环流曝气双段式集成处理装备处理村镇垃圾渗滤液工程应用研究

陈燕，赵伟，李俊，杨华亮，万春炜，张斯源，薛秋玉

（维尔利环保科技集团股份有限公司，江苏 常州 213125）

近年来，随着村镇经济发展及居民生活方式的改变，村镇垃圾的产生量逐年递增[1]。目前，村镇垃圾常用的处理技术主要有堆肥、焚烧及卫生填埋[2]等。因适用范围广、操作管理简便、运行成本低，又是其他技术所必需的最终处置方式，填埋法成为村镇垃圾处理的首选方式[3]。我国地域辽阔，村镇分布较分散，常以分散式小型垃圾填埋场为主。受限于村镇垃圾填埋场的规模和技术因素，填埋产生的垃圾渗滤液得不到良好的处理，会引起二次污染，导致村镇人居环境和生态环境被破坏。因此，小型村镇垃圾填埋产生的渗滤液处理工作尤为重要，需引起足够重视。

研究发现[4]，村镇垃圾填埋场产生的渗滤液污染物各项指标远低于城市垃圾渗滤液，因此，村镇垃圾渗滤液处理不能照搬城市渗滤液处理工艺。由于村镇垃圾渗滤液可生化性差，常采用简便易操作的物化法进行处理[5]，如吸附法[6]、臭氧法[7]和Fenton法[8]等，但单纯物化法对COD、总氮和氨氮等污染物去除率不理想。而传统主流工艺虽然处理效果尚可，但存在诸多弊端[9]：如占地面积较大、运行成本高和建设周期较长等问题。

针对村镇垃圾渗滤液特点，维尔利环保科技集团股份有限公司从工艺流程、处理规模、运行稳定性、处理效果及运行成本等多方面综合考虑，开发一套小规模集成化的环流曝气双段式集成处理装备。本装备是以环流曝气技术为核心，将生物反应和超滤膜分离相耦合，并结合膜深度处理技术，改变反应进程和提高反应效率的装备。本装备在保证出水效果的基础上，方便高效快捷的实现村镇分散式生活垃圾渗滤液无害化，最终能有效改善村镇人居环境。

1 设计

1.1 设计进出水要求

1.1.1 进水水质

环流曝气双段式集成处理装备设计规模为10m3/d，进水水质需达到表1相关要求，若达不到则需进行预处理。

表1 均衡池参数表

表1 环流曝气双段式集成处理装备进水水质

1.1.2 出水水质

出水水质需达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）表2标准。

1.2 工艺流程

环流曝气双段式集成处理装备采用主要工艺组合为：均衡池+环流曝气膜生物反应器系统+NF。工艺流程设计如图1所示。

均衡池内的废水经布水系统进入环流曝气膜生物反应器系统。环流曝气膜生物反应器系统由前置反硝化、环流曝气反应器、脱气池、后置反硝化、缓冲池和外置式超滤单元组成。设有两级生物脱氮功能的环流曝气膜生物反应器系统生物脱氮率在98%以上，由于部分难生化降解的有机物的存在，环流曝气膜生物反应器系统出水需流入深度膜处理系统做进一步处理。深度膜处理系统为纳滤。在系统正常稳定运行时，纳滤（NF）系统出水即可达标排放。

1.3 工艺说明

均衡池出水进入前置反硝化池，废水中的硝态氮和亚硝态氮在缺氧条件下转换成氮气，并排出系统；随后，在环流曝气反应器内，好氧微生物在两相喷嘴的曝气作用下，将水中的氨氮转化为硝态氮及亚硝态氮，同时COD 被有效降解；经环流曝气反应器处理后的污泥处于高度充氧的状态，不利于后置反硝化的运行，因此，设置脱气池来降低污泥溶解氧，同时脱气池起到硝化和调节的作用，脱气池中的一部分水回流至前置反硝化池调节碳氮比，另一部分进入后置反硝化池进行脱氮处理；后置反硝化池利用废水中剩余COD 及外加碳源，将废水中剩余硝态氮进行反硝化，以降低总氮浓度；后置反硝化出水进入缓冲池，为确保出水氨氮及总氮的达标排放，缓冲池中再次进行硝化反应，产生的硝态氮及亚硝态氮可回流至前置反硝化池而被去除[10]。

1.4 主要处理单元设计

1.4.1 水质均衡池

本方案设计一座水质均衡池，用于调节水质，保证废水的充分混合，同时在均衡池中进行新老渗滤液调配，或通过投加碳源以获得合适的碳氮比。其设计参数见表2。

表2 生化反应单元参数表[11]

1.4.2 生化单元

环流曝气双段式集成处理装备的生化反应系统由1 座前置反硝化池、1 座环流曝气反应器、1 座脱气池、1 座后置反硝化池和1 座缓冲池组成。详细设计参数见表3。

表3 超滤处理单元参数表

1.4.3 超滤单元

超滤单元为1 套集成模块化超滤设备，采用超滤取代传统的二沉池，通过超滤膜的截留作用将微生物截留在生化系统中，起到提高污泥浓度，延长污泥泥龄及提高容积负荷的作用。其设计参数见表4。

表4 纳滤处理单元参数表

1.4.4 纳滤单元

环流曝气膜生物反应器系统处理后的出水需进一步处理才能达标排放，因此设计了纳滤系统。其设计参数如表5。

表5 环流曝气双段式渗滤液集成处理装备主要工艺单元处理效果

2 工程应用-10 m3·d-1 环流曝气双段式集成处理装备

10 m3·d-1环流曝气双段式集成处理装备在浙江省某生活垃圾填埋场完成设备组装，占地面积112 m2。

2.1 COD 容积负荷监测

环流曝气双段式渗滤液集成处理装备持续稳定进水，采用不断提升进水量的方式。图2为调试并稳定运行期间COD 容积负荷监测。初期快速提高进水COD 容积负荷至1.0 kg COD/m3·d。由于活性污泥本身对渗滤液有一定适应性，可快速提高进水量。第3～5 天维持1.0 kg COD/m3·d 的负荷，在反应的第5 天提高进水负荷。

由于活性污泥在运送的过程中，活性受到影响，快速提高进水负荷后，活性污泥的活性恢复还需一段时间，因此经过第7～18 天的驯化，污泥活性恢复，进入快速生长期，在此期间渗滤液的进水负荷不断升高并稳定至2.2～2.3 kg COD/m3·d。环流曝气反应器COD 容积负荷显著高于传统外置式生物反应器[9]。

2.2 出水水质监测

根据环流曝气双段式渗滤液集成处理装备稳定运行期间水质数据化验的结果，做如下分析。

2.2.1 COD 监测

图3所示为环流曝气双段式渗滤液集成处理装备稳定运行期间COD 水质数据汇总图。

从图3中可以看出，系统进水COD 在9 000～12 000 mg·L-1范围波动，符合设计进水要求。系统出水COD 大致在20～60 mg·L-1范围内波动，总体稳定，平均值为38 mg·L-1，达到出水排放标准。

2.2.2 氨氮监测

图4所示为环流曝气双段式渗滤液集成处理装备稳定运行期间氨氮水质数据汇总图。

从图4可以看出，系统进水氨氮在1 200～1 500 mg·L-1范围波动，符合设计进水要求。系统出水氨氮大致在12 mg·L-1以下，总体稳定，平均值为6 mg·L-1左右，达到出水排放标准。

2.2.3 总氮监测

图5所示为环流曝气双段式渗滤液集成处理装备稳定运行期间总氮水质数据汇总图。

从图5可以看出，系统进水总氮在1 300～1 700 mg·L-1范围内，符合设计进水要求。系统出水总氮大致在10～30 mg·L-1范围内波动，总体稳定，平均值为19 mg·L-1左右，达到出水排放标准。

2.2.4 主要工艺单元处理效果

表6中环流曝气膜生物反应系统和纳滤系统进出水数据为装备稳定运行6 个月期间的平均值。

由表6可知，环流曝气膜生物反应器系统能有效去除90%以上原水污染物，此时出水BOD、氨氮和悬浮物已达到排放要求，但COD 和总氮浓度仍然偏高。环流曝气膜生物反应器系统出水经纳滤进一步处理后，COD 和总氮均可达到排放标准，在此阶段COD 和总氮去除率分别为94.9%和73.6%，而BOD、氨氮和悬浮物浓度均已下降至较低水平，说明纳滤能有效去除废水中的难降解有机物。经环流曝气双段式渗滤液集成处理装备处理后的COD、BOD、氨氮、总氮和悬浮物总去除率分别为99.7%、99.9%、99.6%、98.8%和97.3%。该装备在工程应用中符合设计要求，出水水质满足《生活垃圾填埋场控制标准》（GB 16889—2008）表2的要求。

3 结 论

在成功研制环流曝气双段式渗滤液集成处理装备的基础上，本装备进行了工程应用。经监测，本装备处理渗滤液效率高，出水水质满足GB 16889—2008 中表2要求。本装备高效集成，具有占地面积小，容积负荷高，出水水质稳定，污染物去除率高和能耗低等特点，其成功应用可以填补小型村镇垃圾渗滤液的处理技术空白，并有效的解决小型村镇垃圾填埋场渗滤液处理场地难选址的问题。