MBR 工艺处理垃圾渗滤液的进出水总氮组成及控制措施分析

蒋 宇，文靖发，杨光明，王 青，黄佩希

（成都市兴蓉再生能源有限公司，成都 610108）

膜生物反应器（MBR）是处理垃圾渗滤液的有效工艺，进出水总氮组成是影响运行效果的重要因素，必须对其做好控制[1-3]。在污水处理中，生化池主要有两种流态形式，即全混式和推流式。要合理调整生化池的流态形式，延长泥水混合物在一级反硝化段的停留时间，然后向二级反硝化段投加碳源，调整生化需氧量/总氮（BOD/TN），从而达到良好的脱氮目的。同时，对系统内进水负荷、污泥负荷、污泥龄做好调整和记录，使生化池内活性污泥保持良好的运行状态，最终有效控制出水总氮，节约运行成本。

1 项目概况

垃圾渗滤液处理站是垃圾填埋场的配套设施，用于处理生活垃圾中渗出的污水。某垃圾渗滤液处理站采用的主体工艺为MBR 工艺，它由生化段的二级厌氧好氧（AO）脱氮系统+超滤系统组成，该工艺目前广泛应用于我国的各类污水处理中，运行经验成熟，效果稳定。但是，在处理垃圾填埋场老龄渗滤液时，由于原水的可生化性降低，氨氮含量随填埋年限的增加而升高，引起碳氮比（C/N）失衡，进一步增大渗滤液脱氮的处理难度。因此，有必要对垃圾渗滤液处理站进出水的总氮及其各组分（有机氮、无机氮）含量进行分段检测，了解MBR 工艺各工段进出水水质，并采取调控措施，确保进出水总氮达标。

2 试验方案

本试验研究有两个目的。一是保证安全生产，优化碳源的投加点位，削减生化池药剂的使用量（主要包括碳源和消泡剂），削减曝气系统的电能消耗，从而保证出水水质稳定达标，节约运行成本。二是总结技术成果，为企业创造直接的经济效益并向同行提供渗滤液生化处理经验。

2.1 各工段水质成分

2022 年7 月开始，化验室按照检验计划，分批次检测各工段（进水段、生化末段、出水段）水质总氮的各项指标含量，具体指标为有机氮和无机氮，无机氮包括氨氮、硝态氮和亚硝态氮。

2.2 生化池流态形式

生化池的流态形式主要有两种。一是全混式。其特点是原污水、回流污泥在刚进入生化池时立即和池中原有的混合液充分混合，因此整个池内混合液均匀一致，水质数据相差较小，优点为运行较稳定，受水质波动冲击较小。缺点也较为明显，主要表现为回流量较大，导致反硝化时间短于推流式，可能出现污泥膨胀、碳源在反硝化阶段未充分有效利用，同时生化池出水水质较差。二是推流式。生化池内污泥负荷和好氧速率前高后低，生化池前后的微生物种类和数量存在差异，反硝化段的停留时间长于全混式，出水水质优于全混式且不易发生污泥膨胀。结合垃圾渗滤液处理站的运行现状，为了改善水质，本研究以调整生化池的流态形式介于推流式和全混式之间为主要方向。主要手段是控制超滤进入一级反硝化池和二级反硝化池的回流量来改变流态形式，辅助手段为调整碳源投加点来优化反硝化段的微生物营养比例。

2.3 调试和运行设计

按照要求组装试验装置，根据试验装置的容积，结合垃圾渗滤液处理站生化池的运行要求，核算试验装置的污泥浓度、化学需氧量（COD）负荷、氨氮负荷等指标。先按照生化池目前的内、外回流量（外回流比为10 ∶1，内回流比为4 ∶1）运行试验装置，即试验装置总体接近于全混式生化池，每日监测进水和二级硝化池COD、氨氮、硝态氮、总氮，连续监测出水，相关数据连续稳定15 d 后，开始下一步调整。依次按梯度（8 ∶1、6 ∶1、4 ∶1）调整装置外回流量，内回流量不变，各梯度连续监测出水，相关数据连续稳定10 d 后，开始下一梯度调整，每阶段运行总时间不低于15 d。需要注意的是，调整回流量后，垃圾渗滤液处理站的生化池超滤回流量按比例进入一级反硝化池和二级硝化池，目前采用的形式是超滤全回流至一级反硝化池，导致系统流态形式趋近于全混式，调整的目的是使生化系统整体介于推流式与全混式之间。

3 试验装置设计参数

该垃圾渗滤液处理站的主体工艺由生化段（二级AO 脱氮）+超滤膜组成，为确保生化段脱氮效果良好，采用模拟二级AO 脱氮的试验装置进行研究。试验装置分为4 个工段。一级反硝化池容积为0.25 m3，一级硝化池容积为0.3 m3，二级反硝化池容积为0.06 m3，二级硝化池容积为0.06 m3。经检测，2022 年7—10 月，试验前进水水质如表1 所示。根据试验装置的容积，结合垃圾渗滤液处理站实际运行情况，确定运行参数，如表2 所示。同时，根据《排水工程》[4]的污水生物脱氮除磷技术规范进行校核，各项指标均符合运行设计要求。

表1 试验前进水水质

表2 运行参数设计

4 试验装置的调试和运行

2022 年9 月1 日，完成试验装置的全部组装，同时按照全混式（接近垃圾渗滤液处理站目前的生化池）和设置的回流比[5-7]进行试运行，9 月3 日开始连续监测各工段，并记录各阶段达到连续稳定运行后的时间和二级硝化出水的平均数据。根据设计方案，试验装置运行分为5 个阶段。第1 阶段运行时间为9 月1 日至9 月20 日，第2 阶段运行时间为9 月21 日至10 月7 日，第3 阶段运行时间为10 月8 日至10 月25 日，第4 阶段运行时间为10 月26 日至11 月13 日，第5 阶段运行时间为11 月14 日至11 月16 日。前4 个阶段设计参数如表3 所示，运行情况如表4 所示。在第4 阶段运行条件下，向二级反硝化池中加入碳源，连续运行4 d，每日检测抽滤后上清液[8-9]，检测结果如表5 所示。

表3 前4 个阶段设计参数

表4 前4 个阶段二级硝化抽滤后上清液检测结果

表5 第5 阶段抽滤后上清液检测结果

5 结论

垃圾渗滤液属于高氨氮污水，BOD/TN 大于4（C/N=7.6）时，MBR 工艺可以达到良好的脱氮目的。有机氮在缺氧及好氧的环境中均可转化为氨氮，在不同的情况下，转化率为81.3%～91.8%。在进水水质、水量、碳源投加量等基本运行条件不变的情况下，生化池由全混式向推流式演变（将外回流比从10 ∶1调整至4 ∶1），氨氮、硝态氮等指标呈下降趋势，总氮去除率由85.4%增加至92.4%。在运行情况不变的情况下（以第4 阶段运行情况为基准），向二级反硝化池加入适量碳源（C/N=7），脱氮率由92.4%增加至93.4%。在由近全混式演变为近推流式的过程中，生化池产生的泡沫逐渐减少，消泡剂的使用量也逐渐变小。