常州某垃圾填埋場滲濾液處理工程實例

溧陽中材環保有限公司 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生生物反應生成的水分、填埋區內的雨水匯集和淺層地表滲流水。影響垃圾滲濾液生產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，水質水量變化幅度很大，總體水質情況會隨垃圾填埋齡的延長發生質的變化。垃圾填埋根據垃圾填埋年限分為：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 進出水質及工藝流程

此垃圾滲濾液處理站日處理量60～126噸，根據接收量和生產需求安排，執行《生活垃圾填埋污染控制標準》GB16889—2008標準，其進水水質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，濃水產生量通過循環，可小于15%。

表1 工程進水水質及出水排放標準

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”循環系統工藝，前置二級反硝化、硝化系統降解高分子有機物，除氮去磷，為后續處理減輕壓力，緩解MBR膜和RO膜的損耗，延長膜壽命；后續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或無機質，保證出水水質。其工藝流程圖見圖1。

圖1 系統工藝流程

1.2 工藝介紹

1.2.1 調節及均質池

垃圾滲濾液由于受客觀因素影響，其水質成分有較大波動，對于長期固定的循環系統有一定的沖擊。為了緩解沖擊和穩定水量，在系統最前面設計調節池和均質池。在均質池中可加入純堿等藥劑達到一個初期處理的穩定效果，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

A/O工藝是將前段反硝化系統和后段硝化系統串聯起來，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生化循環處理，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，根據實際投放的滲濾液增加或減少，補充碳源的量相應改變。缺氧池中異養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；異養菌在缺氧的環境下可將蛋白質、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-還原成分子態氮氣進入大氣，進行無污染處理，完成C、N、O的循環[4]。反硝化、硝化N的循環見圖2。

圖2 反硝化、硝化N的循環圖

1.2.3 MBR膜系統

膜生物反應器是一種將膜分離技術與傳統污水生物處理工藝有機結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勢菌的出現，污泥齡長，提高了生化反應速率[5]。同時，該工藝能大幅減少剩余污泥的產量，基本解決了傳統生物方法存在的剩余污泥產量大、占地面積大、運行效率低等突出問題。在膜生物反應器中，浸在好氧曝氣區的中空纖維膜組成的膜組件，膜材質為聚偏氟乙烯，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，也降低了生化系統的投資成本。曝氣鼓風機對反應池底部進行工作，保證了充足溶氧量對滲濾液進行硝化反應。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，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育，有利于降解有機物，降低COD和氨氮。經過處理的污水通過回流泵再次回到各個生化池進行循環反復處理，確保出水水質達標，也減少對MBR膜組件的損耗和污染，增加了整個工藝系統的效率和壽命。多個好氧池的硝化系統也間接增加了整個系統的容錯率，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，需12小時連續曝氣，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，避免長期連續使用同一臺風機。出現故障時應將風機設置為手動控制，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

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、無機鹽重金屬、膠體、細菌、病毒等物質，僅有水分子和部分礦物質能夠透過，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 運行數據整理分析

為了確保系統工藝長期穩定地運行，技術人員連續兩個月對每天的滲濾液進出水水質進行全面化驗檢測。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據量較大，本次研究取研究過程中中間日期的連續十個工作日(實際九天)數據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據，進水為滲濾液原水，即未進入調節池未經過任何人為處理的污水，出水為經過整個系統處理的RO出水。

圖3 COD、氨氮進出水檢測數據

進水滲濾液中的COD濃度極其不穩定，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；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；連續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，平均數據不到5mg/L，遠低于標準氨氮出水標準。

為了了解整個工藝系統各環節處理效果，對進水、A/O出水、MBR出水及RO出水水質分別做了數據檢測整理，并得到各個工藝的COD、氨氮的去除率、去除效果和數據，見表2。

表2 滲濾液進水及各個系統出水的數據指標 (單位mg/L)

由于A/O系統與MBR池串聯并循環滲濾液處理，無法得到單獨硝化反硝化的處理效果，A/O出水數據是取MBR池中的水并作分析；MBR出水是經過整個A/O+MBR膜組件處理的出水，其效果包括了前段兼氧調節和二級A/O的凈水處理；RO反滲透系統則是整個系統最后的凈化環節，也是達標最終出水的最后保障。

根據各個系統的出水檢測數據，計算了COD及氨氮每個系統的去除率。A/O去除率就是A/O出水數據與進水數據作對比計算的結果，而MBR和RO去除率則是以進入各個系統的水質數據與排出水質作對比計算。比如7月1日的MBR系統COD去除率計算為：1-(256/562)=0.54，則MBR系統COD去除率為54%，連續九天的去除率數據整理見表3，各個系統的COD、氨氮平均去除率見表4

表3 各個工藝系統的COD及氨氮去除情況表

表4 各個工藝系統的平均去除率及總去除率數據表(%)

3 數據討論及分析

3.1 出水COD及氨氮

通過表2的進出水水質數據可以看出，在COD和氨氮都低于系統設計的最大處理范圍時，即使進水水質COD和氨氮數值波動較大，系統出水仍然不受影響，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定，也說明采用多個工藝組合處理滲濾液承受水質變化能力較強，處理滲濾液容錯率遠高于單個工藝系統。對比進水COD為約1200mg/L和2500mg/L以上的出水數據可看出，進水水質的波動并不影響此系統出水水質。進水氨氮濃度在1000～1500mg/L范圍時，數值波動較COD小得多，而出水水質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據也得到了證實。為此觀察所有數據，測定A/O及MBR污泥的SV30、mlss、SVI等，得到初步結論：滲濾液中氨氮的去除基本全部依靠硝化、反硝化反應，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前段的A/O系統。而研究的過程中由于連續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，而恢復之前的環境又需要一定時間，所以在恢復生態之前的數據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和氨氮在各個系統的處理情況、平均去除情況及總去除率，其中COD在A/O系統和RO系統的去除情況較好，去除率均在70%～80%之間，而在MBR系統去除COD情況較一般，平均只有45.51%。前段均質調節池偏厭氧的環境以及后面缺氧、好氧的循環系統的大環境均有去除COD的作用，首先在厭氧的環境下大分子有機物水解，長鏈環鏈的有機物的結構被破壞，降解為較小分子的有機物；小分子有機物進入缺氧環境得到進一步降解，使不溶性或難溶性的有機物變為可溶性有機物；在好氧池的自養菌進一步處理消耗，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處置，使進入MBR產水池的水中COD濃度得到最大程度上的降低。而本系統的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的去除效果從數據來看顯得很低，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%，這樣的數據結果也是在預料之內、符合實際理論的。整套處理工程針對高氨氮的特點專門設計了A/O系統，A/O系統中的反硝化、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處理，所以A/O系統是此工藝系統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據上的實際意義；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%。通過所有數據的對比和觀察RO進出水以及檢查RO膜得出結論：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，所以從數據結果來看，RO膜的去除率較大程度上取決于前段A/O系統的氨氮去除率。

從COD和氨氮總去除率上來看兩者分別達到了97.49%和99.68%，這樣的去除率對于整個系統工藝的能力是肯定的，厭氧環境的均質調節池+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必不可少的核心能力，A/O系統對于氨氮的去除非常明顯，A/O系統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鍵環節，有了整體工藝的保證，出水COD、氨氮、總磷、PH等才能達標排放。