃圾滲濾液的有效工藝，進(jìn)出水總氮組成是影響運行效果的重要因素，必須對其做好控制[1-3]。在污水處理中，生化池主要有兩種流態(tài)形式，即全混式和推流式。要合理調(diào)整生化池的流態(tài)形式，延長泥水混合物在一級反硝化段的停留時間，然后向二級反硝化段投加碳源，調(diào)整生化需氧量/總氮（BOD/TN），從而達(dá)到良好的脫氮目的。同時，對系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)水負(fù)荷、污泥負(fù)荷、污泥齡做好調(diào)整和記錄，使生化池內(nèi)活性污泥保持良好的運行狀態(tài)，最終有效控制出水總氮，節(jié)約運行成本。

1 項目概況

垃圾滲濾液處理站是垃圾填埋場的配套設(shè)施，用于處理生活垃圾中滲出的污水。某垃圾滲濾液處理站采用的主體工藝為MBR 工藝，它由生化段的二級厭氧好氧（AO）脫氮系統(tǒng)+超濾系統(tǒng)組成，該工藝目前廣泛應(yīng)用于我國的各類污水處理中，運行經(jīng)驗成熟，效果穩(wěn)定。但是，在處理垃圾填埋場老齡滲濾液時，由于原水的可生化性降低，氨氮含量隨填埋年限的增加而升高，引起碳氮比（C/N）失衡，進(jìn)一步增大滲濾液脫氮的處理難度。因此，有必要對垃圾滲濾液處理站進(jìn)出水的總氮及其各組分（有機(jī)氮、無機(jī)氮）含量進(jìn)行分段檢測，了解MBR 工藝各工段進(jìn)出水水質(zhì)，并采取調(diào)控措施，確保進(jìn)出水總氮達(dá)標(biāo)。

2 試驗方案

本試驗研究有兩個目的。一是保證安全生產(chǎn)，優(yōu)化碳源的投加點位，削減生化池藥劑的使用量（主要包括碳源和消泡劑），削減曝氣系統(tǒng)的電能消耗，從而保證出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，節(jié)約運行成本。二是總結(jié)技術(shù)成果，為企業(yè)創(chuàng)造直接的經(jīng)濟(jì)效益并向同行提供滲濾液生化處理經(jīng)驗。

2.1 各工段水質(zhì)成分

2022 年7 月開始，化驗室按照檢驗計劃，分批次檢測各工段（進(jìn)水段、生化末段、出水段）水質(zhì)總氮的各項指標(biāo)含量，具體指標(biāo)為有機(jī)氮和無機(jī)氮，無機(jī)氮包括氨氮、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮。

2.2 生化池流態(tài)形式

生化池的流態(tài)形式主要有兩種。一是全混式。其特點是原污水、回流污泥在剛進(jìn)入生化池時立即和池中原有的混合液充分混合，因此整個池內(nèi)混合液均勻一致，水質(zhì)數(shù)據(jù)相差較小，優(yōu)點為運行較穩(wěn)定，受水質(zhì)波動沖擊較小。缺點也較為明顯，主要表現(xiàn)為回流量較大，導(dǎo)致反硝化時間短于推流式，可能出現(xiàn)污泥膨脹、碳源在反硝化階段未充分有效利用，同時生化池出水水質(zhì)較差。二是推流式。生化池內(nèi)污泥負(fù)荷和好氧速率前高后低，生化池前后的微生物種類和數(shù)量存在差異，反硝化段的停留時間長于全混式，出水水質(zhì)優(yōu)于全混式且不易發(fā)生污泥膨脹。結(jié)合垃圾滲濾液處理站的運行現(xiàn)狀，為了改善水質(zhì)，本研究以調(diào)整生化池的流態(tài)形式介于推流式和全混式之間為主要方向。主要手段是控制超濾進(jìn)入一級反硝化池和二級反硝化池的回流量來改變流態(tài)形式，輔助手段為調(diào)整碳源投加點來優(yōu)化反硝化段的微生物營養(yǎng)比例。

2.3 調(diào)試和運行設(shè)計

按照要求組裝試驗裝置，根據(jù)試驗裝置的容積，結(jié)合垃圾滲濾液處理站生化池的運行要求，核算試驗裝置的污泥濃度、化學(xué)需氧量（COD）負(fù)荷、氨氮負(fù)荷等指標(biāo)。先按照生化池目前的內(nèi)、外回流量（外回流比為10 ∶1，內(nèi)回流比為4 ∶1）運行試驗裝置，即試驗裝置總體接近于全混式生化池，每日監(jiān)測進(jìn)水和二級硝化池COD、氨氮、硝態(tài)氮、總氮，連續(xù)監(jiān)測出水，相關(guān)數(shù)據(jù)連續(xù)穩(wěn)定15 d 后，開始下一步調(diào)整。依次按梯度（8 ∶1、6 ∶1、4 ∶1）調(diào)整裝置外回流量，內(nèi)回流量不變，各梯度連續(xù)監(jiān)測出水，相關(guān)數(shù)據(jù)連續(xù)穩(wěn)定10 d 后，開始下一梯度調(diào)整，每階段運行總時間不低于15 d。需要注意的是，調(diào)整回流量后，垃圾滲濾液處理站的生化池超濾回流量按比例進(jìn)入一級反硝化池和二級硝化池，目前采用的形式是超濾全回流至一級反硝化池，導(dǎo)致系統(tǒng)流態(tài)形式趨近于全混式，調(diào)整的目的是使生化系統(tǒng)整體介于推流式與全混式之間。

3 試驗裝置設(shè)計參數(shù)

該垃圾滲濾液處理站的主體工藝由生化段（二級AO 脫氮）+超濾膜組成，為確保生化段脫氮效果良好，采用模擬二級AO 脫氮的試驗裝置進(jìn)行研究。試驗裝置分為4 個工段。一級反硝化池容積為0.25 m3，一級硝化池容積為0.3 m3，二級反硝化池容積為0.06 m3，二級硝化池容積為0.06 m3。經(jīng)檢測，2022 年7—10 月，試驗前進(jìn)水水質(zhì)如表1 所示。根據(jù)試驗裝置的容積，結(jié)合垃圾滲濾液處理站實際運行情況，確定運行參數(shù)，如表2 所示。同時，根據(jù)《排水工程》[4]的污水生物脫氮除磷技術(shù)規(guī)范進(jìn)行校核，各項指標(biāo)均符合運行設(shè)計要求。

表1 試驗前進(jìn)水水質(zhì)

表2 運行參數(shù)設(shè)計

4 試驗裝置的調(diào)試和運行

2022 年9 月1 日，完成試驗裝置的全部組裝，同時按照全混式（接近垃圾滲濾液處理站目前的生化池）和設(shè)置的回流比[5-7]進(jìn)行試運行，9 月3 日開始連續(xù)監(jiān)測各工段，并記錄各階段達(dá)到連續(xù)穩(wěn)定運行后的時間和二級硝化出水的平均數(shù)據(jù)。根據(jù)設(shè)計方案，試驗裝置運行分為5 個階段。第1 階段運行時間為9 月1 日至9 月20 日，第2 階段運行時間為9 月21 日至10 月7 日，第3 階段運行時間為10 月8 日至10 月25 日，第4 階段運行時間為10 月26 日至11 月13 日，第5 階段運行時間為11 月14 日至11 月16 日。前4 個階段設(shè)計參數(shù)如表3 所示，運行情況如表4 所示。在第4 階段運行條件下，向二級反硝化池中加入碳源，連續(xù)運行4 d，每日檢測抽濾后上清液[8-9]，檢測結(jié)果如表5 所示。

表3 前4 個階段設(shè)計參數(shù)

表4 前4 個階段二級硝化抽濾后上清液檢測結(jié)果

表5 第5 階段抽濾后上清液檢測結(jié)果

5 結(jié)論

垃圾滲濾液屬于高氨氮污水，BOD/TN 大于4（C/N=7.6）時，MBR 工藝可以達(dá)到良好的脫氮目的。有機(jī)氮在缺氧及好氧的環(huán)境中均可轉(zhuǎn)化為氨氮，在不同的情況下，轉(zhuǎn)化率為81.3%～91.8%。在進(jìn)水水質(zhì)、水量、碳源投加量等基本運行條件不變的情況下，生化池由全混式向推流式演變（將外回流比從10 ∶1調(diào)整至4 ∶1），氨氮、硝態(tài)氮等指標(biāo)呈下降趨勢，總氮去除率由85.4%增加至92.4%。在運行情況不變的情況下（以第4 階段運行情況為基準(zhǔn)），向二級反硝化池加入適量碳源（C/N=7），脫氮率由92.4%增加至93.4%。在由近全混式演變?yōu)榻屏魇降倪^程中，生化池產(chǎn)生的泡沫逐漸減少，消泡劑的使用量也逐漸變小。