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(chǎng)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(guò)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，且常規工藝難以處理達標，因此擬采用預處理/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《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標準要求。該工程設計進(jìn)水指標和排放標準見(jiàn)表 1。

2 處理工藝及設計參數

處理工藝流程見(jiàn)圖 1。

圖 1 垃圾滲濾液處理工藝流程

滲濾液首先進(jìn)入調節池調節水量水質(zhì)，隨后通過(guò)泵抽送至預處理段中的快速混合池并投加石灰，調節其pH至弱堿性。此后進(jìn)入一級、二級反應沉淀池并分別投加混凝劑和絮凝劑，其出水利用外來(lái)蒸汽加熱至30 ℃左右后進(jìn)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反應器底部進(jìn)入，依次經(jīng)過(guò)厭氧污泥床和填料生物膜區，最后在反應器頂部進(jìn)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反應器產(chǎn)生的沼氣通過(guò)燃氣管道收集儲存用來(lái)發(fā)電或燃燒處理〔4, 5〕。處理液進(jìn)入SMSBR段通過(guò)好氧處理進(jìn)一步降解有機物，其出水至超濾膜池并進(jìn)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(jìn)行深度處理，在該段處理液中的難降解有機污染物通過(guò)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。系統產(chǎn)生的污泥經(jīng)污泥管道收集后進(jìn)入污泥濃縮池進(jìn)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(chē)間焚燒處理。

各處理單元的設計參數及主要設備見(jiàn)表 2。

表 2 處理單元設計參數及主要設備材料

3 工程調試

工程調試主要為生化處理段的兩級UBF段厭氧調試和SMSBR段好氧調試。

（1）兩級UBF段厭氧調試。接種厭氧消化污泥取自濟南某城市污水處理廠(chǎng)（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反應器，并按m（COD）∶m（N）∶m（P）=1 000∶7∶1投加適量營(yíng)養物質(zhì)。調試過(guò)程中，控制一級UBF反應器pH在5左右，在酸性環(huán)境下污泥培養時(shí)間約7 d；二級反應器中污泥培養時(shí)間約14 d，當觀(guān)察到兩級UBF反應器中有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反應器調試啟動(dòng)。 UBF反應器啟動(dòng)后，將垃圾滲濾液分批進(jìn)入反應器中，每批次進(jìn)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(dòng)初期UBF厭氧反應器采用間歇運行，使反應器中微生物在靜態(tài)下進(jìn)行厭氧代謝，經(jīng)7 d左右反應器中的厭氧微生物將大分子有機物逐步分解。調試運行一段時(shí)間后，將二級UBF反應器進(jìn)水改為一級UBF反應器出水。該階段的進(jìn)水水力負荷采用階梯法逐步提高，直至最終的設計負荷（150 t/d），可分為4個(gè)環(huán)節，即進(jìn)水量從30~60 t/d→60~90 t/d→90~120 t/d→120~150 t/d。進(jìn)水量每次變動(dòng)后應保持穩定運行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(jìn)入下一個(gè)負荷階段，增加負荷階段總共約28 d。

（2）SMSBR段好氧調試。取濟南某城市污水處理廠(chǎng)的活性污泥15 t（含水率約為80%）經(jīng)粗濾后投入SBR好氧反應池內，并向該反應池中注入稀釋后的二級UBF反應器出水（BOD5控制為500 mg/L左右）進(jìn)行射流曝氣，控制DO在1 mg/L。在不進(jìn)水條件下保持連續曝氣4 h后，停止曝氣并沉淀?yè)Q水。如此運行12 d后開(kāi)始連續小量進(jìn)水，在連續曝氣及污泥回流系統連續運行的動(dòng)態(tài)條件下進(jìn)行污泥馴化，此過(guò)程中隨著(zhù)UBF反應器出水進(jìn)入量的增大，相應的微生物數量逐漸增加，直至進(jìn)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(jìn)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計值，此時(shí)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。該工程穩定運行后，各項出水水質(zhì)均達到《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標準要求，運行效果見(jiàn)表 3。

（2）預處理段運行效果。預處理段的去除機理以化學(xué)反應為主，先在快速混合池內投加石灰（質(zhì)量分數4%），控制pH在8.5~9.0，為一級、二級反應沉淀池提供堿性環(huán)境以及后續厭氧段和好氧段所需的堿度。其后向一級、二級反應沉淀池內分別投加混凝劑（質(zhì)量分數5%鐵鹽）和絮凝劑（質(zhì)量分數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，使得處理液中部分有機物被去除，COD去除率為25.00%。同時(shí)在堿性環(huán)境下，處理液中的OH-與NH4+發(fā)生離子平衡反應（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。

預處理后的廢水由UBF反應器底部進(jìn)入，以螺旋上升形式流過(guò)生物反應區時(shí)，處理液中的有機物先被生物反應區內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(guò)附著(zhù)厭氧生物膜的填料區時(shí)被進(jìn)一步截留吸附和厭氧分解〔8〕。經(jīng)兩級UBF反應器作用后，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(jìn)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(guò)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%。

生化段系統進(jìn)水與一部分SBR池回流污泥混合進(jìn)入到一級UBF反應器，回流污泥中的亞硝態(tài)氮與硝態(tài)氮（NOx--N）利用進(jìn)水中的有機碳源在一級UBF反應器中進(jìn)行反硝化，同時(shí)進(jìn)行厭氧產(chǎn)甲烷反應。二級UBF反應器通過(guò)反硝化及產(chǎn)甲烷反應進(jìn)一步降解剩余有機物，其出水經(jīng)脫氣沉淀池后進(jìn)入SBR池�？刂芐BR厭氧/好氧交替運行，通過(guò)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，在常溫下以膜兩側壓力差為動(dòng)力，對預處理段及生化段未能去除的難降解有機物進(jìn)行分離去除〔9〕。雙膜處理段進(jìn)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(wàn)元，實(shí)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(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

5 結語(yǔ)

城市生活垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)滲濾液COD和NH3-N濃度高，采用常規工藝難以處理達標。筆者采用預處理/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(shí)踐表明處理效果良好，COD和NH3-N去除率極高，出水水質(zhì)穩定達到《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》（GB 18918—2002）中的一級A標準，可直排入海。