季节变化对渗沥液原水性质及处理效果的影响

徐昌文

(上海环境卫生工程设计院有限公司，上海 200232)

上海位于我国东部沿海，属于亚热带海洋性季风气候，四季较为分明，日照充分，雨量充沛，最高气温一般出现在7月、8月，最低气温则发生在1月、2月[1]。上海气候温和湿润，春秋较短，夏冬较长，夏季冬季平均持续期在100 d以上。全年50%的雨量集中在6月～9月的汛期[2]。

中国比较主流的生活垃圾处置方式为填埋和焚烧，这两种处置方式不可避免地会产生渗沥液。中国原生生活垃圾的特点主要是厨余物质多、含水率高、有机物含量高，混合收集，相对热值较低[3]。在国内生活垃圾焚烧厂设计中，垃圾往往在垃圾坑中发酵3～7 d沥出渗沥液后才进行焚烧，此做法能够提高垃圾发电的效率[4]，但同时产生了渗沥液的问题。垃圾焚烧厂渗沥液具有以下特点：污染物成份复杂多变、水质水量变化大；有机污染物浓度高(COD浓度高)；NH3-N浓度高；重金属离子与盐分含量高；焚烧厂渗沥液呈酸性[5]。

本文分别选取2017年7月和2016年12月作为上海夏季、冬季的参照样本，分析了这两季季节性变化对某焚烧厂渗滤液处理站原水性质及处理效果的影响。

1 工艺介绍与试验方法

1.1 工艺介绍

上海某焚烧厂渗沥液处理站主要工艺为厌氧+MBR系统+深度处理，处理流程如图1所示。渗沥液首先经过螺旋格栅机，将较大的杂质和大颗粒悬浮物去除，然后进入调节池，进行水质水量调节，接下来用泵提升至厌氧反应器，去除大部分有机物后进入MBR生化池。MBR系统分为生化部分和膜分离部分。生化部分采用两级倒置硝化反硝化处理后，进入外置式超滤系统进行泥水分离，浓缩后的泥水混合液内回流至反硝化段，超滤清液进入纳滤系统。经过外置式MBR处理的超滤出水，BOD、NH3-N、重金属、悬浮物等指标已经达到排放标准，但部分难生化降解的有机物导致COD和色度指标仍然可能超标。因此利用纳滤对超滤出水进行深度处理，去除难生化降解的有机物，从而使得纳滤出水达标排放。渗沥液处理过程中产生的剩余污泥经脱水处理，脱水上清液回反硝化池，泥饼外运至垃圾仓。

图1 渗沥液处理工艺流程图Fig.1 Process Flow of Leachate Treatment

1.2 试验方法

1.2.1 天气情况

本试验取样选在2016年12月和2017年7月，对这两个月内渗沥液处理站每日的原水及各阶段出水取样分析。选取12月和7月各15组数据进行对照，记录当日的天气情况，两月的天气情况如表1和表2所示。

表1 2016年12月天气情况

注：2016年12月降水量为48.9 mm

表2 2017年7月天气情况

注：2017年7月降水量为71.2 mm

1.2.2 样本选择

本试验分别取渗沥液原水和各阶段出水作为试验数据。其中渗沥液原水取自调节池进水管处，厌氧出水取自厌氧反应器清液出水管处，生化出水取自二级生化池清液出水管处，超滤出水取自超滤设备清液出水管处，纳滤出水取自纳滤设备清液出水管处。每日取样后，立即对水质进行测试。

处理出水水质需满足《上海市污水排入城镇下水道水质标准》(DB 31/445—2009)、《上海市污水综合排放标准》(DB 31/199—2009)相关规定，同时要求NH3-N≤25 mg/L，具体指标如表3所示。

表3 渗沥液出水水质

1.2.3 监测项目与方法

渗沥液原水及各阶段出水主要测试项目包括：pH、悬浮物(SS)、化学需氧量(COD)与氨氮(NH3-N)。pH、SS、COD、NH3-N共测3次取平均值。其中pH采用pH计测量，SS采用105 ℃烘干重量法测算，COD采用重铬酸钾法测算，NH3-N采用纳氏试剂光度法测量[6]。

2 结果与讨论

2.1 夏冬两季变化对渗沥液原水pH的影响

由图2可知：冬季渗沥液原水的pH普遍高于夏季渗沥液原水的pH；无论冬季还是夏季，pH变化都极为稳定，波动不大；冬季的pH值维持在5.4～5.6；夏季的pH值维持在5.1～5.2；无论是冬季还是夏季，渗沥液原水都呈弱酸性。

图2 夏冬两季渗沥液原水pH的变化情况Fig.2 Variation of pH Value of Raw Leachate during Summer and Winter

由于焚烧厂渗沥液属于原生渗沥液，与填埋场渗沥液不同，未经过厌氧发酵过程，含有大量的有机酸[7]，因此渗沥液pH值较低，一般为4～6。

2.2 夏冬两季变化对渗沥液原水SS的影响

由图3可知：夏季渗沥液原水的SS普遍高于冬季渗沥液原水的SS，大约高300 mg/L；无论冬季还是夏季， SS变化较为稳定，波动不大(5%内)，在200 mg/L之内；冬季的SS值维持在3 700～3 900 mg/L，夏季的SS维持在4 000～4 200 mg/L，高于设计值。渗沥液经过螺旋格栅机，将较大的杂质和大颗粒悬浮物去除后进入调节池，原水的取样选择在经过螺旋格栅机之后，因此无论冬夏，SS均较为稳定。焚烧厂渗沥液是垃圾仅经数天发酵形成的，主要为垃圾自身的水分、垃圾中易降解物质发酵形出的水分、垃圾溶出的污染物及细小悬浮物[7]。我国的垃圾收集方式多为混合收集，垃圾中厨余物质比较多，油类物质和悬浮物含量也较高[8]。因此，渗滤液处理前段多设置预处理工艺，截留部分悬浮物，为后端处理提供便利。

图3 夏冬两季渗沥液原水SS的变化情况Fig.3 Variation of SS of Raw Leachate during Summer and Winter

2.3 夏冬两季变化对渗沥液原水COD的影响

由图4可知：夏季渗沥液原水的COD远高于冬季渗沥液原水的COD，大约高15 000 mg/L；无论冬季还是夏季，COD变化较为稳定，波动不大，在3 000 mg/L之内；冬季的CODCr维持在56 000～59 000 mg/L，夏季的CODCr维持在73 000～75 000 mg/L。夏季的平均气温为28～36 ℃，垃圾中微生物的活性较高，种类也较多[9]，垃圾发酵较好，渗沥液中有机物含量较高，因此夏季渗沥液原水COD远高于冬季。冬季的平均气温只有7～12 ℃，垃圾中微生物的活性没有夏季强，垃圾发酵也受到抑制，因此冬季渗沥液原水COD较低。

图4 夏冬两季渗沥液原水COD的变化情况Fig.4 Variation of COD of Raw Leachate during Summer and Winter

2.4 夏冬两季变化对渗沥液原水NH3-N的影响

由图5可知:夏季渗沥液原水的NH3-N高于冬季，大概高150 mg/L；无论冬季还是夏季， NH3-N变化较为稳定，波动不大(5%内)，波动在100 mg/L之内；冬季的NH3-N维持在1 650～1 720 mg/L；夏季的NH3-N维持在1 840～1 900 mg/L。对于垃圾焚烧厂，渗沥液的水质特征不仅与当地的降雨降雪、气温、湿度等气象水文因素有关，还与垃圾的性质及垃圾本身的含水率等因素有关，且这些因素大多通过影响微生物的生长产生作用，因此垃圾中微生物的特性与渗沥液中水质变化有紧密联系[10]。夏冬两季NH3-N的差异和夏冬两季COD的差异存在一定相似性，但并不完全一致。冬季NH3-N低于夏季NH3-N，但差异幅度比COD小，这与微生物的种类差异及活性随温度变化程度密切相关。

图5 夏冬两季渗沥液原水NH3-N的变化情况Fig.5 Variation of NH3-N of Raw Leachate during Summer and Winter

2.5 夏冬两季变化对渗沥液处理效果的影响

生活垃圾焚烧厂产生的渗沥液量波动范围较大，是季节和地域的差异所致，通常呈现出夏季多、冬季少、南方多、北方少的特点[11]。由表4、表5可知，冬季渗沥液的平均处理量为254 t/d，夏季则为366 t/d，这与上海冬季雨水少温度低、夏季雨水多温度高有关。

表4 2016年12月处理量及COD去除率

表5 2017年7月处理量及COD去除情况

冬季渗沥液经过厌氧系统后COD平均去除率为85.1%，夏季则为89.5%；渗沥液经过生化系统后COD平均累计去除率为98.9%，夏季则为99.1%；渗沥液经过超滤系统后COD平均累计去除率为99.4%，夏季则为99.5%；渗沥液经过纳滤系统后COD平均累计去除率为99.7%，夏季则为99.8%。夏季因为温度较高，微生物活性强，各阶段的处理效率也略高。渗沥液经过超滤处理后，COD都能降到500 mg/L以下，COD能达标，但由于色度的原因还需经纳滤系统进一步处理后再行排放。虽然夏冬两季渗沥液的水质水量波动较大，但通过对各阶段出水COD的监测，可以得出此套渗沥液处理工艺稳定性较强。其他指标也与COD情况相似，即经过此套渗沥液处理工艺处理均能达标排放。

3 结论

(1)无论是冬季还是夏季，渗沥液原水均呈弱酸性，夏冬两季pH差异不大。

(2)夏季渗沥液原水的水量、SS、COD、NH3-N普遍高于冬季渗沥液，与气温及降雨量密切相关。夏季的降水量多于冬季，气温高于冬季，垃圾在垃圾坑停留3～7 d发酵后进行焚烧，渗沥液受到微生物发酵速率的影响，从而造成夏冬两季的差异。

(3)虽然夏冬两季渗沥液的水质水量波动较大，但通过对各阶段出水COD的观察，可以得出此套渗沥液处理工艺具有较高的稳定性，处理效果良好。

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