渗滤液处理工艺调试运行出水水质达标的研究——工艺参数及活性污泥的驯化培养

胡坤 HU Kun

（北京市海淀区市政设施管理事务中心，北京 100080）

0 引言

我国城市生活垃圾的数量逐年增加，垃圾填埋是一种主要的垃圾处理处置方式，垃圾渗滤液成分复杂，含有多种污染物质，是一种高浓度的有机废水，在实际处理的过程中，由于渗滤液处理工艺存在很多问题，如处理工艺不全面、处理设备不完善、出水质量达不到规范的要求等，因此必须对渗滤液处理工艺进行更新和改进[1，2]。

本文介绍的北京市海淀区六里屯垃圾填埋场渗滤液处理，其工艺设计规模为550m3/d，采用“UASB（升流式厌氧污泥床）+MBR（膜生物反应器）+DT-RO（碟管式反渗透）”工艺的处理设施，处理后出水排入场区清水池中，一部分用于场内，其余部分排入已建的出水排放管网。在处理工艺正式运行前需对该工艺进行调试工作，调试工作主要对工艺运行、设备仪表、电子自控、数据记录分析等研究。

1 背景

1.1 基本情况 北京市海淀区六里屯垃圾填埋场渗滤液处理工艺，占地面积8700m2，主要建、构筑物有膜处理车间、渗滤液调节池、污泥浓缩池、集水井、浓缩液池和综合机房、MBR 等设备基础。550t/d 渗滤液处理工艺总体采用“生化+膜处理工艺”。设计产水率为80%（即清水产量为440t/d，浓水产量为110t/d）。该垃圾填埋场已于2014 年7 月完成调试进入试运行，处理后的出水水质稳定，且达到设计要求，并于2014 年10 月通过环保竣工验收。

1.2 渗滤液来源及特点

1.2.1 垃圾渗滤液的来源 垃圾渗滤液，又称渗沥水或浸出液，是垃圾在堆放和填埋过程中由于发酵和雨水的淋浴、冲刷以及地表水、地下水的浸泡，通过萃取、水解及发酵而滤出来的污水。垃圾渗滤液的处理既有常规废水处理技术的共性，又有其自身显著的特点[3]。垃圾渗滤液主要有5 种来源：降水渗入、地下水反渗、外部地表水渗入、垃圾自身所含水分以及填埋后生化反应产生的水分[4]在渗滤液总量中占绝大部分，是目前工艺设计中的主要依据。

1.2.2 垃圾渗滤液的特点 垃圾渗滤液特殊的来源导致其水质及水量随着垃圾组成、填埋方式及季节气候的变化而变化，且干旱明显无周期性，一般含有高浓度有机物（COD）、重金属盐、SS 及氨氮等。目前，我国城市垃圾填埋场产生的垃圾渗滤液一般都具有以下特点[5，6]：①水质成分复杂，危害性大；②CODcr 和BOD5 浓度很高，是生活污水值的几十倍甚至是上百倍；③氨氮含量高，并且随填埋时间的延长而升高；④金属含量较高，垃圾渗滤液中含有十多种金属离子，浓度均大大超过了对微生物毒害作用的限值。

2 工艺参数

2.1 设计水质要求 渗滤液处理的设计水质要求如表1 所示。出水水质指标按《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-2008）及《北京市水污染物排放标准》（DB11/307-2005）二级限值中更严格的标准执行。

表1 设计进、出水水质表（除pH 外，单位均为mg/L）

2.2 工艺流程 垃圾渗滤液通过提升泵提升至调节池，均衡水量及水质，出水经提升通过自清洗过滤器后进入UASB 池中，去除大部分有机物。UASB 池出水自流进入MBR 系统，MBR 系统包括两级硝化反硝化单元和内置式微滤单元，通过好氧微生物的作用去除水中的有机物，并通过硝化和反硝化作用去除渗滤液中的氨氮。UASB 池及MBR 系统产生的剩余污泥经污泥脱水系统脱水后运至填埋场填埋，滤液回流至调节池。MBR 出水进入高压反渗透系统进行深度处理，进一步去除不可生化物质及色度等。反渗透系统出水基本全部回用，浓水回流至前端调节池（图1）。

图1 工艺流程图

3 处理工艺

3.1 调节池预处理 调节池用以调节进、出水流量，对污水的pH 值和水温有预曝气的调节作用，还可用作事故排水。考虑到厌氧反应对水质、水量和冲击负荷较为敏感等原因，适当尺寸的调节池对于工业废水的处理，对水质、水量的调节是厌氧反应稳定运行的保证。调节池的作用是均质和均量。考虑到填埋场渗滤液浓度变化的不确定性，因此在设计渗滤液调节池时就考虑了兼作为预处理的设施之一：调节池有效池容积为10009m3，渗滤液在此可以停留18d，在此经过水解酸化对污染物有一定的生化处理作用。

3.2 UASB 反应器预处理 工艺中的UASB 反应器作为调节设施可以根据渗滤液的具体情况而灵活运用：若渗滤液中COD 较高，渗滤液则进行厌氧预处理，降解一定的污染物再进入后续处理系统，实现预处理功能；若COD 较低，则渗滤液超越UASB 反应器，直接进行后续处理达标。基于节能减排原则，拟将UASB 运行过程中产生沼气通过收集管道分别送至分别连接新建锅炉和新建火炬。

3.3 膜（MBR）—两级A/O 生化反应器

3.3.1 膜（MBR）—两级A/O 生化反应器原理 生化脱氮工艺上针对经硝化处理后的渗滤液进行多次、大量回流的方式以保障生化脱氮的完全性和稳定性。工艺上采用带有生物脱氮功能的膜生化反应器，主要由好氧池1#、缺氧池1#、好氧池2#、缺氧池2#和内置式中空纤维微滤膜单元组成。膜生化反应器的好氧池内配置微孔曝气专用设备，可以培养出高活性的好氧微生物，使污水中的可生化降解的有机污染物在好氧池内进行降解，同时把氨氮和有机氮氧化为硝酸盐，由于MBR 微滤膜把菌体（活性污泥）和净化水完全分离，使得在生化系统中经过不断驯化产生的微生物菌群得以繁殖，对渗滤液中相对普通污水处理工艺而言，难降解的有机物也能逐步降解，改善出水水质。

3.3.2 膜（MBR）—两级A/O 生化反应器设计参数 膜（MBR）—两级A/O 生化反应器由好氧池1#、缺氧池1#、好氧池2#、缺氧池2#和内置式中空纤维微滤膜单元组成。设计有两座有效容积为2670m3的缺氧池和两座有效容积为2700m3的好氧池，好氧池内曝气采用专用设备鼓风曝气，通过高活性的好氧微生物作用，污水中的大部分有机物污染物在好氧池内得到降解，同时氨氮在硝化微生物作用下氧化为硝酸盐。好氧池至前置缺氧池设有混合液回流泵（硝氮回流），硝氮回流至缺氧池内在缺氧环境中还原成氮气排出，达到生物脱氮目的。

3.4 DT-RO 反渗透工艺

3.4.1 DT-RO 反渗透工艺原理 采用的反渗透最大优点是过滤级别高，出水水质好。反渗透分离粒子级别可达到离子级别。由于膜表面的亲水性，优先吸附水分子而排斥盐分子，在膜表皮层形成两个水分子的纯水层，施加压力，纯水层的分子不断通过毛细管流过反渗透膜。控制表皮层的孔径会影响到脱盐效果和透水性，一般为纯水层厚度的一倍时，称为膜的临界孔径，可达到理想的脱盐和透水效果。因此，反渗透膜对有机污染物、一价和二价的盐类等截留率可达到99%以上。

3.4.2 反渗透工艺设计参数 反渗透系统作为总氮（TN）达标的保障措施，确保出水总氮达到20mg/L 以下。反渗透采用碟管式反渗透膜，碟管式反渗透为目前国际通用的标准反渗透膜元件，其产品替代性强，平均工作压力为50-65bar。

3.5 剩余污泥脱水系统 生化处理产生的剩余污泥通过污泥脱水进料泵提升入污泥脱水机，进料过程中投加适量的絮凝剂以提高固液分离效果。絮凝脱水产生的清液回入脱水上清液池，通过上清液回流泵回入膜生化反应器，污泥脱水产生的干泥回填埋场填埋处理。

4 工艺调试

4.1 工艺调试的目标

①各处理单元能够实现正常的工艺功能，包括预处理段（调节池）、生化处理段（缺氧1#、好氧1#、缺氧2#、好氧2#、膜池）、膜分离系统、DTRO 反渗透系统等；②系统处理水量、出水水质可以达到设计要求；③活性污泥的驯化，选择适应实际水质情况的微生物，淘汰无用的微生物；④系统各类设备、仪表运行平稳，可靠；电气自控系统实现全部自控功能要求，并能够自动记录、监视、报警。

4.2 污泥驯化培养

4.2.1 驯化条件 驯化过程应当与原生长条件尽量一致，当条件不具备时，一般用常规生活污水作为培养水源，驯化时温度不低于20℃，驯化采取连续闷曝3-7d，并在显微镜下检查微生物生长状况，或者依据长期实践经验，按照不同的工艺方法（活性污泥、生物膜等），观察微生物生长状况，也可以用检查进出水COD 大小来判断生化作用的效果。

4.2.2 驯化方式 采用递增污水进水量的方式，使微生物逐步适应新的生活条件，递增幅度的大小按厌氧、好氧工艺及现场条件有所不同。活性污泥的驯化培养的好坏对污水处理效果有一定作用，在驯化培养时要注意投加营养源，以保证微生物有足够的营养物质，当开始驯化时，营养源投加量要大，然后逐步加大污水量，直到全部用污水作营养源。

4.3 UASB 启动运行及污泥培养

由于使用原场“350t/d 渗滤液处理工艺”中生化池的污泥，所以用泵抽入到UASB 池中，污泥接种量以30g/L为宜，根据UASB 池容计算，共计需要厌氧干污泥45t。配水的营养比可按照碳∶氮∶磷=200∶5∶1，初始COD 浓度值以1000-2000mg/L 为宜。浸泡1-2d 后，就可以少量进水了。初始启动，负荷控制在1.0kgCOD/（m3·d），少量多次进水，以换水方式补充营养。要尽量控制进料流速，避免产生大的水力冲击负荷而造成的污泥流失。

4.4 两级A/O 生化系统启动运行及污泥培养

4.4.1 污泥接种 为了能快速启动和运行，首先向系统内注入约占总池容2/3 的清水，约2800m3，然后直接接种“350 吨渗滤液处理工艺”好氧生化池池的污泥，接种量控制在10g/L，合计需要干污泥约50t。然后配水的营养比可按照碳∶氮∶磷=100∶5∶1。如果碳源不满足，可投加甲醇或葡萄糖补充，系统内初始氨氮值不宜高于100mg/L。然后开启回流和曝气，连续曝气1-2d，然后取水样测定系统内的COD 及氨氮变化情况，同时应观察污泥的颜色及性状。

4.4.2 缺氧池工艺控制 温度：控制在15～35℃之间，主要控制的是高温，通过控制冷却单元的运行达到控制温度的目的。pH 值：控制在6.5～7.5 之间，反硝化反应产生碱度，主要正常运行，pH 值基本稳定。

4.4.3 好氧池工艺控制 温度：温度不宜高过35℃，同样依据系统的冷却单元进行调控。pH 值：控制在6.5～8.5之间，硝化反应要消耗大量的碱度，若系统的碱度不够，则需要外加补充，通常用NaCO3、NaHCO3、NaOH 进行补充。DO（溶解氧）：要控制在2mg/L 以上，因此要保证风机的正常运行。污泥龄：污泥龄一般控制在15d 左右，因此要合理控制剩余污泥排放量。有毒物质：有毒物质主要是重金属离子及有毒的化学物质，它对系统任何一个单元都会造成严重的影响，并且是不可恢复的，所以要确保污水中无有毒有害的物质。

4.5 DTRO 反渗透出水检测

4.5.1 渗滤液检测 ①采样点的布设：采样点应设在进入渗沥液处理设施入口和渗沥液处理设施的排放口。②采样频次：根据渗沥液处理工艺设计的要求，每月应监测1 次。③采样方法：用采样器提取渗沥液，弃去前3 次渗沥液样品，用第4 次样品作为分析样品。采样量和样品保存（固定方法）按HJ/T91-2002 执行。

4.5.2 检测结果 DTRO 反渗透正常开启后，在调节池和DTRO 反渗透出水口分别取水样进行检测，如表2 至表4 所示。根据检测结果可看出该工艺调试是否到达设计标准的要求。

表2 调节池和DTRO 反渗透出水检测报告

表3 2021 年2 月3 日DTRO 反渗透出水其他项目检测报告 单位：mg/L

5 结论

实验分析结果显示，经“UASB+内置式膜生化反应器MBR+碟管式反渗透（DT-RO）”处理后的出水水质可以达到《生活垃圾填埋污染控制标准》（GBl6889-2008）表2-1中的污染物特别排放限值及《北京市水污染物排放标准》（DB11/307-2005）二级限值中更严格标准的要求。在调试过程中污泥的驯化培养是重点之一，应注意：①加接种污泥时应注意在反应池中先充入一定量的污水，其体积要保证剩余空间可以容纳接种污泥。②污泥驯化时负荷应由小到大，待稳定后逐步增大污水的水量，提高污泥有机负荷直至满负荷运转。本项目所采用的处理工艺设计参数及调试过程中积累的经验，对其他相关行业的废水处理工艺设计、工艺运行组合与调试具有一定的参考价值或借鉴意义。