苏州某垃圾渗滤液处理工艺优化与实践

仇庆春，高碧霄，潘 杨，3，王 静

（1.苏州市环境卫生管理处，江苏 苏州215009；2.苏州科技大学 环境科学与工程学院，江苏 苏州215009；3.城市生活污水资源化利用技术国家地方联合工程实验室,江苏 苏州215009；4.达州职业职业技术学院，四川 达州635000）

随着我国城市化进程加快和居民生活水平提高，城市生活垃圾数量急速增长。2016年，我国城市生活垃圾产生量大约为2.04 t[1]。目前由于成本原因，80%以上的城市生活垃圾采用卫生填埋法处理[2]。垃圾填埋过程中及填埋完成后，在自身重力、雨水流入和地下水反渗的作用下产生垃圾渗滤液[3－4]。我国垃圾渗滤液产量在2018年已达到3 000万t以上，并且每年都在迅速增长。垃圾渗滤液因其成分复杂，具有高SS、高COD、高NH4+-N和低C/N且水质水量波动大的特点[5]，在处理过程中容易对处理站生化段造成冲击。本研究针对苏州某垃圾渗滤液处理站生化段COD、NH4+-N和TN出水浓度高，处理效果不稳定的问题，通过对历史数据分析及现场监测，识别出生化段存在的问题主要由于进水SS浓度高且波动较大引起。进而通过实验室对比试验研究，获得气浮工艺的优化处理技术。在实际工程中实施应用，最后检验发现该工艺使生化段的处理效能显著提高。

1 工艺现状与问题识别

1.1 垃圾渗滤液处理站工艺现状

苏州市某垃圾渗滤液处理站主体采用“两级A/O+UF+NF+RO”处理工艺，工艺流程如图1所示。垃圾渗滤液设计处理能力为950 m3/d，容积负荷为3.18 kg·COD/（m3·d）；污泥负荷为0.2 kg·COD/（kg·MLSS·d）；污泥浓度为15.9 g/L；进水SS浓度为2 000 mg/L；泥龄为27 d；总水力停留时间6.35 d；前置硝化反硝化水力停留时间5.35 d；后置硝化反硝化水力停留时间1 d。垃圾渗滤液处理站进水主要来自老填埋场及垃圾焚烧厂产生的新鲜渗滤液，设计及实际进出水水质如表1所示。出水水质执行《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-2008）标准。

图1 主体工艺流程图

表1 设计及实际进出水水质表mg/L

1.2 生化段问题识别与分析

对该垃圾渗滤液处理站2018年2月到2018年9月生化段常规指标监测数据进行分析，监测结果如图2所示，其中图2（a）为进水SS浓度、一级O池MLSS及DO浓度变化图，图2（b）、（c）和（d）分别是生化段进出水TN、NH4+-N和COD浓度变化及各自去除率变化图。

图2 生化段监测指标分析图

1.2.1 监测数据分析

由图2中（b）、（c）、（d）可以看出生化段进水TN、NH4+-N和COD波动较大。在生化段处理效果不稳定时段,TN、NH4+-N和COD去除率都在90%左右，最高出水浓度分别达到420、200和1 500 mg/L。由（a）图可知进水SS及一级O池MLSS和DO三者浓度在监测期间波动较大。在2月13日至2月25日期间SS浓度基本稳定在2 500 mg/L左右，该时段内MLSS浓度缓慢上升，DO由于波动较大，升降趋势不明显，TN、NH4+-N和COD出水浓度稳定，去除率基本稳定在98%。在2月25日至6月22日期间，SS浓度先上升，4月17日后浓度基本稳定在8 000 mg/L左右，该时段内MLSS浓度先迅速上升，并在4月17日后浓度基本稳定在28 000 mg/L左右，DO在此期间先迅速下降，在4月17日之后围绕0.8 mg/L上下波动较大，该时段内TN、NH4+-N和COD三者去除率均下降，其中TN和NH4+-N去平均除率降至91%，COD去平均除率降至90%，出水浓度较前一时期明显增高。6月22日至7月23日期间，SS浓度整体下降至2 500 mg/L左右，在此期间MLSS下降明显并稳定在15 000 mg/L左右；DO迅速增高，最高达1.6 mg/L。该时段内TN、NH4+-N和COD三者去除率均上升至98%，出水浓度也明显下降。在7月23日至9月12日期间，SS稳定在6 000 mg/L左右，在此期间MLSS上升并稳定在25 000 mg/L；DO虽有波动，但整体呈下降趋势。该时段内TN、NH4+-N和COD三者去除率均下降，出水浓度又明显上升。

1.2.2 关键问题识别

在2月13日到9月12日期间，从进水SS及一级O池MLSS和DO整体浓度变化情况来看，MLSS浓度明显随进水SS浓度呈正相关波动，而一级O池的DO变化趋势与前者相反。主要由于进水SS波动较大，泥龄控制困难，导致生化段MLSS浓度会随进水SS浓度升高而升高，又因为MLSS浓度升高影响曝气池中氧在混合液中的传质[6]，导致混合液中DO降低。曝气池中低浓度的DO不利于硝化反应及有机物分解，最终影响整个生化段的稳定运行。

针对以上问题，提出通过增加预处理工艺重点去除进水悬浮物，优化泥龄；从而降低生化段污泥浓度[7]，提高曝气池溶解氧浓度，进而提高生化段对有机物及氮的去除效果。

2 实验室工艺比选

混凝沉淀工艺和气浮工艺可以有效去除进水悬浮物和部分污染物，在实际工程应用中有着广泛应用。金辉[8]等利用气浮+SBR组合工艺处理羽绒制品生产废水，有效去除了废水中细小的悬浮物，并提升了组合工艺的抗冲击负荷，COD、NH4+-N和SS的平均去除率分别达到93.6%、71.8%和91.8%。金志英[9]等在沈阳某垃圾渗滤液处理站利用混凝沉淀工艺作为预处理方法，SS的平均去除率可达89%。结合处理站进水SS较高等问题，拟对混凝沉淀和气浮两种工艺进行工艺比选。试验所用垃圾渗滤液取自该垃圾渗滤液处理站调节池，混凝沉淀和气浮试验所投加药剂都选用铁盐和PAM。在设置多组不同经实验条件优化后，混凝沉淀最佳试验条件为：铁盐投加10 mg/L，PAM投加3 mg/L，快速搅拌5 min，静置30 min；气浮最佳实验条件为：铁盐投加15 mg/L，PAM投加1.5 mg/L，气浮比为100%。混凝沉淀和气浮在最佳试验条件下分别进行三组平行试验，对进出水COD、NH4+-N、TN、TP及SS进行测定。

混凝沉淀与气浮试验结果如图3和图4所示，混凝沉淀工艺对COD、SS、NH4+-N、及TN的平均去除率均小于10%，对TP的平均去除率在30%左右。原水中所含SS浓度较高并且粒度细小，致使混凝效果不佳；此外混凝后絮凝体悬浮在原水中，沉降性能较差。气浮法对原水中SS平均去除率高于70%，NH4+-N和TN的平均去除率也达到35%以上，COD和TP平均去除率分别在20%和60%之上。由于气浮工艺并不需要大的絮凝体颗粒，当絮凝体颗粒尺寸与微气泡尺寸接近时，二者的吸附率最大[10-13]。絮凝体形成后与微气泡吸附一同上升，在上升过程中再与其他絮凝体结合上升，该过程解决了混凝沉淀法絮凝体沉降性差的问题。

气浮工艺对原水中各项指标平均去除率明显高于混凝沉淀工艺。由实验结果可以看出气浮工艺不仅可以有效去除原水中SS，对有机物和氮均有一定去除作用。

图3 混凝试验各指标进出水浓度及去除率柱状图

图4 气浮试验各指标进出水浓度及去除率柱状图

3 工程实际运行效果分析

根据试验结果，对原工艺系统在进水调节池之后增设气浮工艺预处理系统。2018年10月23日于系统正式投入运行。采用管道混合器来完成药剂与原水的混合，这样即可以保证药剂与原水充分混合，又可以保证足够的反应时间。根据第三方监测数据，对10月23日至12月17日的数据进行分析如图5所示。

图5 运行效果图

从图5（a）中可以看出气浮工艺系统对SS去除率在11月20日之后基本稳定在70%以上，气浮出水SS稳定在2 000 mg/L左右。生化段一级O池的MLSS浓度11月13日之后基本可以稳定在15 000 mg/L上下，并且该池的DO浓度也在此时趋于稳定在1.6 mg/L。从（b）可以看出生化段对COD的去除率一直在缓慢增高，平均去除率为98%，在12月17日出水COD浓度降至100 mg/L左右。生化段出水中NH4+-N和TN含量逐步基本保持稳定在50 mg/L左右，平均去除率分别为97%和97%。可见增设的气浮工艺系统，可以有效去除垃圾渗滤液进水SS，提升生化段对COD、NH4+-N和TN去除率，降低深度处理的工艺负荷。

4 结论

苏州某垃圾渗滤液处理站进水主要来自老垃圾填埋场的老龄渗滤液及垃圾焚烧产生的新鲜渗滤液，由于进水SS浓度高，且波动较大，导致生化段运行效果不稳定。实验研究表明气浮工艺可以有效去除进水SS。在原有工艺系统不变的条件下，通过在调节池后增设气浮工艺。工程实践证明，气浮工艺系统对进水SS去除效果明显，平均去除率达68%。生化段COD、NH4+-N和TN出水浓度降低，平均去除率及稳定性得到显著提升。