垃圾填埋渗滤液生化处理系统中初期菌种污泥培养及驯化研究

唐中亚+邓飞飞+孔为丽+岳梅

摘要：对高浓度渗滤液进行生化处理具有局限性，尤其对在初期无法完全降解渗滤液中难降解的特殊有机物质，需对菌种污泥进行驯化。该研究基于实际工程案例，总结2个月渗滤液生化处理技术工程中初始调试期的污泥培养技术及其影响因素参数控制。菌种污泥含水量80%左右，采用低负荷培养驯化的模式，按照先好氧后厌氧培养的顺序，驯化初期的原水稀释倍数为10倍，生化内回流比为3，控制生化池碳氮比为5∶1，在污泥培养驯化期间注意调控硝化及反硝化池中的pH、温度、碱度、溶解氧等环境影响参数。经过调试后，生化处理系统出水水质为NH3-N 12～27mg/L、CODcr 58～107mg/L、pH 6.8～8.0，出水水质满足后续MRB工艺要求［1］。

关键词：渗滤液；A/O工艺；菌种驯化；碳氮比

中图分类号 X705 文献标识码A文章编号1007-7731（2014）13-25-04

Study on Initial Sludge of Bacteria Cultivation and Domestication in the Biological Treatment System of Landfill Leachate

Tang Zhongya1 et al.

（1 Department of Biological and Environmental Engineering， Hefei University，Hefei 230601，China）

Abstract：There are limitations in the biochemical treatment of high concentrations leachate. Especially when the biodegradable organic objects in the leachate can not be completely degraded in beginning， So the sludge of bacteria need to be acclimated. The study is based on actual project case. Sludge cultivation techniques and relevant factors in biochemical treatment technology of landfill leachate projects during two months debugging step are summed up. The using Sludge which have about 80% water，and choose the low load domestication and cultivation mode.The sludge is cultivated through aerobic digestion before anaerobic digestion. raw water dilution ratio is controled to 10 times， Internal biochemical reflux reflux ratio is 3，with carbon nitrogen ratio of 5：1，During the cultivating process，denitrification and pH， temperature， alkalinity， dissolved oxygen and other influencing parameters should be regulated. After debugging， effluent water quality can reach the requirements of subsequent MBR process with NH3-N content of 12~27mg/L，CODcr，58~107mg/L，pH6.8~8.0.

Key words：Leachate；A/O process；Domestication of bacteria；Ratio of carbon and nitrogen

生活垃圾的卫生填埋法因其技术成熟、处理费用低、管理方便等优点，成为目前大多数城市对大量生活垃圾最终处置的重要方法［2］。但是，生活垃圾填埋处置过程中会产生渗滤液，而渗滤液中含有毒有害物质，如果不对其进行处理，会给土壤和地下水造成严重污染，现阶段有相当部分渗滤液因处理技术落后导致最终出水氨氮、COD浓度等关键指标难以达标［3］。本文以浙江富阳垃圾填埋场渗滤液处理工程为研究对象，对其生化处理部分A/O工艺中菌种污泥的培养及驯化过程中各技术参数进行初期调试，取得了较好的处理效果，通过2个月的生化调试，出水各主要指标已达到相关标准。

1 渗滤液水质特征

垃圾渗滤液的水质随垃圾的组分、当地气候、水文地质、填埋时间及填埋方式等因素影响而有显著不同［4］。富阳项目的渗滤液主要来自于封场的垃圾填埋场，污水来源于填埋垃圾中有机物分解液、垃圾中的游离水、降水以及入渗的地下水等。渗滤液中主要污染物理化特征见表1。

表1 垃圾填埋场渗滤液理化特征

[项目&垃圾填埋场渗滤液&颜色&黄、黑灰色&嗅觉&恶臭&总残渣（mg/L）&2356～35703&CODCr（mg/L）&189～80000&BOD5（mg/L）&116～40000&pH&3.5～8.5&NH3-N（mg/L）&500～800&]

由表1所示，其特征主要为：（1）有机物浓度相对

较高，CODCr和BOD5最高值分别可达80 000mg/L和

40 000mg/L。（2）氨氮含量高。一般而言，渗滤液中氨氮浓度随着垃圾填埋年数的增加而增加，本项目中的氨氮含量最高值到达800mg/L。当氨氮浓度过高时，会影响微生物的活性，降低生物处理的效果。（3）碳氮比例失调。对于生化处理，污水中适宜的碳氮磷比例是C∶N∶P=100∶5∶1，而在中老期垃圾填埋场渗滤液碳氮比远无法满足正常生化反应时的营养配比［5-6］。本项目的渗滤液碳氮比约为1∶1，生化反应所需的碳源严重不足，这要求在进行生化反应时外加碳源。（4）中后期填埋场渗滤液水质变化不大。富阳项目的填埋场处于中后期，图1为自2014年1月1日至2014年3月1日近60d对富阳项目渗滤液有机物综合指标和氨氮含量测定值的变化情况。渗滤液中CODCr和氨氮的平均值分别为627mg/L和589mg/L，水质较为稳定，COD和氨氮值变化不太大。

[测定值（mg/L）][CODcr

NH3-N][天数（d）]

图1 富阳渗滤液CODcr和NH3-N含量变化范围

2 处理工艺

本项目工程设计处理量为100m3/d，处理工艺主要有预处理工艺、主体处理工艺（MBR处理）、深度处理工艺组成。预处理工艺主要由调节池、均衡池、2级A/O工艺组成，主体处理工艺由MBR处理工艺组成，经过预处理的泥水混合物经过超滤膜（MBR）完成再次生化反应，并通过超滤膜的膜分离功能完成泥水分离功能，污泥直接排进贮泥池，经离心脱水机，完成最终泥水分离。超滤膜的出水再经过反渗透膜的深度处理，最终使出水达到相关标准。具体的工艺流程如图2所示。

图2 富阳项目渗滤液处理工艺流程

3 分析方法和在线检测仪器

CODCr的实验室检测采用重铬酸钾法（GB 11914-89），现场快速检测采用快速密闭消解滴定法、哈希在线仪表检测法。氨氮实验室检测采用纳氏试剂分光光度法（GB 11914-89），现场快速检测采用快速密闭消解滴定法或光度法、哈希在线仪表检测法，现场快速检测采用的检测仪器和药剂为：连华三参数快速测定仪（5B-6C）连华氨氮快速检测N3、N2试剂、哈希在线氨氮检测仪。

pH现场快速检测方法为pH快速检测仪（雷磁pH计pH-3C），总N实验室检测采用过硫酸钾氧化、紫外分光光度法。污泥浓度MLSS用称重法测定。

4 结果与分析

4.1 A/O池中菌种污泥的培养及浓度提升 本项目A/O池中主要投加的菌种污泥来源于富阳市市政污水处理厂的脱水污泥，菌种污泥含水量在80%左右。根据池容大小和设计初始的污泥浓度（3g/L），总共需要12.4t污泥，考虑到进泥过程中有一定的损耗，污泥投加量为15t，投加在一级A/O好氧池中。

表2 进原水进度

[序号&污泥负荷（kgCOD/kgMLSS·d）&原水进水量（m3）&1&0.005&10&2&0.008&17&3&0.012&25&4&0.017&36&5&0.025&53&6&0.035&74&7&0.047&100&]

因菌种污泥来源于市政污水处理厂，在处理高浓度渗滤液有局限性，在初期无法完全降解渗滤液中难降解的特殊有机物和其他有毒有害物质，需对菌种污泥进行驯化。将市政脱水污泥投入生化池内，在菌种污泥投加初期，采用低负荷培养驯化的模式，进原水75t，原水稀释倍数约为10倍（总池容760m3），闷曝气（只曝气，无进、出水），使经脱水厌氧的污泥逐步转向好氧状态，采取间歇排水方式对污泥培养驯化。后续原水进度如表2所示，目的是尽快提升池内污泥浓度。

经过30d的驯化培养，污泥性状得到改变，污泥色泽由深黑色逐渐转为棕黄色，由颗粒状沉淀转向絮状沉淀，污泥沉降部分的无机物所占比重下降，污泥活性逐步恢复。

污泥浓度也在逐步提高（见图3），30d后，MLSS值由3g/L增至5.4g/L，达到生化系统处理所要求的污泥浓度范围，此后污泥浓度稳定在5.5g/L左右。

[污泥浓度MLSS（mg/L）][天数（d）]

图3 生化池中污泥浓度变化

4.2 片碱投加量对硝化反应进行和COD去除率影响 一级O池中随着污泥活性逐步恢复，硝化反应按以下反应式进行［8］：

NH4++1.5O2→NO2-+H2O+2H+ （1）

NO2-+0.5O2→NO3- （2）

NH4++2O2→NO3-+H2O+2H+ （3）

由上述反应式可以看出，硝化反应所释放的H+导致一级O池消耗一定的碱度。随着硝化反应进行，硝化池中的pH值下降很快，为调节池中酸碱度，保持硝化反应正常进行，在一级硝化池中要投加一定量的片碱，补充硝化反应消耗的碱度，同时也为硝化反应顺利进行提供合适的酸碱度。在工程实践中投加片碱（98%纯度NaOH），根据池容大小和硝化反应的进度，投加量为25~75kg/d。具体投加量根据每天水质检测情况来定，保证好氧池的pH在7.5～8.5范围内。

在调试前期（2014年1月1~20日），投加进一级O池中的活性污泥的活性有一定程度的恢复，污泥的沉降性能得到改善，O池中的COD去除率较为稳定，保持在50%左右（见图4）。

[COD去除率（%）][天数（d）]

图4 生化池中COD去除率变化

4.3 控制回流比 提高生化池中氨氮去除率是渗滤液处理工艺调试的重要任务之一。在调试前期（2014年1月1~20日）内采取增加停留时间、保持较低的进水量、加大曝气量等方法，仍无法提高氨氮去除率（见图5）。此间的污泥微生物生物相表现也不好，出现以游离细菌为食的原生动物和后生动物，还有轮虫和草履虫等。

[氨氮含量（mg/L）][天数（d）]

图5 生化池中氨氮含量变化

分析其原因：进池中的原水氨氮含量在500～800mg/L，前期虽然在生化池注入了大量的清水对原水进行稀释，但池中最终的氨氮含量维持在50mg/L左右，好氧微生物被较高浓度的氨氮所抑制，并且在硝化过程产生部分硝酸盐类和亚硝酸盐类，这类物质的累积对硝化反应有抑制作用，氨氮维持在较高浓度给后期调试带来困难。

针对硝化池培养驯化出现的问题，及时启动反硝化污泥微生物的培养，通过启动厌氧池的作用控制回流比，使硝化池中的产物通过反硝化处理使其还原成氮气排放，达到最终去除氨氮的目的。具体回流比的控制通过控制生化回流泵的运作时间来控制回流量，通过检测出水总氮的去除率，调整并获得最佳工程控制回流比值（见图6）。

[总氮去除率（%）][回流比]

图6 回流比与总氮去除率关系

从图6可知，回流比从1~5的变化过程中，总氮去除率增加了26%，此后继续增大回流比，对总氮去除率增加幅度在10%左右。综合考虑处理效果和运行费用等因素，试验采用回流比为3，总氮去除率为76%，出水总氮达到后续处理设备（MBR处理）的进水要求。

采取了上述措施后，反硝化反应顺利启动，反硝化池表面可以观察到稳定均匀的气泡、泡沫产生逸出，并可能发现一层厚度不大的浮渣，说明系统产生了N2，并将反硝化池底的部分污泥带到池表面。

4.4 碳源投加量与最终氨氮去除效果 因为反硝化细菌为异养型微生物，原水中的碳氮比接近1∶1，为达到正常除氮工艺最佳C∶N=5∶1，需要外加有机物作为反硝化细菌的碳源和能量补给。调试时根据污泥浓度投加的碳源量如表3所示：

表3 甲醇投加进度

[序号&污泥负荷（kgCOD/kgMLSS·d）&加甲醇量（kg）&1&0.005&37&2&0.008&60&3&0.012&90&4&0.017&127&5&0.025&187&6&0.035&261&7&0.047&351&]

生化池最终出水情况见表4。表4显示，单纯的好氧生物处理工艺（曝气池、生物滤池）对渗滤液中所特有的难生物降解稠环芳香烃和杂环化合物去除率很低，经过生物脱氮工艺处理后，这些污染物质的去除率显著提高，且主要是在反硝化过程中被去除。

表4 系统出水水质指标

[项目&NH3-N（mg/L）&CODcr（mg/L）&pH&O池污泥培养阶段出水水质&40～81&323～629&6.1～7.2&A池启动后出水水质&14～32&197～303&6.7～7.5&]

随着污泥培养、驯化的逐步进行，污泥性能得到改善，污泥外观由黑色逐渐转变为土黄色，系统处理效果明显提高，出水氨氮浓度下降，去除率上升。污泥浓度不断上升，污泥中无机颗粒减少，污泥的活性成分逐步提高，并且其沉降性能逐渐转为良好，污泥呈絮状，并且出现大量菌胶团，结构致密，污泥培养及驯化出现很大的改善。

4.5 活性污泥培养驯化的成熟阶段 经过2个月的运行调整，系统的运行日趋稳定，处理效果良好。调试中逐渐提高配水比例（处理水量=污水量+稀释水量），直至生化处理系统中充满原水，此时污泥的培养驯化已进入成熟阶段。在硝化池的池曝气过程中，反应区碳化菌和硝化菌两者能以正常比例增殖，异养型微生物不会对自养型的硝化菌造成抑制作用，两者能够合理生长，菌胶团数量增加，结构趋于紧密，螺旋藻类出现，污泥浓度呈增长趋势，污泥沉降比为13%，出现原生生物累枝虫，污泥中的微生物相良好，一些游离性微生物如滴虫、豆形虫很少出现，游离细菌数量很少，系统的微生物以原生动物和后生动物等活性很强的微生物为主。渗滤液处理系统的运行情况良好，原水中的CODcr、氨氮降解速率加快，最终出水水质感观好，水体的颜色由棕黄色转为较为透明的液体，最终进出水水质情况见表5。

表5 进出水水质

[项目&NH3-N（mg/L）&CODcr（mg/L）&pH&进水&484～715&529～794&7.1～7.7&出水&12～27&58～107&6.8～8.0&]

表5显示，此时活性污泥已完全成熟，系统达到预期的处理效果。

5 结论与讨论

通过对渗滤液处理系统2个月的初始调试，出水达到相关设计目标值。本次实践表明：对于渗滤液污泥的培养及驯化，采用城市污水厂的脱水后污泥接种培养，是渗滤液生物脱氮处理开工调试时污泥培养驯化的一种有效方法。首先需加一定量的清水对原水进行稀释，并且污泥培养驯化的顺序按照先好氧培养，后厌氧培养的顺序，在此过程中控制污泥驯化初期的进水水质，控制进水的氨氮浓度，并调整好碳氮比值，使新接种的活性污泥少受冲击负荷的影响；在污泥培养驯化期间应时刻注意硝化反硝化池中的pH、温度、碱度、溶解氧等环境影响参数，出现异常情况时，应及时采取工程技术手段调整。

参考文献

［1］环境保护部.生活垃圾填埋场渗滤液处理工程技术规范［S］.北京：中国环境科学出版社，2010.

［2］环境保护部.固体废物处理处置工程技术导则《HJ 2035-2013》［S］.北京：中国环境科学出版社，2013.

［3］颜丽辉，吴银彪.城市生活垃圾处理带来的二次污染问题［J］.中国环保产业，2003（4）：16-17.

［4］牟杏妹.常州市江边污水厂一期工艺运行调试与评价［D］.2006.

［5］顾嘉嘉.浅谈我国城市垃圾填埋场渗滤液的处理［J］.资源与环境，2008（13）：155.

［6］陶涛，王宗平.垃圾渗滤液处理研究［J］.武汉城市建筑学院学报，1998（3）.

［7］环境保护部.生活垃圾填埋场污染控制标准《GB 16889-2008》［S］.北京：中国环境科学出版社，2008.

［8］徐亚同，史家梁，张明.污染控制微生物工程［M］.化学工业出版社，2001.

（责编：张宏民）

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4.5 活性污泥培养驯化的成熟阶段 经过2个月的运行调整，系统的运行日趋稳定，处理效果良好。调试中逐渐提高配水比例（处理水量=污水量+稀释水量），直至生化处理系统中充满原水，此时污泥的培养驯化已进入成熟阶段。在硝化池的池曝气过程中，反应区碳化菌和硝化菌两者能以正常比例增殖，异养型微生物不会对自养型的硝化菌造成抑制作用，两者能够合理生长，菌胶团数量增加，结构趋于紧密，螺旋藻类出现，污泥浓度呈增长趋势，污泥沉降比为13%，出现原生生物累枝虫，污泥中的微生物相良好，一些游离性微生物如滴虫、豆形虫很少出现，游离细菌数量很少，系统的微生物以原生动物和后生动物等活性很强的微生物为主。渗滤液处理系统的运行情况良好，原水中的CODcr、氨氮降解速率加快，最终出水水质感观好，水体的颜色由棕黄色转为较为透明的液体，最终进出水水质情况见表5。

表5 进出水水质

[项目&NH3-N（mg/L）&CODcr（mg/L）&pH&进水&484～715&529～794&7.1～7.7&出水&12～27&58～107&6.8～8.0&]

表5显示，此时活性污泥已完全成熟，系统达到预期的处理效果。

5 结论与讨论

通过对渗滤液处理系统2个月的初始调试，出水达到相关设计目标值。本次实践表明：对于渗滤液污泥的培养及驯化，采用城市污水厂的脱水后污泥接种培养，是渗滤液生物脱氮处理开工调试时污泥培养驯化的一种有效方法。首先需加一定量的清水对原水进行稀释，并且污泥培养驯化的顺序按照先好氧培养，后厌氧培养的顺序，在此过程中控制污泥驯化初期的进水水质，控制进水的氨氮浓度，并调整好碳氮比值，使新接种的活性污泥少受冲击负荷的影响；在污泥培养驯化期间应时刻注意硝化反硝化池中的pH、温度、碱度、溶解氧等环境影响参数，出现异常情况时，应及时采取工程技术手段调整。

参考文献

［1］环境保护部.生活垃圾填埋场渗滤液处理工程技术规范［S］.北京：中国环境科学出版社，2010.

［2］环境保护部.固体废物处理处置工程技术导则《HJ 2035-2013》［S］.北京：中国环境科学出版社，2013.

［3］颜丽辉，吴银彪.城市生活垃圾处理带来的二次污染问题［J］.中国环保产业，2003（4）：16-17.

［4］牟杏妹.常州市江边污水厂一期工艺运行调试与评价［D］.2006.

［5］顾嘉嘉.浅谈我国城市垃圾填埋场渗滤液的处理［J］.资源与环境，2008（13）：155.

［6］陶涛，王宗平.垃圾渗滤液处理研究［J］.武汉城市建筑学院学报，1998（3）.

［7］环境保护部.生活垃圾填埋场污染控制标准《GB 16889-2008》［S］.北京：中国环境科学出版社，2008.

［8］徐亚同，史家梁，张明.污染控制微生物工程［M］.化学工业出版社，2001.

（责编：张宏民）

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4.5 活性污泥培养驯化的成熟阶段 经过2个月的运行调整，系统的运行日趋稳定，处理效果良好。调试中逐渐提高配水比例（处理水量=污水量+稀释水量），直至生化处理系统中充满原水，此时污泥的培养驯化已进入成熟阶段。在硝化池的池曝气过程中，反应区碳化菌和硝化菌两者能以正常比例增殖，异养型微生物不会对自养型的硝化菌造成抑制作用，两者能够合理生长，菌胶团数量增加，结构趋于紧密，螺旋藻类出现，污泥浓度呈增长趋势，污泥沉降比为13%，出现原生生物累枝虫，污泥中的微生物相良好，一些游离性微生物如滴虫、豆形虫很少出现，游离细菌数量很少，系统的微生物以原生动物和后生动物等活性很强的微生物为主。渗滤液处理系统的运行情况良好，原水中的CODcr、氨氮降解速率加快，最终出水水质感观好，水体的颜色由棕黄色转为较为透明的液体，最终进出水水质情况见表5。

表5 进出水水质

[项目&NH3-N（mg/L）&CODcr（mg/L）&pH&进水&484～715&529～794&7.1～7.7&出水&12～27&58～107&6.8～8.0&]

表5显示，此时活性污泥已完全成熟，系统达到预期的处理效果。

5 结论与讨论

通过对渗滤液处理系统2个月的初始调试，出水达到相关设计目标值。本次实践表明：对于渗滤液污泥的培养及驯化，采用城市污水厂的脱水后污泥接种培养，是渗滤液生物脱氮处理开工调试时污泥培养驯化的一种有效方法。首先需加一定量的清水对原水进行稀释，并且污泥培养驯化的顺序按照先好氧培养，后厌氧培养的顺序，在此过程中控制污泥驯化初期的进水水质，控制进水的氨氮浓度，并调整好碳氮比值，使新接种的活性污泥少受冲击负荷的影响；在污泥培养驯化期间应时刻注意硝化反硝化池中的pH、温度、碱度、溶解氧等环境影响参数，出现异常情况时，应及时采取工程技术手段调整。

参考文献

［1］环境保护部.生活垃圾填埋场渗滤液处理工程技术规范［S］.北京：中国环境科学出版社，2010.

［2］环境保护部.固体废物处理处置工程技术导则《HJ 2035-2013》［S］.北京：中国环境科学出版社，2013.

［3］颜丽辉，吴银彪.城市生活垃圾处理带来的二次污染问题［J］.中国环保产业，2003（4）：16-17.

［4］牟杏妹.常州市江边污水厂一期工艺运行调试与评价［D］.2006.

［5］顾嘉嘉.浅谈我国城市垃圾填埋场渗滤液的处理［J］.资源与环境，2008（13）：155.

［6］陶涛，王宗平.垃圾渗滤液处理研究［J］.武汉城市建筑学院学报，1998（3）.

［7］环境保护部.生活垃圾填埋场污染控制标准《GB 16889-2008》［S］.北京：中国环境科学出版社，2008.

［8］徐亚同，史家梁，张明.污染控制微生物工程［M］.化学工业出版社，2001.

（责编：张宏民）

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