两级AO+膜处理组合工艺在老龄渗滤液处理中的应用研究

张洪根

（嘉园环保有限公司，福州 350003）

某城市生活垃圾填埋场于1997年建成投入使用，2016年7月封场。一期填埋区占地面积为5.83 万m2，垃圾填埋量约为100 万m3。二期填埋区占地面积为10.38 万m2，垃圾填埋量约为140 万m3。该生活垃圾填埋场内大量垃圾填埋时间超过10年，产生的渗滤液主要为老龄渗滤液。老龄渗滤液中的有机物主要为难降解的大分子有机物（腐殖质），其中含氮有机物长期水解发酵，导致渗滤液氨氮浓度过高，造成渗滤液碳氮比（C/N）失衡，从而对生化处理中的微生物产生抑制作用，导致生化处理系统不能稳定运行[1-2]。该生活垃圾填埋场对渗滤液处理站的旧有设施进行提标改造，采用“调节池+初沉池+两级厌氧好氧（AO）+超滤+纳滤+反渗透”的组合工艺，渗滤液达标处理后排入市政管网，出水执行《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）。

1 设计进出水水质

本项目设计处理规模为400 m3/d，设计进出水的主要指标如表1所示。主要监测指标有化学需氧量（CODCr）、五日生化需氧量（BOD5）、悬浮物（SS）、氨氮（NH3-N）、总氮（TN）和总磷（TP）[3-5]。

表1 设计进出水水质

2 渗滤液处理工艺流程

本项目的渗滤液处理工艺流程如图1所示。调节池既可以调节水质水量，也可以代替事故池作为应急备用。初沉池主要用于降低调节池进水的悬浮颗粒及其他杂质，同时可均化水质。A/O 系统去除有机物的能力很高，好氧池硝化液回流至缺氧池，反硝化菌在缺氧状态下将硝酸盐还原成亚硝酸盐，并进一步把亚硝酸盐还原为氨及游离氮[6-7]。好氧池主要进行硝化作用，将氨氮转化成亚硝酸盐（NO2-）、硝酸盐（NO3-），将有机物转化成二氧化碳与水。经两级AO 处理后，用泵抽入管式超滤膜，进行泥水分离，管式超滤膜具有很高的截留能力，部分难降解的有机物随活性污泥回到一级反硝化池，将A/O 系统污泥浓度提升至15 g/L 以上，加快去除有机物和有效脱氮。

图1 渗滤液处理工艺流程

超滤出水进入纳滤系统进行深度处理，去除渗滤液中的有机腐殖酸、BOD5、氨氮等污染物。纳滤清水进入反渗透系统，去除CODCr、总氮等污染物，通过反渗透系统对盐分及有机物的高截留能力，进一步去除渗滤液中的可溶性小分子有机物、氯离子、硝酸根离子等污染物，出水通过标准排放口达标排放。污泥用离心脱水机脱水（脱水后含水率80%），然后运送至焚烧厂处理，浓缩液回灌填埋场。

3 主要设备参数

本项目渗滤液处理系统主要包含调节池、初沉池、膜生物反应器、污泥处置系统、浓缩液回灌系统及臭气处理系统。

3.1 调节池

调节池有两座，分别为1 号调节池、2 号调节池，2 号调节池内设浮球液位计、进水泵和鼓风机等，总容积为7 950 m3，理论水力停留时间为19.88 d。

3.2 初沉池

初沉池为地上钢筋混凝土结构，表面负荷为0.16 m3/（m2·h），底部锥形泥斗用于储存悬浮颗粒，定期抽排。

3.3 膜生物反应器

膜生物反应器（MBR）由两级AO+外置管式超滤膜组成，主要设备参数如表2所示。一级反硝化池设计容积为1 404 m3，水力停留时间为3.5 d，一级硝化池设计容积为1 850 m3，水力停留时间为4.62 d，渗滤液中大部分的CODCr、BOD5、NH3-N 等污染物得到去除，碳氮比控制在4～5，溶解氧（DO）浓度控制在2～3 mg/L，pH 控制在7.4～7.8，温度控制在20～37 ℃，回流比控制在20 倍以内，合理控制以上参数，保障AO 系统的各指标去除率达到设计要求。二级反硝化池设计容积为262.5 m3，水力停留时间为0.59 d，二级硝化池容积为419.2 m3，水力停留时间为1.05 d，二级AO 主要是为了进一步脱氮。A/O 系统运行过程中，夏季需要注意温度不能超过40 ℃，高温会抑制微生物活性，还可能损坏膜系统，要通过换热系统及时降温。冬季需要注意保温，保证污泥活性不受低温影响，另外，冬季生化泡沫较多，要及时消泡。A/O 系统出水先经过40 目过滤袋（孔径0.425 mm），将大颗粒杂物和纤维物拦截后进入外置管式超滤膜，防止超滤膜堵塞，超滤膜通过高效截流作用将泥水分离，浓缩后的污泥全部回流缺氧池，提高污泥浓度，延长泥龄，扩大优势菌群，提高活性污泥反应效率，透过液则继续进入纳滤系统。

表2 MBR 系统的主要设备

3.4 深度处理系统

本项目的深度处理系统含纳滤和反渗透，纳滤设计处理能力为400 m3/d，设计回收率为85%，采用两段式排列，共有36 支膜芯，型号为NF270-400。纳滤膜能有效去除污水中的CODCr、二价重金属离子、细菌和病毒等，纳滤进水pH 为6.5～7.0，需要添加阻垢剂，防止结垢。反渗透设计处理能力为340 m3/d，设计回收率为75%，采用两段式排列，共有36 支膜芯，型号为BW30FR-365。反渗透脱盐率大于99.5%，污水中的胶体、微生物、有机物等均可去除。反渗透运行压力较高，注意膜压差及进水流量下降不能超过15%，及时进行化学清洗恢复性能。

3.5 其他处理系统

污泥用离心脱水机脱水后运送至焚烧厂处理，浓缩液回灌填埋场顶部，通过垃圾吸附部分有机物及重金属，降低浓缩液长期回灌造成盐分富集的影响。臭气通过酸碱洗塔、生物滴滤塔及活性炭保安塔进行处理，确保达标排放。

4 运行工况

本项目于2014年5月施工完毕进入调试，同年11月通过环保竣工验收，现已运营多年。2014—2022年，各工艺段出水的主要指标变化如表3所示，渗滤液的CODCr浓度在填埋场封场后呈下降趋势，直至稳定，渗滤液的NH3-N 和TN 浓度持续增长，给系统稳定运行带来挑战。MBR 出水CODCr浓度逐年增长，可见生化系统的处理能力趋于下降，主要原因是没有新鲜渗滤液的补充，老龄渗滤液的可生化性整体下降，难降解的有机质较多。表3 检测结果表明，MBR 工艺段对CODCr、NH3-N 及TN 的去除率分别为79.68%、99.84%及95.17%，满足设计要求。深度处理工艺段对CODCr、NH3-N 及TN 的去除率分别为97.03%、57.01%及67.05%，符合纳滤与反渗透的运行要求，出水指标优于《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）的限值。

表3 各工艺段处理效果

5 经济分析

本渗滤液处理工程总投资约为1 555.4 万元，项目设计处理规模为400 m3/d，项目人员配置按7 人编制，采用基于组态王与可编程逻辑控制器（PLC）的远程控制系统，信号通过网线传输至计算机进行操作控制，自动化控制程度高，操作控制和维护管理方便简单。电价为0.74 元/（kW·h），水价为5.21 元/t，药剂主要有甲醇、阻垢剂、聚丙烯酰胺（PAM）、膜清洗剂和片碱等。2016年填埋场封场后，需要添加甲醇碳源，大幅增加药剂成本，人工均价为6 100 元/月，污泥处置主要为运输费，维修费含膜芯更换费用（2018年），办公税费含办公、杂费及增值税（税率6%）。2014—2022年，项目吨水运行费用如表4所示，最高吨水运行费用为31.74 元/m3（不含公司管理费），2017年后运行单价波动率较低，系统运行稳定。

表4 2014—2022年项目吨水运行费用

6 结语

根据老龄渗滤液特性，本项目采用“初沉池+两级AO+超滤+纳滤+反渗透”组合工艺对其进行处理，出水优于《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008），两级AO 工艺以其低廉的施工成本与运行费用、对有机物和氨氮等有较好的去除效果、适应低C/N 的废水、容积负荷高及耐负荷冲击能力强等显著优点，具有推广价值。该组合工艺自动化控制程度高，操作控制和维护管理方便简单，适应各种体量的渗滤液处理，它是国内渗滤液处理的主流成熟工艺。管式超滤膜对SS 的去除率在99%以上，占地面积小，节省空间，出水水质稳定，运行管理方便、维护简单，还能延长泥龄，提高AO 系统抗冲击能力。但是，本工艺也存在不足之处：深度处理固然能让水质清澈达标，但产生的浓缩液处理也是重大难题，长期的回灌使得盐分不断富集，难以生化处理的有机物重新回到生化池，必然给后期项目运营带来巨大困难。