垃圾发电厂渗滤液生化处理系统pH 值下降原因分析与对策研究

詹玉龙，黄龙华，晋小林，孙晓玲，汪杰斌

（芜湖中电环保发电有限公司，安徽 芜湖 241202）

1 渗滤液系统概述

渗滤液处理系统包括预处理系统、IC 厌氧系统、MBR 生化系统（硝化反硝化系统、MBR 超滤系统）、膜深度处理系统（纳滤系统、反渗透系统、物料分离系统）、脱泥系统及蒸发系统。主要处理单元功能如下。

预处理系统：通过预处理系统可以去除渗滤液中较大的颗粒、纤维等悬浮物，减轻后续处理系统的压力，防止管道、设备发生堵塞现象，减小对泵、仪表灯设备的损坏。同时预处理系统还可以对渗滤液起到均质均量的作用，防止因渗滤液水质突变引起生化系统不稳定；调节pH 值，以减小后续调节pH 值时的化学品用量；可以保证突发事件发生时，生物处理系统在一定时间内的进水，起到事故池的作用[1-2]。

IC 厌氧系统：在厌氧罐内，利用厌氧微生物群，使溶解性的有机物质经过酸化、产酸、产甲烷等过程，使颗粒性有机污染物质转变成为溶解性的有机污染物质、使大分子物质转变为小分子物质，去除渗沥液中大部分有机物，CODcr和BOD5脱除率近90%[1-2]。

MBR 生化系统：MBR 系统包括反硝化、硝化、MBR超滤膜系统，处理的核心是硝化/反硝化机理，该过程把去除CODcr和去除NH3-N 有机地结合起来，主要目的即去除有机物和脱氮。CODcr去除率90%，NH3-N 去除率99%以上。SS 主要是通过反硝化、硝化去除，剩余部分SS 由纳滤膜去除[1-2]。

膜深度处理系统：纳滤NF、反渗透RO 对CODcr的去除率分别为80%、60%，保证出水CODcr在60 mg/L以下[1-2]。

1.1 处理规模及设计水质

1.1.1 处理规模

渗滤液系统工程设计处理量为300 m3/d，设计为两套处理系统。

1.1.2 设计水质渗滤液系统设计进水水质见表1。

表1 设计进水水质表

渗滤液系统出水需满足GB/T 19923—2005《城市污水再生利用工业用水水质》中敞开式循环冷却水系统补充水标准，见表2。

表2 渗滤液出水水质标准

1.2 工艺流程

渗滤液处理系统的工艺流程为：渗滤液收集池→调节池→加热池→IC 反应罐→反硝化→硝化→外置式超滤→纳滤→反渗透→达标回用。工艺流程系统图如图1 所示。

图1 渗滤液系统工艺流程图

2 生化系统硝化池pH 值变化过程

从2021年7月中下旬开始，在出水稳定的情况下，渗滤液进水COD、硝化池pH 和碱度开始缓慢下降，8月11日硝化池pH 值跌破6.5，8月21日跌破6.0，8月23日最低值为5.4，并且仍有下降趋势，如图2 所示。

图2 硝化池pH 变化趋势图

3 生化系统硝化池pH 值下降原因分析

3.1 C/N 比失调

调节池进水COD 持续降低，厌氧进水COD 从2021年7月19日的21 070 mg/L 下降至8月18日的9 030 mg/L，如图3 所示。厌氧罐出口COD 在2 000~3 000 mg/L，反硝化池进水COD 一直不高，导致C/N 比失调。反硝化反应一般要求C/N 大于5[2]，低C/N 即COD 不足时，会对反硝化反应产生抑制作用，无法为硝化反应过程提供足够的碱度。从7月30日起，虽然#1 厌氧罐超越管线保持1.5 m3/h 进液量，但由于厌氧循环泵出口压力高于厌氧提升泵压力，厌氧罐进液阀门后逆止阀损坏，导致厌氧罐内部渗滤液会通过超越管道流至反硝化，从而无法向生化系统反硝化池补充碳源。

图3 调节池进水COD 变化趋势图

3.2 碱度降低

厌氧反应中的碱度主要有渗滤液本身的碱度和可以产生碳酸氢盐碱度的微生物反应产生的碱度；反硝化反应中，反硝化细菌为间性异养菌，利用有机碳源对亚硝酸根离子进行还原反应，还原1 g 硝酸根离子消耗3.7 g COD，反硝化过程会产生一定量的碱度使pH 值上升（每去除1 g 总氮将产生3.57 g 碱度，以CaCO3计）[2]；硝化反应中，氨氮转变为亚硝酸盐氮的过程中会释放出氢离子，硝化反应过程消耗废水中的碱度使pH 值下降（每氧化1 g 将消耗7.14 g 碱度，以CaCO3计）[2]。在溶解氧充足的情况下，硝化反应剧烈，消耗的碱度大于系统的碱度（包括厌氧出水的碱度、反硝化作用产生的碱度和超越厌氧时调节池原水的碱度之和），基于调节池进水COD 持续降低、厌氧出水碱度持续降低、反硝化产生的碱度持续降低，最终导致碱度平衡破坏[3-4]，如图4 所示，8月25日硝化池碱度最低跌至600 mg/L。

图4 硝化池碱度变化趋势图

3.3 浓水系统故障

纳滤机组产生的浓水中含有大量盐分、重金属等有害物质，对反硝化菌和硝化菌有毒害作用。由于本月一期浓水系统故障较多，经常检修，且废水池至反硝化池无阀隔离，所以部分浓水会通过废水泵排至反硝化池，从而影响了生化系统细菌活性。

3.4 膜机组药洗废水

2021年8月9日-8月15日到8月19日-8月25日期间，超滤机组一直在不间断地进行膜机组药洗操作，药洗的酸碱废水会流入废水池，再通过废水泵抽至反硝化池。虽然会进行酸碱中和，但无法保证流入反硝化池废水的pH 值，所以药洗的废水可能对生化系统细菌活性有一定的影响。

3.5 溶解氧

溶解氧是反映硝化过程的关键参数，在好氧条件下硝化反应才能进行，溶解氧浓度不但影响硝化反应速度，而且影响其代谢产物。硝化反应开始阶段的耗氧速率大于供氧速率，溶解氧降低；随着氨氮浓度降低，硝化菌消耗氧速率下降，溶解氧升高；溶解氧能反应硝化池曝气量的不足、合适及过量。反硝化池溶解氧不超过0.5 mg/L，过高的溶解氧会抑制反硝化菌的生成，结果将导致硝化反应过程的碱度不足，进而使pH 值下降。

3.6 结论

综上分析得出结论，生化系统硝化池pH 值下降主要原因为：由于调节池进水COD 持续降低，厌氧进水COD 低使得反硝化池碳源不足导致反硝化反应受到抑制[3-4]，产生的碱度过低；调节池进水COD 持续降低，导致厌氧出水碱度持续降低；在溶解氧充足的情况下，硝化池硝化反应剧烈，消耗的碱度大于系统产生的碱度（包括厌氧出水的碱度、反硝化作用产生的碱度和超越厌氧时调节池原水的碱度之和），导致生化系统碱度平衡被破坏，最终导致硝化池pH 值急速下降。

4 采取对策

（1）为了提高生化系统碱度，从8月26日开始每天向硝化池投加50 kg 的经过自来水稀释后的碳酸钠溶液，连续加药4 天（共计275 kg），碱度有上涨趋势，但幅度不大，如图5 所示。

图5 调整后硝化池碱度变化趋势图

（2）加碳酸钠溶液的同时暂停厌氧进水，联系检修修复厌氧罐进液阀门后逆止阀，从调节池出口#1 超越管线直接向硝化池进液补充调节池原液（碳源），充分利用反硝化反应产生大量碱度补充硝化反应消耗的碱度，经过10 天连续调整，生化系统碱度、硝化池pH 值逐渐升高，生化系统碱度由8月25日的600 mg/L 升高至9月6日的2 500 mg/L，硝化池pH 值由8月25日的5.54 升高至9月6日的7.51，如图5、图6 所示，生化系统逐步恢复正常运行。

图6 调整后硝化池pH 变化趋势图

5 讨论

大量研究表明，氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌适宜的pH 值分别为7.0~8.5 和6.0~7.5，当pH 值小于6.0或高于9.6 时，硝化反应停止[3-4]。硝化细菌经过一段时间驯化后，可在低pH 值（5.5）的条件下进行，但pH 值突然降低，则会使硝化反应速率骤降，待pH 值升高恢复后，硝化反应也会随之恢复。

反硝化细菌最适宜的pH 值为7.0~8.5，在这个pH值下反硝化速率较高，当pH 值低于6.0 或高于8.5时，反硝化反应速率明显降低。最佳pH 值范围为7~8。当pH 值降至7.0 以下时，需要补充一些碳源，加强反硝化反应，并将反硝化池的pH 值稳定在7.0 以上[3-4]。

当pH 值低于6.5 时，大量真菌的活性开始增加，与硝化细菌产生竞争，硝化速率降低；当pH 值低于4.5 时，真菌活性最强，对硝化细菌的代谢和繁殖活动影响很大，硝化反应可能停止[3-4]。因此，在A/O 池中，pH 值应尽可能大于7。此时，硝化池主要由硝化细菌组成，硝化反应最强。硝化细菌的活性与池中渗滤液的pH 值直接相关。硝化池pH 值过低或过高都会影响硝化细菌的活性。在严重的情况下，它可能会导致硝化细菌死亡，并最终导致生化系统崩溃。

研究认为提高A/O 生化池的碱度主要有两种方法，一种为添加药剂调节，添加药剂主要有纯碱,石灰，碳酸钠，碳酸氢钠[5-6]。另一种为不添加药剂，通过补充调节池原液碱度和提高反硝化效率自然产碱度。考虑到节省费用因素，选择不添加药剂调节。对生化池补充碳源，进行厌氧超越进水，使A/O 池的进水COD 升高,同时降低硝化池溶解氧，避免回流至反硝化池的污水带溶解氧抑制反硝化反应。

6 结束语

本文笔者就渗滤液处理生化系统pH 迅速下降问题，从碱度、进水COD、C/N 比等方面分析原因。并采取有效措施（通过调节池原液补充碳源和投加碳酸钠）后，使生化系统碱度、pH 值缓慢升高，逐步恢复正常。平时运行时，需要关注调节池COD、pH、碱度等指标，当硝化池PH 值＜6.5 时，可以考虑补充碳源和投加纯碱，提升碱度，调整pH 值。尤其要关注渗滤液原液COD 变化，为同类型渗滤液处理系统水质变化调整提供借鉴。