環流曝氣雙段式集成處理裝備處理村鎮垃圾滲濾液工程應用研究

陳燕，趙偉，李俊，楊華亮，萬春煒，張斯源，薛秋玉

（維爾利環保科技集團股份有限公司，江蘇 常州 213125）

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

研究發現[4]，村鎮垃圾填埋場產生的滲濾液污染物各項指標遠低于城市垃圾滲濾液，因此，村鎮垃圾滲濾液處理不能照搬城市滲濾液處理工藝。由于村鎮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、運行成本高和建設周期較長等問題。

針對村鎮垃圾滲濾液特點，維爾利環保科技集團股份有限公司從工藝流程、處理規模、運行穩定性、處理效果及運行成本等多方面綜合考慮，開發一套小規模集成化的環流曝氣雙段式集成處理裝備。本裝備是以環流曝氣技術為核心，將生物反應和超濾膜分離相耦合，并結合膜深度處理技術，改變反應進程和提高反應效率的裝備。本裝備在保證出水效果的基礎上，方便高效快捷的實現村鎮分散式生活垃圾滲濾液無害化，最終能有效改善村鎮人居環境。

1 設計

1.1 設計進出水要求

1.1.1 進水水質

環流曝氣雙段式集成處理裝備設計規模為10m3/d，進水水質需達到表1相關要求，若達不到則需進行預處理。

表1 均衡池參數表

表1 環流曝氣雙段式集成處理裝備進水水質

1.1.2 出水水質

出水水質需達到《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+環流曝氣膜生物反應器系統+NF。工藝流程設計如圖1所示。

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

1.3 工藝說明

均衡池出水進入前置反硝化池，廢水中的硝態氮和亞硝態氮在缺氧條件下轉換成氮氣，并排出系統；隨后，在環流曝氣反應器內，好氧微生物在兩相噴嘴的曝氣作用下，將水中的氨氮轉化為硝態氮及亞硝態氮，同時COD 被有效降解；經環流曝氣反應器處理后的污泥處于高度充氧的狀態，不利于后置反硝化的運行，因此，設置脫氣池來降低污泥溶解氧，同時脫氣池起到硝化和調節的作用，脫氣池中的一部分水回流至前置反硝化池調節碳氮比，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，產生的硝態氮及亞硝態氮可回流至前置反硝化池而被去除[10]。

1.4 主要處理單元設計

1.4.1 水質均衡池

本方案設計一座水質均衡池，用于調節水質，保證廢水的充分混合，同時在均衡池中進行新老滲濾液調配，或通過投加碳源以獲得合適的碳氮比。其設計參數見表2。

表2 生化反應單元參數表[11]

1.4.2 生化單元

環流曝氣雙段式集成處理裝備的生化反應系統由1 座前置反硝化池、1 座環流曝氣反應器、1 座脫氣池、1 座后置反硝化池和1 座緩沖池組成。詳細設計參數見表3。

表3 超濾處理單元參數表

1.4.3 超濾單元

超濾單元為1 套集成模塊化超濾設備，采用超濾取代傳統的二沉池，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。其設計參數見表4。

表4 納濾處理單元參數表

1.4.4 納濾單元

環流曝氣膜生物反應器系統處理后的出水需進一步處理才能達標排放，因此設計了納濾系統。其設計參數如表5。

表5 環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 工程應用-10 m3·d-1 環流曝氣雙段式集成處理裝備

10 m3·d-1環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備組裝，占地面積112 m2。

2.1 COD 容積負荷監測

環流曝氣雙段式滲濾液集成處理裝備持續穩定進水，采用不斷提升進水量的方式。圖2為調試并穩定運行期間COD 容積負荷監測。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還需一段時間，因此經過第7～18 天的馴化，污泥活性恢復，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定至2.2～2.3 kg COD/m3·d。環流曝氣反應器COD 容積負荷顯著高于傳統外置式生物反應器[9]。

2.2 出水水質監測

根據環流曝氣雙段式滲濾液集成處理裝備穩定運行期間水質數據化驗的結果，做如下分析。

2.2.1 COD 監測

圖3所示為環流曝氣雙段式滲濾液集成處理裝備穩定運行期間COD 水質數據匯總圖。

從圖3中可以看出，系統進水COD 在9 000～12 000 mg·L-1范圍波動，符合設計進水要求。系統出水COD 大致在20～60 mg·L-1范圍內波動，總體穩定，平均值為38 mg·L-1，達到出水排放標準。

2.2.2 氨氮監測

圖4所示為環流曝氣雙段式滲濾液集成處理裝備穩定運行期間氨氮水質數據匯總圖。

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

2.2.3 總氮監測

圖5所示為環流曝氣雙段式滲濾液集成處理裝備穩定運行期間總氮水質數據匯總圖。

從圖5可以看出，系統進水總氮在1 300～1 700 mg·L-1范圍內，符合設計進水要求。系統出水總氮大致在10～30 mg·L-1范圍內波動，總體穩定，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中環流曝氣膜生物反應系統和納濾系統進出水數據為裝備穩定運行6 個月期間的平均值。

由表6可知，環流曝氣膜生物反應器系統能有效去除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。環流曝氣膜生物反應器系統出水經納濾進一步處理后，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。經環流曝氣雙段式滲濾液集成處理裝備處理后的COD、BOD、氨氮、總氮和懸浮物總去除率分別為99.7%、99.9%、99.6%、98.8%和97.3%。該裝備在工程應用中符合設計要求，出水水質滿足《生活垃圾填埋場控制標準》（GB 16889—2008）表2的要求。

3 結 論

在成功研制環流曝氣雙段式滲濾液集成處理裝備的基礎上，本裝備進行了工程應用。經監測，本裝備處理滲濾液效率高，出水水質滿足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，出水水質穩定，污染物去除率高和能耗低等特點，其成功應用可以填補小型村鎮垃圾滲濾液的處理技術空白，并有效的解決小型村鎮垃圾填埋場滲濾液處理場地難選址的問題。