垃圾滲濾液三段式多級串聯(lián)強化生物處理技術(shù)

1 工程概況

山東濟南市某城市生活垃圾焚燒發(fā)電廠每天產(chǎn)生約150 t垃圾滲濾液，主要由垃圾自身所含水分、垃圾發(fā)酵分解產(chǎn)生的水分及儲運過程中滲入的雨水和地表水等組成〔1〕。該滲濾液有機物濃度極高且水質(zhì)變化大，B/C在0.4左右，可生化性較好〔2, 3〕。由于其處理尾水需直排入海，且常規(guī)工藝難以處理達標，因此擬采用預(yù)處理/生化處理/深度處理三段式多級串聯(lián)強化生物處理組合工藝，出水水質(zhì)需達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標準要求。該工程設(shè)計進水指標和排放標準見表 1。

2 處理工藝及設(shè)計參數(shù)

處理工藝流程見圖 1。

圖 1 垃圾滲濾液處理工藝流程

滲濾液首先進入調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水量水質(zhì)，隨后通過泵抽送至預(yù)處理段中的快速混合池并投加石灰，調(diào)節(jié)其pH至弱堿性。此后進入一級、二級反應(yīng)沉淀池并分別投加混凝劑和絮凝劑，其出水利用外來蒸汽加熱至30 ℃左右后進入生化段。生化段由兩級UBF段（厭氧）和SMSBR段（好氧）組成。在兩級UBF段，處理液由UBF反應(yīng)器底部進入，依次經(jīng)過厭氧污泥床和填料生物膜區(qū)，最后在反應(yīng)器頂部進行固液氣三相分離，之后處理液自流至脫氣沉淀池脫除沼氣和污泥，而UBF反應(yīng)器產(chǎn)生的沼氣通過燃氣管道收集儲存用來發(fā)電或燃燒處理〔4, 5〕。處理液進入SMSBR段通過好氧處理進一步降解有機物，其出水至超濾膜池并進行鼓風(fēng)曝氣強化生物處理〔6〕。生化段出水至雙膜段（納濾、反滲透）進行深度處理，在該段處理液中的難降解有機污染物通過膜的篩分、截留和吸附等作用被去除掉〔7〕，可使最終出水達標直排入海。系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥經(jīng)污泥管道收集后進入污泥濃縮池進行重力濃縮。濃縮后的污泥由泵輸送至離心脫水機機械脫水，脫水干污泥外運或送至焚燒車間焚燒處理。

各處理單元的設(shè)計參數(shù)及主要設(shè)備見表 2。

表 2 處理單元設(shè)計參數(shù)及主要設(shè)備材料

3 工程調(diào)試

工程調(diào)試主要為生化處理段的兩級UBF段厭氧調(diào)試和SMSBR段好氧調(diào)試。

（1）兩級UBF段厭氧調(diào)試。接種厭氧消化污泥取自濟南某城市污水處理廠（含水率約80%），按30 t污泥+300 t清水+30 t滲濾液（COD在5 000 mg/L左右）的比例稀釋后投至一級、二級UBF反應(yīng)器，并按m（COD）∶m（N）∶m（P）=1 000∶7∶1投加適量營養(yǎng)物質(zhì)。調(diào)試過程中，控制一級UBF反應(yīng)器pH在5左右，在酸性環(huán)境下污泥培養(yǎng)時間約7 d；二級反應(yīng)器中污泥培養(yǎng)時間約14 d，當(dāng)觀察到兩級UBF反應(yīng)器中有CO2、CH4等氣體產(chǎn)生且檢測出水COD明顯下降即認為污泥接種完成，UBF反應(yīng)器調(diào)試啟動。 UBF反應(yīng)器啟動后，將垃圾滲濾液分批進入反應(yīng)器中，每批次進水濃度逐步提高以強化微生物對垃圾滲濾液中有機物的處理能力。啟動初期UBF厭氧反應(yīng)器采用間歇運行，使反應(yīng)器中微生物在靜態(tài)下進行厭氧代謝，經(jīng)7 d左右反應(yīng)器中的厭氧微生物將大分子有機物逐步分解。調(diào)試運行一段時間后，將二級UBF反應(yīng)器進水改為一級UBF反應(yīng)器出水。該階段的進水水力負荷采用階梯法逐步提高，直至最終的設(shè)計負荷（150 t/d），可分為4個環(huán)節(jié)，即進水量從30~60 t/d→60~90 t/d→90~120 t/d→120~150 t/d。進水量每次變動后應(yīng)保持穩(wěn)定運行7 d，待檢測出水有機酸質(zhì)量濃度降至500 mg/L以下方可進入下一個負荷階段，增加負荷階段總共約28 d。

（2）SMSBR段好氧調(diào)試。取濟南某城市污水處理廠的活性污泥15 t（含水率約為80%）經(jīng)粗濾后投入SBR好氧反應(yīng)池內(nèi)，并向該反應(yīng)池中注入稀釋后的二級UBF反應(yīng)器出水（BOD5控制為500 mg/L左右）進行射流曝氣，控制DO在1 mg/L。在不進水條件下保持連續(xù)曝氣4 h后，停止曝氣并沉淀換水。如此運行12 d后開始連續(xù)小量進水，在連續(xù)曝氣及污泥回流系統(tǒng)連續(xù)運行的動態(tài)條件下進行污泥馴化，此過程中隨著UBF反應(yīng)器出水進入量的增大，相應(yīng)的微生物數(shù)量逐漸增加，直至進水全部為UBF出水。約20 d左右活性污泥馴化成功，加大SBR池進水量、提高負荷，并加大曝氣量直至DO達到2 mg/L，最終使曝氣池污泥濃度和運行負荷達到設(shè)計值，此時SV30＜70%，MLSS在7 500 mg/L左右。在污泥馴化期間，氮源充足不需要補充，磷源和碳源由于微生物不斷消耗而需要補充，從經(jīng)濟角度考慮，工程上分別選用磷酸氫二鈉（工業(yè)級，P2O5為45％）和工業(yè)淀粉，投加比例為m（C）∶m（P）＝（100~200）∶（0.8~1.0） 。

4 組合工藝各處理單元運行效果

（1）組合工藝整體運行效果。該工程穩(wěn)定運行后，各項出水水質(zhì)均達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標準要求，運行效果見表 3。

（2）預(yù)處理段運行效果。預(yù)處理段的去除機理以化學(xué)反應(yīng)為主，先在快速混合池內(nèi)投加石灰（質(zhì)量分數(shù)4%），控制pH在8.5~9.0，為一級、二級反應(yīng)沉淀池提供堿性環(huán)境以及后續(xù)厭氧段和好氧段所需的堿度。其后向一級、二級反應(yīng)沉淀池內(nèi)分別投加混凝劑（質(zhì)量分數(shù)5%鐵鹽）和絮凝劑（質(zhì)量分數(shù)1%~2%PAM），在兩者聯(lián)合投加作用下原水中的大分子有機顆粒、懸浮粒子及膠體物質(zhì)發(fā)生架橋吸附、混凝吸附等反應(yīng)，使得處理液中部分有機物被去除，COD去除率為25.00%。同時在堿性環(huán)境下，處理液中的OH-與NH4+發(fā)生離子平衡反應(yīng)（OH-+NH4+NH3·H2ONH3↑+H2O），在出水池經(jīng)密封蒸汽加熱后，原平衡被破壞生成大量NH3·H2O并揮發(fā)，從而部分去除處理液中的NH4+，NH3-N去除率為14.81%。

（3）生化處理段運行效果。生化段由兩級UBF反應(yīng)器和SMSBR串聯(lián)組成，可達到強化生物處理的效果，是組合工藝的核心工藝段。

預(yù)處理后的廢水由UBF反應(yīng)器底部進入，以螺旋上升形式流過生物反應(yīng)區(qū)時，處理液中的有機物先被生物反應(yīng)區(qū)內(nèi)的高濃度有機顆粒污泥分解（將大分子有機物分解成乙酸等小顆粒物質(zhì)），隨后通過附著厭氧生物膜的填料區(qū)時被進一步截留吸附和厭氧分解〔8〕。經(jīng)兩級UBF反應(yīng)器作用后，有機物被大量去除并產(chǎn)生CO2、CH4等，COD去除率可達96.55%。SMSBR段的進水是UBF段經(jīng)脫氣沉淀池后的出水，其可生化性好，COD的去除主要是通過SMSBR的好氧作用〔9, 10〕。經(jīng)活性污泥的好氧降解和超濾膜作用后，該段出水COD降至200 mg/L以下，COD去除率達78.79%。

生化段系統(tǒng)進水與一部分SBR池回流污泥混合進入到一級UBF反應(yīng)器，回流污泥中的亞硝態(tài)氮與硝態(tài)氮（NOx--N）利用進水中的有機碳源在一級UBF反應(yīng)器中進行反硝化，同時進行厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)。二級UBF反應(yīng)器通過反硝化及產(chǎn)甲烷反應(yīng)進一步降解剩余有機物，其出水經(jīng)脫氣沉淀池后進入SBR池。控制SBR厭氧/好氧交替運行，通過硝化作用去除殘余氨氮、反硝化作用去除產(chǎn)生的NOx--N，從而達到強化脫氮的目的，NH3-N去除率高達99.11%〔11〕。

（4）深度處理段運行效果。深度處理系統(tǒng)由雙膜（納濾、反滲透）組成，主要是利用半透膜的選擇性，在常溫下以膜兩側(cè)壓力差為動力，對預(yù)處理段及生化段未能去除的難降解有機物進行分離去除〔9〕。雙膜處理段進水COD均值為136.75 mg/L、NH3-N均值為9.55 mg/L，出水COD均值為1.86 mg/L、NH3-N均值為0.49 mg/L，COD去除率達98.64%，NH3-N去除率達94.87%。

（5）經(jīng)濟技術(shù)分析。該工程總投資約為1 200萬元，實際運行成本經(jīng)核算后為2 580元/d，平均每噸水處理費用為17.20元，其中電費為6.50元/m3，藥劑費2.85元/m3，人工費為3.60元/m3，日常維護及修理費2.45元/m3，折舊費1.80元/m3。具體參見http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

5 結(jié)語

城市生活垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液COD和NH3-N濃度高，采用常規(guī)工藝難以處理達標。筆者采用預(yù)處理/生化處理/深度處理三段式多級串聯(lián)強化生物處理組合工藝，工程運行實踐表明處理效果良好，COD和NH3-N去除率極高，出水水質(zhì)穩(wěn)定達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）中的一級A標準，可直排入海。