UASBF反應(yīng)器在北京阿蘇衛(wèi)填埋場(chǎng)滲瀝液處理中的應(yīng)用

蘆旭飛，杜 巍，周小飛，鄭 斌，王進(jìn)安，劉 禎，樸新宇

（北京環(huán)衛(wèi)工程集團(tuán)有限公司四清分公司阿蘇衛(wèi)垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)，北京 100029）

北京市阿蘇衛(wèi)垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)隸屬北京市環(huán)衛(wèi)工程集團(tuán)有限責(zé)任公司四清分公司，主要承擔(dān)北京市東、西城區(qū)和昌平區(qū)7個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的垃圾處理任務(wù)。填埋庫(kù)區(qū)占地42 hm2，一期工程（南區(qū)）占地面積26 hm2，二期工程（北區(qū)）占地面積16 hm2。設(shè)計(jì)庫(kù)容1 190萬(wàn)m3，總填埋高度為40 m，設(shè)計(jì)處理能力2 000 t/d，設(shè)計(jì)壽命17 a。阿蘇衛(wèi)填埋場(chǎng)屬于山前平原，淺層滯水豐富，一期工程下挖4.8 m，主要采用水平膨潤(rùn)土板和垂直射水造墻相結(jié)合的防滲辦法［1］，二期工程主要采用HDPE進(jìn)行水平防滲。目前處理垃圾約4 000～5 000 t/d，平均產(chǎn)生滲瀝液約800～1 000 t/d，滲瀝液經(jīng)收集后通過(guò)原有的調(diào)節(jié)池+氧化溝工藝和+DT－RO工藝進(jìn)行處理。

阿蘇衛(wèi)垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)滲瀝液在14 a的運(yùn)行過(guò)程中，水質(zhì)即表現(xiàn)出了滲瀝液典型特征。于1998年和2004年先后建成了氧化溝和碟式反滲透處理系統(tǒng)，基于實(shí)際運(yùn)行中系統(tǒng)存在的操作壓力大，預(yù)處理作用不明顯等［2］，在2007年改擴(kuò)建工程中采用了厭氧生化處理技術(shù)。

1 滲瀝液處理工藝設(shè)計(jì)

1.1 水質(zhì)及水量

滲瀝液處理水量為600 m3/d，設(shè)計(jì)的進(jìn)出水水質(zhì)見表1。改造前后滲瀝液處理工藝流程見圖1、2。

表1 阿蘇衛(wèi)垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)滲瀝液設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

1.2 UASBF的工藝原理

本次改造采用的厭氧工藝是由UASB段+F段組成，內(nèi)部設(shè)有填料層，即為F段，在F段由于生物膜固定在填料表面，生成了一層厭氧生物膜，也就是罐內(nèi)形成厭氧生物床，形成的厭氧生物膜具有巨大的比表面積，不僅減少了微生物的流失，而且延長(zhǎng)了其在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間，提高了微生物濃度，當(dāng)污水通過(guò)時(shí)，增加了水中有機(jī)污染物與厭氧生物膜接觸的機(jī)會(huì)，使厭氧反應(yīng)更加充分，有機(jī)污染物去除率更高，也提高了氣水分離效率；同時(shí)，濾料還有截留上污泥和懸浮固體的功能，從而減小了出水SS，大大提高了厭氧罐的泥水分離效率；在UASB段，污泥停留時(shí)間長(zhǎng)，濃度高，吸附能力強(qiáng)，沉降性能好。

1.3 UASBF系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)由2個(gè)厭氧罐組成，單個(gè)有效容積1 100 m3；溫度 35～38℃；停留時(shí)間 3.7 d；容積負(fù)荷 8～12 kg/（m3·d）。

系統(tǒng)設(shè)有換熱間，換熱間主要是通過(guò)燃油鍋爐、換熱器和3個(gè)循環(huán)泵給2個(gè)厭氧罐進(jìn)行升溫，以達(dá)到反應(yīng)所需要的溫度。熱功率0.7MW，尺寸為1 416 mm×2 560 mm。鍋爐補(bǔ)水配備一個(gè)軟水器，規(guī)格為0.5 t/h。換熱器共2套，單臺(tái)換熱面積為30 m2。由熱水循環(huán)泵提供循環(huán)熱水，共2臺(tái)，1備1用，單臺(tái)流量為50 m3/h，揚(yáng)程為20 m，功率為5.5 kW。厭氧循環(huán)泵共3臺(tái)，2用1備，單臺(tái)流量為25 m3/h，揚(yáng)程為18 m，功率為22 kW。

沼氣收集點(diǎn)燃系統(tǒng)主要設(shè)有壓力和濃度監(jiān)測(cè)探頭，深度探頭監(jiān)測(cè)CH4為0～100%，壓力探頭監(jiān)測(cè)為 0～3 kPa。水封尺寸為 1 m×1 m×0.8m，沼氣燃燒處理量為8 400 m3/d。工藝流程如圖3所示：

1.4 運(yùn)行參數(shù)

1.4.1 調(diào)試階段

厭氧罐從2008年8月下旬開始調(diào)試，調(diào)試流程為：先用清水將罐基本打滿，再注入污泥進(jìn)行接種，隨后加溫使厭氧罐溫度升至中溫厭氧所需的38℃左右，并隨加溫過(guò)程開始適量進(jìn)水，逐步使厭氧罐正常運(yùn)行。

具體調(diào)試過(guò)程如下：厭氧罐8月22日開始注入納濾出水，注完水后罐內(nèi)COD平均值為30 mg/L，NH3－N平均值為18 mg/L。8月25日開始注入硝化池污泥（污泥平均濃度為10 000 mg/L），2罐進(jìn)泥量均為200 m3左右。8月25日起開始對(duì)厭氧罐進(jìn)原水，時(shí)間由1 h逐漸增加，至10日進(jìn)水時(shí)間為5 h，進(jìn)水量為150 t左右。8月25日開始對(duì)厭氧罐進(jìn)行循環(huán)加溫，至9月7日2罐溫度已達(dá)到38℃，基本符合要求。9月10日對(duì)厭氧罐進(jìn)行氣體監(jiān)測(cè)，2罐甲烷分別為1.6%或1.8%。

甲烷的產(chǎn)生表明厭氧罐調(diào)試運(yùn)行基本成功，厭氧罐隨著進(jìn)水量的不斷增加，進(jìn)水CODCr為13 600 mg/L，進(jìn)水NH3－N為2 100 mg/L，厭氧罐出水 CODCr為 6 900 mg/L，NH3－N 為 2 044 mg/L。厭氧罐開始投入使用，最終產(chǎn)甲烷濃度穩(wěn)定在69%，所產(chǎn)生的氣體集中收集進(jìn)入燃燒塔點(diǎn)燃。

1.4.2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及參數(shù)控制

調(diào)試運(yùn)行階段每天監(jiān)測(cè)厭氧罐進(jìn)出水CODCr、NH3－N、pH、溫度。定期對(duì)厭氧罐CH4濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

溫度：控制厭氧罐的溫度在38℃左右，使厭氧罐在中溫環(huán)境下運(yùn)行。大多數(shù)產(chǎn)甲烷菌的適宜溫度在中溫35～40℃，中溫條件下，產(chǎn)甲烷菌種類多，易培養(yǎng)馴化、活性高。控制厭氧罐溫度上下波動(dòng)不得超過(guò)±2℃。

流量：循環(huán)泵的流量控制在200 m3/h左右，2個(gè)循環(huán)泵的流量要保持一致，定期對(duì)流量計(jì)進(jìn)行校正，以保證厭氧罐的換熱效率。

堿度：合理的厭氧罐的堿度（以CaCO3計(jì)）范圍為 2 000～4 000 mg/L。

pH：厭氧罐pH應(yīng)維持在6.5～7.8，最佳范圍在6.8～7.5。厭氧罐具有一定的緩沖能力，正常進(jìn)水時(shí)，進(jìn)水pH可略低于上述值。

2 UASBF設(shè)計(jì)特點(diǎn)及處理效果分析

2.1 UASBF設(shè)計(jì)特點(diǎn)

工程采用了目前較為先進(jìn)的UASBF(上向流厭氧生物濾床)，主要用來(lái)去除高濃度COD。UASBF是UASB的一種改進(jìn)形式，其具有UASB的主要特點(diǎn)，是一種高效厭氧反應(yīng)器，兩者的主要區(qū)別在于UASBF上部有生物填料，填料層骨架材料為聚乙烯塑料，骨架上覆蓋1層多孔軟性泡沫體，其材料為聚氨酯泡沫，從而有聚集的污泥填充效果，處理效果比UASB更好。其采用懸浮與附著生長(zhǎng)微生物模式，在反應(yīng)器內(nèi)形成大的、密實(shí)的易沉降的顆粒污泥。一般通過(guò)排放剩余污泥來(lái)控制絮狀污泥和顆粒污泥的比例。此技術(shù)具有厭氧過(guò)濾及厭氧活性污泥的雙重特點(diǎn)，啟動(dòng)期短，耐沖擊性強(qiáng)，是一種較為理想的厭氧生物反應(yīng)器。

2.2 處理效果分析

2.2.1 UASBF對(duì)CODCr的去除效果

自2008年10月調(diào)試結(jié)束正式運(yùn)行到2011年6月，厭氧罐對(duì)CODCr去除效果如圖4所示。

正式運(yùn)行以后，對(duì)厭氧罐進(jìn)出水的CODCr數(shù)值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)進(jìn)水CODCr水質(zhì)波動(dòng)很大和數(shù)值相對(duì)較低的情況下，UASBF對(duì)CODCr去除率最低為47%。當(dāng)進(jìn)水CODCr水質(zhì)在波動(dòng)范圍很小和進(jìn)水量不變的情況下，UASBF對(duì)CODCr去除率最高為67%。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)比較穩(wěn)定的情況下，厭氧出水CODCr在4 000 mg/L左右系統(tǒng)運(yùn)行效果最佳。

2.2.2 UASBF對(duì)NH3－N的去除效果

自2008年10月調(diào)試結(jié)束正式運(yùn)行到2011年6月，厭氧罐對(duì)NH3－N去除效果如圖5所示。

厭氧罐穩(wěn)定運(yùn)行后，通過(guò)對(duì)出水NH3－N監(jiān)測(cè)，UASBF對(duì)NH3－N基本沒有去除效果，反而會(huì)出現(xiàn)出水NH3－N升高的現(xiàn)象，分析其原因主要是因?yàn)閰捬踹M(jìn)水中含氮有機(jī)物在生物處理過(guò)程中被厭氧異養(yǎng)型微生物氧化分解為氨氮，致使厭氧出水NH3－N升高。

3 結(jié)論與建議

1）在UASBF進(jìn)水CODCr進(jìn)水穩(wěn)定在10 000 mg/L左右，對(duì)CODCr的去除率最高可達(dá)67%。

2）UASBF無(wú)脫氮裝置，對(duì)NH3－N基本沒有去除效果。

3）UASBF運(yùn)行需要溫度較高，為了滿足其在中溫厭氧的環(huán)境下運(yùn)行，所耗費(fèi)的成本也相應(yīng)增高，建議在以后的運(yùn)行中，可以嘗試通過(guò)控制厭氧溫度在26～28℃內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，以降低運(yùn)行成本。

4）通過(guò)對(duì)UASBF產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行點(diǎn)燃，可產(chǎn)生大量的熱量，建議可以把余熱進(jìn)行回收循環(huán)利用于厭氧罐運(yùn)行的溫度控制。

［1］王進(jìn)安，劉學(xué)建，夏立江，等.射水造墻技術(shù)在平原型垃圾填埋場(chǎng)防滲補(bǔ)救中的應(yīng)用［J］.環(huán)境科學(xué)研究，2003，16（4）：47－49.

［2］王進(jìn)安，劉學(xué)建，杜巍，等.北京阿蘇衛(wèi)垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)滲瀝液處理［J］.環(huán)境衛(wèi)生工程，2006，14 （3）：15－17.