溧陽中材環(huán)保有限公司 常州 213000

垃圾滲濾液是垃圾在堆放和填埋的過程中由于壓實、發(fā)酵等生物化學降解作用，同時在降水和地下水的滲流作用下與垃圾自身產(chǎn)生的液體混合形成的一種高濃度有機或無機成分的液體。

本次工藝研究處理的垃圾滲濾液來源為常州某生活垃圾填埋場，滲濾液主要來源有三個部分，即垃圾本身含有的和填埋過程中發(fā)生生物反應(yīng)生成的水分、填埋區(qū)內(nèi)的雨水匯集和淺層地表滲流水。影響垃圾滲濾液生產(chǎn)量和成份的因素很多，主要包括垃圾成份、溫度氣候條件、年平均降雨及垃圾填埋場的地質(zhì)條件。還有一個重要因素，即垃圾填埋齡的影響尤為明顯。垃圾滲濾液成份復(fù)雜，含有許多有害的有機物和重金屬。對垃圾滲濾液做過抽樣測定，有機污染物達到100多種，其中含有近20種難以生物降解的雜環(huán)類化合物和長鏈有機化合物。垃圾滲濾液含有較高濃度的有機物和氨氮，屬于典型的難處理高濃度廢水[1]。而且隨著季度性降雨量和氣溫的變化，水質(zhì)水量變化幅度很大，總體水質(zhì)情況會隨垃圾填埋齡的延長發(fā)生質(zhì)的變化。垃圾填埋根據(jù)垃圾填埋年限分為：初期填埋場、成熟填埋場和老齡填埋場。3年以下的填埋場為初期填埋場，3至10年的為成熟填埋場，10年以上的為老齡填埋場[2]。此垃圾填埋場是成熟期的垃圾填埋場，COD和BOD濃度有所下降，但B/C比下降更明顯，可生化性很差，而氨氮濃度較高，這個時期的滲濾液屬于難處理垃圾滲濾液[3]。

1 組合工藝介紹

1.1 進出水質(zhì)及工藝流程

此垃圾滲濾液處理站日處理量60～126噸，根據(jù)接收量和生產(chǎn)需求安排，執(zhí)行《生活垃圾填埋污染控制標準》GB16889—2008標準，其進水水質(zhì)和出水主要指標所允許的最高排放濃度見表1，出水部分回用，部分排放，RO濃水回灌填埋場，濃水產(chǎn)生量通過循環(huán)，可小于15%。

表1 工程進水水質(zhì)及出水排放標準

針對此生活垃圾填埋場的滲濾液具體特征，尤其是高氨氮的特點，采用“A/O+MBR+RO”循環(huán)系統(tǒng)工藝，前置二級反硝化、硝化系統(tǒng)降解高分子有機物，除氮去磷，為后續(xù)處理減輕壓力，緩解MBR膜和RO膜的損耗，延長膜壽命；后續(xù)MBR超濾和RO反滲透進一步過濾掉滲濾液中相對較大有機質(zhì)或無機質(zhì)，保證出水水質(zhì)。其工藝流程圖見圖1。

圖1 系統(tǒng)工藝流程

1.2 工藝介紹

1.2.1 調(diào)節(jié)及均質(zhì)池

垃圾滲濾液由于受客觀因素影響，其水質(zhì)成分有較大波動，對于長期固定的循環(huán)系統(tǒng)有一定的沖擊。為了緩解沖擊和穩(wěn)定水量，在系統(tǒng)最前面設(shè)計調(diào)節(jié)池和均質(zhì)池。在均質(zhì)池中可加入純堿等藥劑達到一個初期處理的穩(wěn)定效果，通過便攜式溶解氧測定儀609L測量其溶氧量為0.15～0.4mg/L，基本可看做厭氧環(huán)境，初步分解掉高分子碳水化合物、糖類、乙酸等成小分子有機物，同時也起到中和溶液、平衡酸堿度的效果。

1.2.2 A/O系統(tǒng)

A/O工藝是將前段反硝化系統(tǒng)和后段硝化系統(tǒng)串聯(lián)起來，A1-O1-A2-O2，從一級反硝化池開始，到二級硝化池再進入MBR膜處理池，再回流至一級反硝化池繼續(xù)生化循環(huán)處理，回流比為1.0～1.5。

A池溶解氧濃度測量為0.17～0.4mg/L，起到缺氧反硝化除氮作用，O池溶氧量3.5～4.6mg/L，起到硝化氧化氨氮和吸磷作用。由于滲濾液高氨氮而COD相對較低的特點，為了碳氮比達到3∶1至4∶1，需要補充一定的碳源為缺氧池中異養(yǎng)菌生存工作，碳源選用葡萄糖，1kg葡萄糖約折合COD為1.06kg。進水COD濃度在2500mg/L左右。如果實際投放的滲濾液COD占1000mg/L，則需要補充1000～1500mg/L的碳源，根據(jù)實際投放的滲濾液增加或減少，補充碳源的量相應(yīng)改變。缺氧池中異養(yǎng)菌在碳源充足條件下將滲濾液中淀粉、纖維、碳水化合物等懸浮污染物和可溶性有機物降解為有機酸等，大分子有機物在此變成小分子有機物，不溶性有機物轉(zhuǎn)化成可溶性有機物，可為氧池硝化作用提高可生化性，提高氧氣的硝化效率；異養(yǎng)菌在缺氧的環(huán)境下可將蛋白質(zhì)、脂肪等大分子有機物有機鏈上的N或氨基酸的氨基進行氨化，使氨游離出來，然后在充足氧氣下，自養(yǎng)菌進行硝化作用，將氨氮一步步氧化成硝酸根離子，控制污水回流使其返回缺氧池，再通過反硝化作用將NO3-還原成分子態(tài)氮氣進入大氣，進行無污染處理，完成C、N、O的循環(huán)[4]。反硝化、硝化N的循環(huán)見圖2。

圖2 反硝化、硝化N的循環(huán)圖

1.2.3 MBR膜系統(tǒng)

膜生物反應(yīng)器是一種將膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)污水生物處理工藝有機結(jié)合的新型高效污水處理與回用工藝。通過和膜組件的高效分離作用，大幅提高了泥水分離效率，并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中優(yōu)勢菌的出現(xiàn)，污泥齡長，提高了生化反應(yīng)速率[5]。同時，該工藝能大幅減少剩余污泥的產(chǎn)量，基本解決了傳統(tǒng)生物方法存在的剩余污泥產(chǎn)量大、占地面積大、運行效率低等突出問題。在膜生物反應(yīng)器中，浸在好氧曝氣區(qū)的中空纖維膜組成的膜組件，膜材質(zhì)為聚偏氟乙烯，壽命長、抗污染性強、易清洗、適于污水處理。采用0.1微米的中空纖維膜孔徑可以完全防止細菌通過，實現(xiàn)分離以及各種懸浮顆粒、細菌、藻類、渾濁度和COD的平均有效去除以及有機物的平均有效去除，保證出水水質(zhì)良好懸浮物接近零。由于微濾膜近100%的菌種分離效果，曝氣池內(nèi)的生物濃度可達到10000mg/L以上，這樣不僅提高了曝氣池的抗沖擊能力，也提高了負荷能力，大幅降低了所需曝氣池容積，也降低了生化系統(tǒng)的投資成本。曝氣鼓風機對反應(yīng)池底部進行工作，保證了充足溶氧量對滲濾液進行硝化反應(yīng)。污泥的高效截留效果使得生化污泥大量存在于整個工藝系統(tǒng)，減少污泥的流失，使得污泥齡變長，保證了硝化細菌的繁殖發(fā)育，有利于降解有機物，降低COD和氨氮。經(jīng)過處理的污水通過回流泵再次回到各個生化池進行循環(huán)反復(fù)處理，確保出水水質(zhì)達標，也減少對MBR膜組件的損耗和污染，增加了整個工藝系統(tǒng)的效率和壽命。多個好氧池的硝化系統(tǒng)也間接增加了整個系統(tǒng)的容錯率，保證整個細菌的生存繁殖。

處理站采用鼓風機曝氣，通過微生物的新陳代謝來去除污水中的污染物質(zhì)，需12小時連續(xù)曝氣，三臺風機兩用一備，可以通過手動和自動切換。正常運行時風機每1天自動切換一次，避免長期連續(xù)使用同一臺風機。出現(xiàn)故障時應(yīng)將風機設(shè)置為手動控制，使兩臺風機正常工作，另一臺及時維修或更換。

1.2.4 RO膜系統(tǒng)

RO膜即反滲透膜，通過對處理后的污水加壓，使得高濃度污水從RO膜透過進入低濃度水中。RO膜孔徑極小，可達到納米級(0.0001微米)，遠小于一般有機質(zhì)、無機鹽重金屬、膠體、細菌、病毒等物質(zhì)，僅有水分子和部分礦物質(zhì)能夠透過，從而取得符合排放標準的出水。通過前期處理的污水已經(jīng)得到很大程度上的凈化，所以減少了RO膜的負荷和損耗。

2 運行數(shù)據(jù)整理分析

為了確保系統(tǒng)工藝長期穩(wěn)定地運行，技術(shù)人員連續(xù)兩個月對每天的滲濾液進出水水質(zhì)進行全面化驗檢測。檢測成分為：COD、總氮、總磷、氨氮、PH等，實驗室主要的檢測儀器為5B-1型COD快速測定儀和752N紫外可見光光度計。由于兩個月的實驗數(shù)據(jù)量較大，本次研究取研究過程中中間日期的連續(xù)十個工作日(實際九天)數(shù)據(jù)作為本次討論的研究對象，其中COD和氨氮作為本次主要研究討論對象，其他指標作為次要研究對象，如磷、PH等，圖3為COD和氨氮進出水檢測數(shù)據(jù)，進水為滲濾液原水，即未進入調(diào)節(jié)池未經(jīng)過任何人為處理的污水，出水為經(jīng)過整個系統(tǒng)處理的RO出水。

圖3 COD、氨氮進出水檢測數(shù)據(jù)

進水滲濾液中的COD濃度極其不穩(wěn)定，最低只有1200mg/L，最高超過2600mg/L，但全部在滲濾液處理范圍之內(nèi)；進水氨氮濃度較高，全部超過1000mg/L，最低1011mg/L，最高1560mg/L，基本都在1300～1600mg/L范圍，進水碳氮比嚴重失調(diào)；連續(xù)九天的出水指標全部達標，COD出水濃度最高62mg/L，平均51mg/L，出水氨氮濃度最高13.9mg/L，最低0.2mg/L，平均數(shù)據(jù)不到5mg/L，遠低于標準氨氮出水標準。

為了了解整個工藝系統(tǒng)各環(huán)節(jié)處理效果，對進水、A/O出水、MBR出水及RO出水水質(zhì)分別做了數(shù)據(jù)檢測整理，并得到各個工藝的COD、氨氮的去除率、去除效果和數(shù)據(jù)，見表2。

表2 滲濾液進水及各個系統(tǒng)出水的數(shù)據(jù)指標 (單位mg/L)

由于A/O系統(tǒng)與MBR池串聯(lián)并循環(huán)滲濾液處理，無法得到單獨硝化反硝化的處理效果，A/O出水數(shù)據(jù)是取MBR池中的水并作分析；MBR出水是經(jīng)過整個A/O+MBR膜組件處理的出水，其效果包括了前段兼氧調(diào)節(jié)和二級A/O的凈水處理；RO反滲透系統(tǒng)則是整個系統(tǒng)最后的凈化環(huán)節(jié)，也是達標最終出水的最后保障。

根據(jù)各個系統(tǒng)的出水檢測數(shù)據(jù)，計算了COD及氨氮每個系統(tǒng)的去除率。A/O去除率就是A/O出水數(shù)據(jù)與進水數(shù)據(jù)作對比計算的結(jié)果，而MBR和RO去除率則是以進入各個系統(tǒng)的水質(zhì)數(shù)據(jù)與排出水質(zhì)作對比計算。比如7月1日的MBR系統(tǒng)COD去除率計算為：1-(256/562)=0.54，則MBR系統(tǒng)COD去除率為54%，連續(xù)九天的去除率數(shù)據(jù)整理見表3，各個系統(tǒng)的COD、氨氮平均去除率見表4

表3 各個工藝系統(tǒng)的COD及氨氮去除情況表

表4 各個工藝系統(tǒng)的平均去除率及總?cè)コ蕯?shù)據(jù)表(%)

3 數(shù)據(jù)討論及分析

3.1 出水COD及氨氮

通過表2的進出水水質(zhì)數(shù)據(jù)可以看出，在COD和氨氮都低于系統(tǒng)設(shè)計的最大處理范圍時，即使進水水質(zhì)COD和氨氮數(shù)值波動較大，系統(tǒng)出水仍然不受影響，出水全部符合排放標準，說明此工藝處理滲濾液在成分變化較大的情況下仍然穩(wěn)定，也說明采用多個工藝組合處理滲濾液承受水質(zhì)變化能力較強，處理滲濾液容錯率遠高于單個工藝系統(tǒng)。對比進水COD為約1200mg/L和2500mg/L以上的出水數(shù)據(jù)可看出，進水水質(zhì)的波動并不影響此系統(tǒng)出水水質(zhì)。進水氨氮濃度在1000～1500mg/L范圍時，數(shù)值波動較COD小得多，而出水水質(zhì)雖然都符合排放標準，但波動較大，最小只有0.2mg/L，最大接近15mg/L，通過觀察此兩個月的其他數(shù)據(jù)也得到了證實。為此觀察所有數(shù)據(jù)，測定A/O及MBR污泥的SV30、mlss、SVI等，得到初步結(jié)論：滲濾液中氨氮的去除基本全部依靠硝化、反硝化反應(yīng)，MBR膜對于氨氮的去除能力很有限，而RO膜對于氨氮的處理缺乏保障，由于氨氮的多少使得RO截留存在問題，所以氨氮的總體去除率幾乎完全要靠系統(tǒng)前段的A/O系統(tǒng)。而研究的過程中由于連續(xù)兩次的排泥可能使缺氧池和好氧池中的微生物受到一定的沖擊，而恢復(fù)之前的環(huán)境又需要一定時間，所以在恢復(fù)生態(tài)之前的數(shù)據(jù)檢測可能會受到一定程度的影響，從而導致出水氨氮的不穩(wěn)定。

3.2 COD去除情況

從表3和表4可以看出COD和氨氮在各個系統(tǒng)的處理情況、平均去除情況及總?cè)コ剩渲蠧OD在A/O系統(tǒng)和RO系統(tǒng)的去除情況較好，去除率均在70%～80%之間，而在MBR系統(tǒng)去除COD情況較一般，平均只有45.51%。前段均質(zhì)調(diào)節(jié)池偏厭氧的環(huán)境以及后面缺氧、好氧的循環(huán)系統(tǒng)的大環(huán)境均有去除COD的作用，首先在厭氧的環(huán)境下大分子有機物水解，長鏈環(huán)鏈的有機物的結(jié)構(gòu)被破壞，降解為較小分子的有機物；小分子有機物進入缺氧環(huán)境得到進一步降解，使不溶性或難溶性的有機物變?yōu)榭扇苄杂袡C物；在好氧池的自養(yǎng)菌進一步處理消耗，COD的濃度再一次降低，而從MBR池底部滲濾液反流至一級反硝化池中再一次循環(huán)處置，使進入MBR產(chǎn)水池的水中COD濃度得到最大程度上的降低。而本系統(tǒng)的MBR池的COD去除率有限，因為A/O池中的污水本身也在MBR曝氣池中的好氧環(huán)境進行處理，MBR曝氣池的好氧硝化的處理能力也被計算到A/O系統(tǒng)中，同時MBR膜組件起到的核心作用是截留活性污泥，使得A/O和MBR池中的污泥濃度、微生物數(shù)量損耗降低，增加污泥齡和水的停留時間，保證細菌的存活周期，而膜組件的超濾并不能對滲濾液中的小分子起到較大的過濾作用，所以MBR對于COD的去除效果從數(shù)據(jù)來看顯得很低，但從整套工藝流程來看，MBR曝氣池的進一步好氧硝化、膜組件對大分子截留保證污泥濃度對整個工程起到了承上啟下必不可少的作用。

3.3 氨氮去除情況

氨氮在各個工藝中的去除率明顯不同，A/O系統(tǒng)最高，去除率為98.15%；RO反滲透膜作用其次，為70.1%；MBR膜最低，只有27.34%，這樣的數(shù)據(jù)結(jié)果也是在預(yù)料之內(nèi)、符合實際理論的。整套處理工程針對高氨氮的特點專門設(shè)計了A/O系統(tǒng)，A/O系統(tǒng)中的反硝化、硝化作用對于除氮去磷有著高強度的效率保證，在第一輪A1-O1-A2-O2過程中就會使有機物氨化，氧化部分氨氮，還原部分硝酸根，經(jīng)過一輪反硝化、硝化處理的滲濾液進入MBR處理后再回流至前段進行循環(huán)處理，所以A/O系統(tǒng)是此工藝系統(tǒng)去除氨氮濃度最有力的保障；MBR膜組件對于小分子的氨氮基本沒有截留過濾作用，所以此工藝對于氨氮的去除沒有數(shù)據(jù)上的實際意義；RO反滲透作用對于氨氮的平均去除率能達到70.1%，但是去除率的波動相當大，最大達到99%，使氨氮濃度1300mg/L以上的滲濾液原水最后經(jīng)過RO膜，出水氨氮只有0.2%，但是RO的最低氨氮去除率只有16%。通過所有數(shù)據(jù)的對比和觀察RO進出水以及檢查RO膜得出結(jié)論：RO膜本身對于分子量較小的氨氮分子沒有完全有效的阻截作用，所以從數(shù)據(jù)結(jié)果來看，RO膜的去除率較大程度上取決于前段A/O系統(tǒng)的氨氮去除率。

從COD和氨氮總?cè)コ噬蟻砜磧烧叻謩e達到了97.49%和99.68%，這樣的去除率對于整個系統(tǒng)工藝的能力是肯定的，厭氧環(huán)境的均質(zhì)調(diào)節(jié)池+一級反硝化池+一級硝化池+二級反硝化池+二級硝化池+MBR膜組件+RO反滲透的整個工藝組合對于出水水質(zhì)的達標起到明顯作用；同時每一個單獨工藝都有著不可替代的作用，都發(fā)揮自身獨有的特點，組合到一起可大幅提高COD、氨氮的去除效率。此外，該系統(tǒng)對于磷的處理也同樣出色，當進水磷含量為20～30mg/L，出水磷含量僅為0.2～0.8mg/L，遠低于出水標準；PH出水檢測控制在7.1～7.4，出水總氮、色度、堿度等也同樣全部達標。

4 結(jié)語

(1)對于成熟期填埋場的滲濾液處理，高效去除氨氮的能力是整套組合系統(tǒng)必不可少的核心能力，A/O系統(tǒng)對于氨氮的去除非常明顯，A/O系統(tǒng)對于氨氮的去除率達到98%。

(2)A/O+MBR+RO的組合對于COD的降解效果顯著，作用流程先降解大分子，再分解小分子，消耗剩余有機物，最后超濾膜和RO膜能有效地過濾攔截有機物。

(3)組合工藝大幅提高處理效率，每個單獨工藝都是整體不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，有了整體工藝的保證，出水COD、氨氮、總磷、PH等才能達標排放。