大型生活垃圾滲濾液處理工藝運(yùn)行優(yōu)化

＊黃皇 張美蘭 曹躍華

（上海老港廢棄物處置有限公司 上海 202106）

前言

生活垃圾滲濾液是城市生活垃圾衛(wèi)生填埋后產(chǎn)生的二次污染，具有污染物種類繁多、水量大，水質(zhì)波動大且不呈周期性變化的特點(diǎn)。填埋場滲濾液處理技術(shù)常見滲濾液處理主要包括生物處理技術(shù)、物化處理技術(shù)[1-2]。根據(jù)垃圾填埋場的年齡和腐殖化程度，可將滲濾液分類為新鮮和老齡滲濾液，其中生物處理依靠微生物的新陳代謝去除滲濾液中有機(jī)物，主要適用于可生化性好的新鮮滲濾液，具有處理效果好、成本低的優(yōu)點(diǎn)。而物化處理更加簡單、高效，且適用于難以被生物降解的滲濾液，常用于預(yù)處理和深度處理過程。對于傳統(tǒng)以生物處理為核心的滲濾液處理工藝，長時(shí)間累積的總氮會影響系統(tǒng)的處理效率，總氮難以去除一直是工程應(yīng)用中的難題[3]。隨著納濾、反滲透等膜技術(shù)的應(yīng)用，國內(nèi)填埋場中的滲濾液逐漸采用生物處理和膜深度處理結(jié)合的方式，已經(jīng)能解決高濃度氨氮滲濾液的出水總氮達(dá)標(biāo)問題[4-5]。

上海某滲濾液處理廠目前穩(wěn)定運(yùn)行，處理量穩(wěn)定在500t/d以上，最大處理量達(dá)到1000t/d。為進(jìn)一步穩(wěn)固和提升老港滲濾液處理廠的處理效率，對穩(wěn)定運(yùn)行的滲濾液處理廠數(shù)據(jù)進(jìn)行為期一年以上的的檢測和總結(jié)，基于因子分析方法建立線性回歸方程，通過數(shù)據(jù)處理探究影響滲濾液處理廠處理效率的內(nèi)在影響因素，為滲濾液處理廠提供優(yōu)化建議。

1.實(shí)驗(yàn)與方法

(1)檢測方法

化學(xué)需氧量（COD）采用重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)法，五日生化需氧量（BOD5）采用標(biāo)準(zhǔn)稀釋后5日培養(yǎng)法，氨氮（NH3-N）采用預(yù)蒸餾—納氏試劑光度法，總氮（TN）采用堿性過硫-酸鉀紫外分光光度法進(jìn)行測定，相關(guān)方法參考水和廢水監(jiān)測分析方法（第四版，增補(bǔ)版）[6]。

(2)分析對象與分析方法

以上海某大型固廢基地滲濾液處理工程2018—2019年的實(shí)測數(shù)據(jù)作為樣本，采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS中回歸分析項(xiàng)下的線性回歸分析工具對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，總結(jié)滲濾液處理工程MBR進(jìn)水水質(zhì)的變化對處理效率的影響規(guī)律。

2.結(jié)果與討論

(1)MBR進(jìn)水COD區(qū)間與去除率線性關(guān)系

根據(jù)滲濾液處理工程進(jìn)水水質(zhì)的分布規(guī)律，按進(jìn)水水質(zhì)COD值分別設(shè)置1000～1500mg/L、1500～2000 mg/L、2000～2500mg/L、2500～3000mg/L、3000～3500mg/L、3500～4000mg/L、4000～4500mg/L、4500～5000mg/L共8個(gè)區(qū)間。COD去除率是MBR進(jìn)水經(jīng)過MBR工藝處理后COD削減量占進(jìn)水COD負(fù)荷的百分比。采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS分析COD區(qū)間與2018—2019年COD去除率相關(guān)性，如表1、表2所示。

表1 基于SPSS分析的2018年滲濾液處理工程MBR工藝進(jìn)水COD區(qū)間與出水COD去除率相關(guān)關(guān)系

表2 基于SPSS分析的2019年滲濾液處理工程MBR工藝進(jìn)水COD區(qū)間與出水COD去除率相關(guān)關(guān)系

利用SPSS中回歸分析項(xiàng)下的線性回歸分析工具對2018—2019年大型固廢基地滲濾液處理工程各區(qū)域進(jìn)水COD平均值與其相對應(yīng)去除率數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到如下線性回歸方程。

式中：Y代表各區(qū)域去除率平均值，X代表各區(qū)域進(jìn)水COD平均值；式（1）、式（2）中r=0.947都是在顯著性水平a=0.01的皮爾遜簡單相關(guān)系數(shù)；F=回歸均方和/殘差均方和，在一般線性回歸中，F(xiàn)值應(yīng)在3.86以上代表回歸方程的線性關(guān)系顯著性。

(2)MBR進(jìn)水總氮區(qū)間與去除率線性關(guān)系

根據(jù)滲濾液處理工程進(jìn)水水質(zhì)的分布規(guī)律，按進(jìn)水水質(zhì)TN值分別設(shè)置為400～800mg/L、800～1200mg/L、1200～1600mg/L、1600～2000mg/L、2000～2400mg/L、2400～2800mg/L、2800～3200mg/L、3200～3600mg/L、3600～4000mg/L共9個(gè)區(qū)間，其中2018年進(jìn)水總氮在800～4000mg/L范圍內(nèi)，2019年進(jìn)水總氮有所降低，集中在400～3200mg/L范圍內(nèi)。TN去除率是MBR進(jìn)水經(jīng)過MBR后TN削減量占進(jìn)水TN負(fù)荷的百分比。采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS分析TN區(qū)間與2018—2019年TN去除率相關(guān)性如表3、表4所示。

表3 基于SPSS分析的2018年滲濾液處理工程MBR工藝TN區(qū)間與TN去除率相關(guān)關(guān)系

表4 基于SPSS分析的2019年滲濾液處理工程MBR工藝TN區(qū)間與TN去除率相關(guān)關(guān)系

利用SPSS中回歸分析項(xiàng)下的線性回歸分析工具對2018—2019年固廢基地滲濾液處理工程各區(qū)域進(jìn)水TN平均值與其相對應(yīng)去除率數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到如下線性回歸方程。

式中：Y代表各區(qū)域去除率平均值，X代表各區(qū)域進(jìn)水TN平均值；式（3）、式（4）中r=0.978和r=0.906是在顯著性水平a=0.01的皮爾遜簡單相關(guān)系數(shù)，兩年的相關(guān)系數(shù)不同；F代表回歸方程的線性關(guān)系顯著性。

(3)出水水質(zhì)與MBR產(chǎn)水量

反滲透最終出水與MBR產(chǎn)水量和水質(zhì)有直接關(guān)系，研究從MBR產(chǎn)水的水質(zhì)水量入手由于MBR進(jìn)水不控制，不考慮設(shè)備檢修、清洗膜等情況，分析MBR膜產(chǎn)水量與進(jìn)水水質(zhì)和溫度的關(guān)系。在調(diào)節(jié)池、MBR前置A-O池中，水處理主要靠微生物分解，利于微生物作用的條件能促進(jìn)生物處理階段的處理效率，增加MBR產(chǎn)水量。

從圖1可以看出，在非高溫月份MBR產(chǎn)水量波動較為明顯，水量與水質(zhì)關(guān)系較大。其中MBR最大產(chǎn)水量為1915m3，最小水量為1100m3，相差70%以上。說明在微生物不活躍時(shí)期，MBR產(chǎn)水量與調(diào)節(jié)池進(jìn)水水質(zhì)可能有較大影響。

圖1 非高溫時(shí)段調(diào)節(jié)池水質(zhì)與MBR產(chǎn)水量關(guān)系

(4)調(diào)節(jié)池進(jìn)水水質(zhì)與MBR產(chǎn)水量關(guān)系

對高溫時(shí)段和非高溫時(shí)段調(diào)節(jié)池進(jìn)水水質(zhì)和MBR產(chǎn)水量分別用SPSS做相關(guān)性分析，變量主要有COD、總氮、碳氮比。影響微生物效率的指標(biāo)主要是碳氮比，因此主要分析碳氮比和MBR產(chǎn)水量的相關(guān)關(guān)系。MBR產(chǎn)水量和碳氮比的關(guān)系還與總氮或COD的基礎(chǔ)值有關(guān)，將總氮、COD設(shè)為控制變量，采用偏相關(guān)分析，結(jié)果如表5、表6所示。

表5 高溫時(shí)段調(diào)節(jié)池碳氮比MBR產(chǎn)水量相關(guān)系數(shù)

表6 非高溫時(shí)段調(diào)節(jié)池碳氮比MBR產(chǎn)水量相關(guān)系數(shù)

由表5可知，在高溫時(shí)段調(diào)節(jié)池碳氮比和MBR產(chǎn)水量的顯著性為0.390＞0.05，說明調(diào)節(jié)池碳氮比與MBR出水量無相關(guān)關(guān)系。原因是溫度升高微生物的活性，通過MBR膜之前的水中的有機(jī)物和總氮能被更多去除，且溫度升高會增加MBR膜通量，更利于進(jìn)水通過，產(chǎn)水量與水質(zhì)沒有明顯相關(guān)關(guān)系。

由表6可知，非高溫時(shí)段調(diào)節(jié)池碳氮比和產(chǎn)水量的相關(guān)系數(shù)為-0.151＜0，顯著性為0.020＜0.05，說明在置信區(qū)間為0.05范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)池碳氮比與MBR出水量成負(fù)相關(guān)。與高溫時(shí)段相比，非高溫時(shí)段的調(diào)節(jié)池水質(zhì)對MBR產(chǎn)水量的影響更大，且碳氮比越高，MBR膜產(chǎn)水量越少。理論上說，反硝化對碳源的基本需求為BOD5/TN＞3～5，但滲濾液中的有機(jī)物多為腐殖酸等微生物脫氮除磷等不能利用的大分子有機(jī)物，現(xiàn)有的有機(jī)物不能滿足微生物充分實(shí)現(xiàn)反硝化脫氮的要求。

3.結(jié)論

（1）兩年中當(dāng)MBR進(jìn)水COD＜2000mg/L時(shí)，去除率不超過40%，且去除率隨著濃度的增加增幅更大；當(dāng)進(jìn)水COD為2000～4000mg/L時(shí)，去除率與濃度呈線性關(guān)系，最大去除率能達(dá)到70%～80%；當(dāng)進(jìn)水COD＞4000mg/L時(shí)，去除率逐漸平緩，MBR無法去除更多COD而使MBR出水濃度逐漸增加；在不補(bǔ)充碳源的情況下，隨著時(shí)間增長，系統(tǒng)內(nèi)原有可用碳源逐漸減少，使得反硝化的效率降低?？梢赃m當(dāng)向系統(tǒng)中補(bǔ)充碳源，提高微生物的反硝化能力。

（2）將全年氣溫劃為高溫時(shí)段（7—10月）和非高溫時(shí)段（1—6月、11—12月），在高溫時(shí)段MBR進(jìn)水的碳氮比和MBR產(chǎn)水量無相關(guān)關(guān)系，在非高溫時(shí)段MBR進(jìn)水水質(zhì)與滲濾液處理效果有較為明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，可以通過調(diào)節(jié)非高溫時(shí)段不同來源滲濾液的進(jìn)水比例，使總碳氮比處于較低水平，增大MBR膜產(chǎn)水量。同時(shí)加大高溫時(shí)段高碳氮比進(jìn)水的處理，維持不同滲濾液處理總量穩(wěn)定。厭氧池前期反硝化階段效率較低，在非高溫時(shí)段可以通過在厭氧池中補(bǔ)充有效碳源，提高微生物的反硝化能力。