大型生活垃圾渗滤液处理工艺运行优化

＊黄皇 张美兰 曹跃华

（上海老港废弃物处置有限公司 上海 202106）

前言

生活垃圾渗滤液是城市生活垃圾卫生填埋后产生的二次污染，具有污染物种类繁多、水量大，水质波动大且不呈周期性变化的特点。填埋场渗滤液处理技术常见渗滤液处理主要包括生物处理技术、物化处理技术[1-2]。根据垃圾填埋场的年龄和腐殖化程度，可将渗滤液分类为新鲜和老龄渗滤液，其中生物处理依靠微生物的新陈代谢去除渗滤液中有机物，主要适用于可生化性好的新鲜渗滤液，具有处理效果好、成本低的优点。而物化处理更加简单、高效，且适用于难以被生物降解的渗滤液，常用于预处理和深度处理过程。对于传统以生物处理为核心的渗滤液处理工艺，长时间累积的总氮会影响系统的处理效率，总氮难以去除一直是工程应用中的难题[3]。随着纳滤、反渗透等膜技术的应用，国内填埋场中的渗滤液逐渐采用生物处理和膜深度处理结合的方式，已经能解决高浓度氨氮渗滤液的出水总氮达标问题[4-5]。

上海某渗滤液处理厂目前稳定运行，处理量稳定在500t/d以上，最大处理量达到1000t/d。为进一步稳固和提升老港渗滤液处理厂的处理效率，对稳定运行的渗滤液处理厂数据进行为期一年以上的的检测和总结，基于因子分析方法建立线性回归方程，通过数据处理探究影响渗滤液处理厂处理效率的内在影响因素，为渗滤液处理厂提供优化建议。

1.实验与方法

(1)检测方法

化学需氧量（COD）采用重铬酸钾标准法，五日生化需氧量（BOD5）采用标准稀释后5日培养法，氨氮（NH3-N）采用预蒸馏—纳氏试剂光度法，总氮（TN）采用碱性过硫-酸钾紫外分光光度法进行测定，相关方法参考水和废水监测分析方法（第四版，增补版）[6]。

(2)分析对象与分析方法

以上海某大型固废基地渗滤液处理工程2018—2019年的实测数据作为样本，采用统计软件SPSS中回归分析项下的线性回归分析工具对数据进行处理分析，总结渗滤液处理工程MBR进水水质的变化对处理效率的影响规律。

2.结果与讨论

(1)MBR进水COD区间与去除率线性关系

根据渗滤液处理工程进水水质的分布规律，按进水水质COD值分别设置1000～1500mg/L、1500～2000 mg/L、2000～2500mg/L、2500～3000mg/L、3000～3500mg/L、3500～4000mg/L、4000～4500mg/L、4500～5000mg/L共8个区间。COD去除率是MBR进水经过MBR工艺处理后COD削减量占进水COD负荷的百分比。采用统计软件SPSS分析COD区间与2018—2019年COD去除率相关性，如表1、表2所示。

表1 基于SPSS分析的2018年渗滤液处理工程MBR工艺进水COD区间与出水COD去除率相关关系

表2 基于SPSS分析的2019年渗滤液处理工程MBR工艺进水COD区间与出水COD去除率相关关系

利用SPSS中回归分析项下的线性回归分析工具对2018—2019年大型固废基地渗滤液处理工程各区域进水COD平均值与其相对应去除率数据进行处理，得到如下线性回归方程。

式中：Y代表各区域去除率平均值，X代表各区域进水COD平均值；式（1）、式（2）中r=0.947都是在显著性水平a=0.01的皮尔逊简单相关系数；F=回归均方和/残差均方和，在一般线性回归中，F值应在3.86以上代表回归方程的线性关系显著性。

(2)MBR进水总氮区间与去除率线性关系

根据渗滤液处理工程进水水质的分布规律，按进水水质TN值分别设置为400～800mg/L、800～1200mg/L、1200～1600mg/L、1600～2000mg/L、2000～2400mg/L、2400～2800mg/L、2800～3200mg/L、3200～3600mg/L、3600～4000mg/L共9个区间，其中2018年进水总氮在800～4000mg/L范围内，2019年进水总氮有所降低，集中在400～3200mg/L范围内。TN去除率是MBR进水经过MBR后TN削减量占进水TN负荷的百分比。采用统计软件SPSS分析TN区间与2018—2019年TN去除率相关性如表3、表4所示。

表3 基于SPSS分析的2018年渗滤液处理工程MBR工艺TN区间与TN去除率相关关系

表4 基于SPSS分析的2019年渗滤液处理工程MBR工艺TN区间与TN去除率相关关系

利用SPSS中回归分析项下的线性回归分析工具对2018—2019年固废基地渗滤液处理工程各区域进水TN平均值与其相对应去除率数据进行处理，得到如下线性回归方程。

式中：Y代表各区域去除率平均值，X代表各区域进水TN平均值；式（3）、式（4）中r=0.978和r=0.906是在显著性水平a=0.01的皮尔逊简单相关系数，两年的相关系数不同；F代表回归方程的线性关系显著性。

(3)出水水质与MBR产水量

反渗透最终出水与MBR产水量和水质有直接关系，研究从MBR产水的水质水量入手由于MBR进水不控制，不考虑设备检修、清洗膜等情况，分析MBR膜产水量与进水水质和温度的关系。在调节池、MBR前置A-O池中，水处理主要靠微生物分解，利于微生物作用的条件能促进生物处理阶段的处理效率，增加MBR产水量。

从图1可以看出，在非高温月份MBR产水量波动较为明显，水量与水质关系较大。其中MBR最大产水量为1915m3，最小水量为1100m3，相差70%以上。说明在微生物不活跃时期，MBR产水量与调节池进水水质可能有较大影响。

图1 非高温时段调节池水质与MBR产水量关系

(4)调节池进水水质与MBR产水量关系

对高温时段和非高温时段调节池进水水质和MBR产水量分别用SPSS做相关性分析，变量主要有COD、总氮、碳氮比。影响微生物效率的指标主要是碳氮比，因此主要分析碳氮比和MBR产水量的相关关系。MBR产水量和碳氮比的关系还与总氮或COD的基础值有关，将总氮、COD设为控制变量，采用偏相关分析，结果如表5、表6所示。

表5 高温时段调节池碳氮比MBR产水量相关系数

表6 非高温时段调节池碳氮比MBR产水量相关系数

由表5可知，在高温时段调节池碳氮比和MBR产水量的显著性为0.390＞0.05，说明调节池碳氮比与MBR出水量无相关关系。原因是温度升高微生物的活性，通过MBR膜之前的水中的有机物和总氮能被更多去除，且温度升高会增加MBR膜通量，更利于进水通过，产水量与水质没有明显相关关系。

由表6可知，非高温时段调节池碳氮比和产水量的相关系数为-0.151＜0，显著性为0.020＜0.05，说明在置信区间为0.05范围内，调节池碳氮比与MBR出水量成负相关。与高温时段相比，非高温时段的调节池水质对MBR产水量的影响更大，且碳氮比越高，MBR膜产水量越少。理论上说，反硝化对碳源的基本需求为BOD5/TN＞3～5，但渗滤液中的有机物多为腐殖酸等微生物脱氮除磷等不能利用的大分子有机物，现有的有机物不能满足微生物充分实现反硝化脱氮的要求。

3.结论

（1）两年中当MBR进水COD＜2000mg/L时，去除率不超过40%，且去除率随着浓度的增加增幅更大；当进水COD为2000～4000mg/L时，去除率与浓度呈线性关系，最大去除率能达到70%～80%；当进水COD＞4000mg/L时，去除率逐渐平缓，MBR无法去除更多COD而使MBR出水浓度逐渐增加；在不补充碳源的情况下，随着时间增长，系统内原有可用碳源逐渐减少，使得反硝化的效率降低。可以适当向系统中补充碳源，提高微生物的反硝化能力。

（2）将全年气温划为高温时段（7—10月）和非高温时段（1—6月、11—12月），在高温时段MBR进水的碳氮比和MBR产水量无相关关系，在非高温时段MBR进水水质与渗滤液处理效果有较为明显的负相关关系，可以通过调节非高温时段不同来源渗滤液的进水比例，使总碳氮比处于较低水平，增大MBR膜产水量。同时加大高温时段高碳氮比进水的处理，维持不同渗滤液处理总量稳定。厌氧池前期反硝化阶段效率较低，在非高温时段可以通过在厌氧池中补充有效碳源，提高微生物的反硝化能力。