MBR 工藝處理垃圾滲濾液的進出水總氮組成及控制措施分析

蔣 宇，文靖發，楊光明，王 青，黃佩希

（成都市興蓉再生能源有限公司，成都 610108）

膜生物反應器（MBR）是處理垃圾滲濾液的有效工藝，進出水總氮組成是影響運行效果的重要因素，必須對其做好控制[1-3]。在污水處理中，生化池主要有兩種流態形式，即全混式和推流式。要合理調整生化池的流態形式，延長泥水混合物在一級反硝化段的停留時間，然后向二級反硝化段投加碳源，調整生化需氧量/總氮（BOD/TN），從而達到良好的脫氮目的。同時，對系統內進水負荷、污泥負荷、污泥齡做好調整和記錄，使生化池內活性污泥保持良好的運行狀態，最終有效控制出水總氮，節約運行成本。

1 項目概況

垃圾滲濾液處理站是垃圾填埋場的配套設施，用于處理生活垃圾中滲出的污水。某垃圾滲濾液處理站采用的主體工藝為MBR 工藝，它由生化段的二級厭氧好氧（AO）脫氮系統+超濾系統組成，該工藝目前廣泛應用于我國的各類污水處理中，運行經驗成熟，效果穩定。但是，在處理垃圾填埋場老齡滲濾液時，由于原水的可生化性降低，氨氮含量隨填埋年限的增加而升高，引起碳氮比（C/N）失衡，進一步增大滲濾液脫氮的處理難度。因此，有必要對垃圾滲濾液處理站進出水的總氮及其各組分（有機氮、無機氮）含量進行分段檢測，了解MBR 工藝各工段進出水水質，并采取調控措施，確保進出水總氮達標。

2 試驗方案

本試驗研究有兩個目的。一是保證安全生產，優化碳源的投加點位，削減生化池藥劑的使用量（主要包括碳源和消泡劑），削減曝氣系統的電能消耗，從而保證出水水質穩定達標，節約運行成本。二是總結技術成果，為企業創造直接的經濟效益并向同行提供滲濾液生化處理經驗。

2.1 各工段水質成分

2022 年7 月開始，化驗室按照檢驗計劃，分批次檢測各工段（進水段、生化末段、出水段）水質總氮的各項指標含量，具體指標為有機氮和無機氮，無機氮包括氨氮、硝態氮和亞硝態氮。

2.2 生化池流態形式

生化池的流態形式主要有兩種。一是全混式。其特點是原污水、回流污泥在剛進入生化池時立即和池中原有的混合液充分混合，因此整個池內混合液均勻一致，水質數據相差較小，優點為運行較穩定，受水質波動沖擊較小。缺點也較為明顯，主要表現為回流量較大，導致反硝化時間短于推流式，可能出現污泥膨脹、碳源在反硝化階段未充分有效利用，同時生化池出水水質較差。二是推流式。生化池內污泥負荷和好氧速率前高后低，生化池前后的微生物種類和數量存在差異，反硝化段的停留時間長于全混式，出水水質優于全混式且不易發生污泥膨脹。結合垃圾滲濾液處理站的運行現狀，為了改善水質，本研究以調整生化池的流態形式介于推流式和全混式之間為主要方向。主要手段是控制超濾進入一級反硝化池和二級反硝化池的回流量來改變流態形式，輔助手段為調整碳源投加點來優化反硝化段的微生物營養比例。

2.3 調試和運行設計

按照要求組裝試驗裝置，根據試驗裝置的容積，結合垃圾滲濾液處理站生化池的運行要求，核算試驗裝置的污泥濃度、化學需氧量（COD）負荷、氨氮負荷等指標。先按照生化池目前的內、外回流量（外回流比為10 ∶1，內回流比為4 ∶1）運行試驗裝置，即試驗裝置總體接近于全混式生化池，每日監測進水和二級硝化池COD、氨氮、硝態氮、總氮，連續監測出水，相關數據連續穩定15 d 后，開始下一步調整。依次按梯度（8 ∶1、6 ∶1、4 ∶1）調整裝置外回流量，內回流量不變，各梯度連續監測出水，相關數據連續穩定10 d 后，開始下一梯度調整，每階段運行總時間不低于15 d。需要注意的是，調整回流量后，垃圾滲濾液處理站的生化池超濾回流量按比例進入一級反硝化池和二級硝化池，目前采用的形式是超濾全回流至一級反硝化池，導致系統流態形式趨近于全混式，調整的目的是使生化系統整體介于推流式與全混式之間。

3 試驗裝置設計參數

該垃圾滲濾液處理站的主體工藝由生化段（二級AO 脫氮）+超濾膜組成，為確保生化段脫氮效果良好，采用模擬二級AO 脫氮的試驗裝置進行研究。試驗裝置分為4 個工段。一級反硝化池容積為0.25 m3，一級硝化池容積為0.3 m3，二級反硝化池容積為0.06 m3，二級硝化池容積為0.06 m3。經檢測，2022 年7—10 月，試驗前進水水質如表1 所示。根據試驗裝置的容積，結合垃圾滲濾液處理站實際運行情況，確定運行參數，如表2 所示。同時，根據《排水工程》[4]的污水生物脫氮除磷技術規范進行校核，各項指標均符合運行設計要求。

表1 試驗前進水水質

表2 運行參數設計

4 試驗裝置的調試和運行

2022 年9 月1 日，完成試驗裝置的全部組裝，同時按照全混式（接近垃圾滲濾液處理站目前的生化池）和設置的回流比[5-7]進行試運行，9 月3 日開始連續監測各工段，并記錄各階段達到連續穩定運行后的時間和二級硝化出水的平均數據。根據設計方案，試驗裝置運行分為5 個階段。第1 階段運行時間為9 月1 日至9 月20 日，第2 階段運行時間為9 月21 日至10 月7 日，第3 階段運行時間為10 月8 日至10 月25 日，第4 階段運行時間為10 月26 日至11 月13 日，第5 階段運行時間為11 月14 日至11 月16 日。前4 個階段設計參數如表3 所示，運行情況如表4 所示。在第4 階段運行條件下，向二級反硝化池中加入碳源，連續運行4 d，每日檢測抽濾后上清液[8-9]，檢測結果如表5 所示。

表3 前4 個階段設計參數

表4 前4 個階段二級硝化抽濾后上清液檢測結果

表5 第5 階段抽濾后上清液檢測結果

5 結論

垃圾滲濾液屬于高氨氮污水，BOD/TN 大于4（C/N=7.6）時，MBR 工藝可以達到良好的脫氮目的。有機氮在缺氧及好氧的環境中均可轉化為氨氮，在不同的情況下，轉化率為81.3%～91.8%。在進水水質、水量、碳源投加量等基本運行條件不變的情況下，生化池由全混式向推流式演變（將外回流比從10 ∶1調整至4 ∶1），氨氮、硝態氮等指標呈下降趨勢，總氮去除率由85.4%增加至92.4%。在運行情況不變的情況下（以第4 階段運行情況為基準），向二級反硝化池加入適量碳源（C/N=7），脫氮率由92.4%增加至93.4%。在由近全混式演變為近推流式的過程中，生化池產生的泡沫逐漸減少，消泡劑的使用量也逐漸變小。