陳燕，趙偉，李俊，楊華亮，萬春煒，張斯源，薛秋玉

（維爾利環(huán)保科技集團股份有限公司，江蘇 常州 213125）

近年來，隨著村鎮(zhèn)經(jīng)濟發(fā)展及居民生活方式的改變，村鎮(zhèn)垃圾的產(chǎn)生量逐年遞增[1]。目前，村鎮(zhèn)垃圾常用的處理技術(shù)主要有堆肥、焚燒及衛(wèi)生填埋[2]等。因適用范圍廣、操作管理簡便、運行成本低，又是其他技術(shù)所必需的最終處置方式，填埋法成為村鎮(zhèn)垃圾處理的首選方式[3]。我國地域遼闊，村鎮(zhèn)分布較分散，常以分散式小型垃圾填埋場為主。受限于村鎮(zhèn)垃圾填埋場的規(guī)模和技術(shù)因素，填埋產(chǎn)生的垃圾滲濾液得不到良好的處理，會引起二次污染，導(dǎo)致村鎮(zhèn)人居環(huán)境和生態(tài)環(huán)境被破壞。因此，小型村鎮(zhèn)垃圾填埋產(chǎn)生的滲濾液處理工作尤為重要，需引起足夠重視。

研究發(fā)現(xiàn)[4]，村鎮(zhèn)垃圾填埋場產(chǎn)生的滲濾液污染物各項指標遠低于城市垃圾滲濾液，因此，村鎮(zhèn)垃圾滲濾液處理不能照搬城市滲濾液處理工藝。由于村鎮(zhèn)垃圾滲濾液可生化性差，常采用簡便易操作的物化法進行處理[5]，如吸附法[6]、臭氧法[7]和Fenton法[8]等，但單純物化法對COD、總氮和氨氮等污染物去除率不理想。而傳統(tǒng)主流工藝雖然處理效果尚可，但存在諸多弊端[9]：如占地面積較大、運行成本高和建設(shè)周期較長等問題。

針對村鎮(zhèn)垃圾滲濾液特點，維爾利環(huán)?？萍技瘓F股份有限公司從工藝流程、處理規(guī)模、運行穩(wěn)定性、處理效果及運行成本等多方面綜合考慮，開發(fā)一套小規(guī)模集成化的環(huán)流曝氣雙段式集成處理裝備。本裝備是以環(huán)流曝氣技術(shù)為核心，將生物反應(yīng)和超濾膜分離相耦合，并結(jié)合膜深度處理技術(shù)，改變反應(yīng)進程和提高反應(yīng)效率的裝備。本裝備在保證出水效果的基礎(chǔ)上，方便高效快捷的實現(xiàn)村鎮(zhèn)分散式生活垃圾滲濾液無害化，最終能有效改善村鎮(zhèn)人居環(huán)境。

1 設(shè)計

1.1 設(shè)計進出水要求

1.1.1 進水水質(zhì)

環(huán)流曝氣雙段式集成處理裝備設(shè)計規(guī)模為10m3/d，進水水質(zhì)需達到表1相關(guān)要求，若達不到則需進行預(yù)處理。

表1 均衡池參數(shù)表

表1 環(huán)流曝氣雙段式集成處理裝備進水水質(zhì)

1.1.2 出水水質(zhì)

出水水質(zhì)需達到《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB 16889—2008）表2標準。

1.2 工藝流程

環(huán)流曝氣雙段式集成處理裝備采用主要工藝組合為：均衡池+環(huán)流曝氣膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)+NF。工藝流程設(shè)計如圖1所示。

均衡池內(nèi)的廢水經(jīng)布水系統(tǒng)進入環(huán)流曝氣膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)。環(huán)流曝氣膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)由前置反硝化、環(huán)流曝氣反應(yīng)器、脫氣池、后置反硝化、緩沖池和外置式超濾單元組成。設(shè)有兩級生物脫氮功能的環(huán)流曝氣膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)生物脫氮率在98%以上，由于部分難生化降解的有機物的存在，環(huán)流曝氣膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)出水需流入深度膜處理系統(tǒng)做進一步處理。深度膜處理系統(tǒng)為納濾。在系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行時，納濾（NF）系統(tǒng)出水即可達標排放。

1.3 工藝說明

均衡池出水進入前置反硝化池，廢水中的硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮在缺氧條件下轉(zhuǎn)換成氮氣，并排出系統(tǒng)；隨后，在環(huán)流曝氣反應(yīng)器內(nèi)，好氧微生物在兩相噴嘴的曝氣作用下，將水中的氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮及亞硝態(tài)氮，同時COD 被有效降解；經(jīng)環(huán)流曝氣反應(yīng)器處理后的污泥處于高度充氧的狀態(tài)，不利于后置反硝化的運行，因此，設(shè)置脫氣池來降低污泥溶解氧，同時脫氣池起到硝化和調(diào)節(jié)的作用，脫氣池中的一部分水回流至前置反硝化池調(diào)節(jié)碳氮比，另一部分進入后置反硝化池進行脫氮處理；后置反硝化池利用廢水中剩余COD 及外加碳源，將廢水中剩余硝態(tài)氮進行反硝化，以降低總氮濃度；后置反硝化出水進入緩沖池，為確保出水氨氮及總氮的達標排放，緩沖池中再次進行硝化反應(yīng)，產(chǎn)生的硝態(tài)氮及亞硝態(tài)氮可回流至前置反硝化池而被去除[10]。

1.4 主要處理單元設(shè)計

1.4.1 水質(zhì)均衡池

本方案設(shè)計一座水質(zhì)均衡池，用于調(diào)節(jié)水質(zhì)，保證廢水的充分混合，同時在均衡池中進行新老滲濾液調(diào)配，或通過投加碳源以獲得合適的碳氮比。其設(shè)計參數(shù)見表2。

表2 生化反應(yīng)單元參數(shù)表[11]

1.4.2 生化單元

環(huán)流曝氣雙段式集成處理裝備的生化反應(yīng)系統(tǒng)由1 座前置反硝化池、1 座環(huán)流曝氣反應(yīng)器、1 座脫氣池、1 座后置反硝化池和1 座緩沖池組成。詳細設(shè)計參數(shù)見表3。

表3 超濾處理單元參數(shù)表

1.4.3 超濾單元

超濾單元為1 套集成模塊化超濾設(shè)備，采用超濾取代傳統(tǒng)的二沉池，通過超濾膜的截留作用將微生物截留在生化系統(tǒng)中，起到提高污泥濃度，延長污泥泥齡及提高容積負荷的作用。其設(shè)計參數(shù)見表4。

表4 納濾處理單元參數(shù)表

1.4.4 納濾單元

環(huán)流曝氣膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)處理后的出水需進一步處理才能達標排放，因此設(shè)計了納濾系統(tǒng)。其設(shè)計參數(shù)如表5。

表5 環(huán)流曝氣雙段式滲濾液集成處理裝備主要工藝單元處理效果

2 工程應(yīng)用-10 m3·d-1 環(huán)流曝氣雙段式集成處理裝備

10 m3·d-1環(huán)流曝氣雙段式集成處理裝備在浙江省某生活垃圾填埋場完成設(shè)備組裝，占地面積112 m2。

2.1 COD 容積負荷監(jiān)測

環(huán)流曝氣雙段式滲濾液集成處理裝備持續(xù)穩(wěn)定進水，采用不斷提升進水量的方式。圖2為調(diào)試并穩(wěn)定運行期間COD 容積負荷監(jiān)測。初期快速提高進水COD 容積負荷至1.0 kg COD/m3·d。由于活性污泥本身對滲濾液有一定適應(yīng)性，可快速提高進水量。第3～5 天維持1.0 kg COD/m3·d 的負荷，在反應(yīng)的第5 天提高進水負荷。

由于活性污泥在運送的過程中，活性受到影響，快速提高進水負荷后，活性污泥的活性恢復(fù)還需一段時間，因此經(jīng)過第7～18 天的馴化，污泥活性恢復(fù)，進入快速生長期，在此期間滲濾液的進水負荷不斷升高并穩(wěn)定至2.2～2.3 kg COD/m3·d。環(huán)流曝氣反應(yīng)器COD 容積負荷顯著高于傳統(tǒng)外置式生物反應(yīng)器[9]。

2.2 出水水質(zhì)監(jiān)測

根據(jù)環(huán)流曝氣雙段式滲濾液集成處理裝備穩(wěn)定運行期間水質(zhì)數(shù)據(jù)化驗的結(jié)果，做如下分析。

2.2.1 COD 監(jiān)測

圖3所示為環(huán)流曝氣雙段式滲濾液集成處理裝備穩(wěn)定運行期間COD 水質(zhì)數(shù)據(jù)匯總圖。

從圖3中可以看出，系統(tǒng)進水COD 在9 000～12 000 mg·L-1范圍波動，符合設(shè)計進水要求。系統(tǒng)出水COD 大致在20～60 mg·L-1范圍內(nèi)波動，總體穩(wěn)定，平均值為38 mg·L-1，達到出水排放標準。

2.2.2 氨氮監(jiān)測

圖4所示為環(huán)流曝氣雙段式滲濾液集成處理裝備穩(wěn)定運行期間氨氮水質(zhì)數(shù)據(jù)匯總圖。

從圖4可以看出，系統(tǒng)進水氨氮在1 200～1 500 mg·L-1范圍波動，符合設(shè)計進水要求。系統(tǒng)出水氨氮大致在12 mg·L-1以下，總體穩(wěn)定，平均值為6 mg·L-1左右，達到出水排放標準。

2.2.3 總氮監(jiān)測

圖5所示為環(huán)流曝氣雙段式滲濾液集成處理裝備穩(wěn)定運行期間總氮水質(zhì)數(shù)據(jù)匯總圖。

從圖5可以看出，系統(tǒng)進水總氮在1 300～1 700 mg·L-1范圍內(nèi)，符合設(shè)計進水要求。系統(tǒng)出水總氮大致在10～30 mg·L-1范圍內(nèi)波動，總體穩(wěn)定，平均值為19 mg·L-1左右，達到出水排放標準。

2.2.4 主要工藝單元處理效果

表6中環(huán)流曝氣膜生物反應(yīng)系統(tǒng)和納濾系統(tǒng)進出水數(shù)據(jù)為裝備穩(wěn)定運行6 個月期間的平均值。

由表6可知，環(huán)流曝氣膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)能有效去除90%以上原水污染物，此時出水BOD、氨氮和懸浮物已達到排放要求，但COD 和總氮濃度仍然偏高。環(huán)流曝氣膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)出水經(jīng)納濾進一步處理后，COD 和總氮均可達到排放標準，在此階段COD 和總氮去除率分別為94.9%和73.6%，而BOD、氨氮和懸浮物濃度均已下降至較低水平，說明納濾能有效去除廢水中的難降解有機物。經(jīng)環(huán)流曝氣雙段式滲濾液集成處理裝備處理后的COD、BOD、氨氮、總氮和懸浮物總?cè)コ史謩e為99.7%、99.9%、99.6%、98.8%和97.3%。該裝備在工程應(yīng)用中符合設(shè)計要求，出水水質(zhì)滿足《生活垃圾填埋場控制標準》（GB 16889—2008）表2的要求。

3 結(jié) 論

在成功研制環(huán)流曝氣雙段式滲濾液集成處理裝備的基礎(chǔ)上，本裝備進行了工程應(yīng)用。經(jīng)監(jiān)測，本裝備處理滲濾液效率高，出水水質(zhì)滿足GB 16889—2008 中表2要求。本裝備高效集成，具有占地面積小，容積負荷高，出水水質(zhì)穩(wěn)定，污染物去除率高和能耗低等特點，其成功應(yīng)用可以填補小型村鎮(zhèn)垃圾滲濾液的處理技術(shù)空白，并有效的解決小型村鎮(zhèn)垃圾填埋場滲濾液處理場地難選址的問題。