兩級AO+膜處理組合工藝在老齡滲濾液處理中的應用研究

張洪根

（嘉園環保有限公司，福州 350003）

某城市生活垃圾填埋場于1997年建成投入使用，2016年7月封場。一期填埋區占地面積為5.83 萬m2，垃圾填埋量約為100 萬m3。二期填埋區占地面積為10.38 萬m2，垃圾填埋量約為140 萬m3。該生活垃圾填埋場內大量垃圾填埋時間超過10年，產生的滲濾液主要為老齡滲濾液。老齡滲濾液中的有機物主要為難降解的大分子有機物（腐殖質），其中含氮有機物長期水解發酵，導致滲濾液氨氮濃度過高，造成滲濾液碳氮比（C/N）失衡，從而對生化處理中的微生物產生抑制作用，導致生化處理系統不能穩定運行[1-2]。該生活垃圾填埋場對滲濾液處理站的舊有設施進行提標改造，采用“調節池+初沉池+兩級厭氧好氧（AO）+超濾+納濾+反滲透”的組合工藝，滲濾液達標處理后排入市政管網，出水執行《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB 16889—2008）。

1 設計進出水水質

本項目設計處理規模為400 m3/d，設計進出水的主要指標如表1所示。主要監測指標有化學需氧量（CODCr）、五日生化需氧量（BOD5）、懸浮物（SS）、氨氮（NH3-N）、總氮（TN）和總磷（TP）[3-5]。

表1 設計進出水水質

2 滲濾液處理工藝流程

本項目的滲濾液處理工藝流程如圖1所示。調節池既可以調節水質水量，也可以代替事故池作為應急備用。初沉池主要用于降低調節池進水的懸浮顆粒及其他雜質，同時可均化水質。A/O 系統去除有機物的能力很高，好氧池硝化液回流至缺氧池，反硝化菌在缺氧狀態下將硝酸鹽還原成亞硝酸鹽，并進一步把亞硝酸鹽還原為氨及游離氮[6-7]。好氧池主要進行硝化作用，將氨氮轉化成亞硝酸鹽（NO2-）、硝酸鹽（NO3-），將有機物轉化成二氧化碳與水。經兩級AO 處理后，用泵抽入管式超濾膜，進行泥水分離，管式超濾膜具有很高的截留能力，部分難降解的有機物隨活性污泥回到一級反硝化池，將A/O 系統污泥濃度提升至15 g/L 以上，加快去除有機物和有效脫氮。

圖1 滲濾液處理工藝流程

超濾出水進入納濾系統進行深度處理，去除滲濾液中的有機腐殖酸、BOD5、氨氮等污染物。納濾清水進入反滲透系統，去除CODCr、總氮等污染物，通過反滲透系統對鹽分及有機物的高截留能力，進一步去除滲濾液中的可溶性小分子有機物、氯離子、硝酸根離子等污染物，出水通過標準排放口達標排放。污泥用離心脫水機脫水（脫水后含水率80%），然后運送至焚燒廠處理，濃縮液回灌填埋場。

3 主要設備參數

本項目滲濾液處理系統主要包含調節池、初沉池、膜生物反應器、污泥處置系統、濃縮液回灌系統及臭氣處理系統。

3.1 調節池

調節池有兩座，分別為1 號調節池、2 號調節池，2 號調節池內設浮球液位計、進水泵和鼓風機等，總容積為7 950 m3，理論水力停留時間為19.88 d。

3.2 初沉池

初沉池為地上鋼筋混凝土結構，表面負荷為0.16 m3/（m2·h），底部錐形泥斗用于儲存懸浮顆粒，定期抽排。

3.3 膜生物反應器

膜生物反應器（MBR）由兩級AO+外置管式超濾膜組成，主要設備參數如表2所示。一級反硝化池設計容積為1 404 m3，水力停留時間為3.5 d，一級硝化池設計容積為1 850 m3，水力停留時間為4.62 d，滲濾液中大部分的CODCr、BOD5、NH3-N 等污染物得到去除，碳氮比控制在4～5，溶解氧（DO）濃度控制在2～3 mg/L，pH 控制在7.4～7.8，溫度控制在20～37 ℃，回流比控制在20 倍以內，合理控制以上參數，保障AO 系統的各指標去除率達到設計要求。二級反硝化池設計容積為262.5 m3，水力停留時間為0.59 d，二級硝化池容積為419.2 m3，水力停留時間為1.05 d，二級AO 主要是為了進一步脫氮。A/O 系統運行過程中，夏季需要注意溫度不能超過40 ℃，高溫會抑制微生物活性，還可能損壞膜系統，要通過換熱系統及時降溫。冬季需要注意保溫，保證污泥活性不受低溫影響，另外，冬季生化泡沫較多，要及時消泡。A/O 系統出水先經過40 目過濾袋（孔徑0.425 mm），將大顆粒雜物和纖維物攔截后進入外置管式超濾膜，防止超濾膜堵塞，超濾膜通過高效截流作用將泥水分離，濃縮后的污泥全部回流缺氧池，提高污泥濃度，延長泥齡，擴大優勢菌群，提高活性污泥反應效率，透過液則繼續進入納濾系統。

表2 MBR 系統的主要設備

3.4 深度處理系統

本項目的深度處理系統含納濾和反滲透，納濾設計處理能力為400 m3/d，設計回收率為85%，采用兩段式排列，共有36 支膜芯，型號為NF270-400。納濾膜能有效去除污水中的CODCr、二價重金屬離子、細菌和病毒等，納濾進水pH 為6.5～7.0，需要添加阻垢劑，防止結垢。反滲透設計處理能力為340 m3/d，設計回收率為75%，采用兩段式排列，共有36 支膜芯，型號為BW30FR-365。反滲透脫鹽率大于99.5%，污水中的膠體、微生物、有機物等均可去除。反滲透運行壓力較高，注意膜壓差及進水流量下降不能超過15%，及時進行化學清洗恢復性能。

3.5 其他處理系統

污泥用離心脫水機脫水后運送至焚燒廠處理，濃縮液回灌填埋場頂部，通過垃圾吸附部分有機物及重金屬，降低濃縮液長期回灌造成鹽分富集的影響。臭氣通過酸堿洗塔、生物滴濾塔及活性炭保安塔進行處理，確保達標排放。

4 運行工況

本項目于2014年5月施工完畢進入調試，同年11月通過環保竣工驗收，現已運營多年。2014—2022年，各工藝段出水的主要指標變化如表3所示，滲濾液的CODCr濃度在填埋場封場后呈下降趨勢，直至穩定，滲濾液的NH3-N 和TN 濃度持續增長，給系統穩定運行帶來挑戰。MBR 出水CODCr濃度逐年增長，可見生化系統的處理能力趨于下降，主要原因是沒有新鮮滲濾液的補充，老齡滲濾液的可生化性整體下降，難降解的有機質較多。表3 檢測結果表明，MBR 工藝段對CODCr、NH3-N 及TN 的去除率分別為79.68%、99.84%及95.17%，滿足設計要求。深度處理工藝段對CODCr、NH3-N 及TN 的去除率分別為97.03%、57.01%及67.05%，符合納濾與反滲透的運行要求，出水指標優于《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB 16889—2008）的限值。

表3 各工藝段處理效果

5 經濟分析

本滲濾液處理工程總投資約為1 555.4 萬元，項目設計處理規模為400 m3/d，項目人員配置按7 人編制，采用基于組態王與可編程邏輯控制器（PLC）的遠程控制系統，信號通過網線傳輸至計算機進行操作控制，自動化控制程度高，操作控制和維護管理方便簡單。電價為0.74 元/（kW·h），水價為5.21 元/t，藥劑主要有甲醇、阻垢劑、聚丙烯酰胺（PAM）、膜清洗劑和片堿等。2016年填埋場封場后，需要添加甲醇碳源，大幅增加藥劑成本，人工均價為6 100 元/月，污泥處置主要為運輸費，維修費含膜芯更換費用（2018年），辦公稅費含辦公、雜費及增值稅（稅率6%）。2014—2022年，項目噸水運行費用如表4所示，最高噸水運行費用為31.74 元/m3（不含公司管理費），2017年后運行單價波動率較低，系統運行穩定。

表4 2014—2022年項目噸水運行費用

6 結語

根據老齡滲濾液特性，本項目采用“初沉池+兩級AO+超濾+納濾+反滲透”組合工藝對其進行處理，出水優于《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB 16889—2008），兩級AO 工藝以其低廉的施工成本與運行費用、對有機物和氨氮等有較好的去除效果、適應低C/N 的廢水、容積負荷高及耐負荷沖擊能力強等顯著優點，具有推廣價值。該組合工藝自動化控制程度高，操作控制和維護管理方便簡單，適應各種體量的滲濾液處理，它是國內滲濾液處理的主流成熟工藝。管式超濾膜對SS 的去除率在99%以上，占地面積小，節省空間，出水水質穩定，運行管理方便、維護簡單，還能延長泥齡，提高AO 系統抗沖擊能力。但是，本工藝也存在不足之處：深度處理固然能讓水質清澈達標，但產生的濃縮液處理也是重大難題，長期的回灌使得鹽分不斷富集，難以生化處理的有機物重新回到生化池，必然給后期項目運營帶來巨大困難。