立體式厭氧/好氧反應池處理垃圾滲濾液的工程應用

關國強， 黃振興， 繆恒鋒， 任洪艷， 趙明星， 阮文權

（江南大學 環境與土木工程學院，江蘇 無錫 214122）

垃圾焚燒發電是城市生活垃圾減量化、無害化和資源化的重要方法之一，然而垃圾本身內含的水以及垃圾在堆放、運輸、堆酵過程中產生的水分往往具有成分復雜、產生量和污染物濃度隨季節變化波動較大等特點[1-2]，因此垃圾滲濾液是較難處理的高濃度工業廢水。垃圾焚燒廠滲濾液中COD、SS和NH3-N的濃度均偏高，可生化性相對較差，因此在設計處理工藝時必須考慮上述污染物的去除。一般來說，COD可通過厭氧生物法去除[3-5]，而NH3-N的去除方法主要有空氣吹脫法[6-7]、化學沉淀法[8-9]、短程硝化-厭氧氨氧化法[10-12]、電催化氧化法[13-14]等，生物除磷主要依靠傳統的聚磷菌厭氧釋磷、好氧過量吸磷，以及新工藝反硝化除磷[15]。江蘇省某市垃圾焚燒發電廠日焚燒城市生活垃圾800 t，垃圾滲濾液最大產生量為150 t/d，配套建設200 t/d垃圾滲濾液處理系統。該系統由調節池、厭氧反應池、立體式厭氧好氧反應池及后續深度處理池組成。經過厭氧反應池去除部分有機污染物和SS后的廢水進入立體式厭氧好氧反應池進行脫氮除磷，以及有機污染物的進一步去除。本文介紹了立體式厭氧/好氧反應池處理垃圾焚燒廠滲濾液厭氧出水的工程應用情況，并從工藝設計、啟動調試、運行等方面進行分析，以期為垃圾焚燒發電廠滲濾液工程處理提供經驗參考。

1 工程設計參數及主要構筑物

1.1 設計進出水水質

工程建設兩組獨立的立體式厭氧好氧反應池，每組設計處理量為100 m3/d，反應池設計進水、出水水質見表1。

表1 立體式厭氧/好氧反應池設計進水、出水水質Table 1 Designed influent and effluent quality （mg/L）

1.2 設計工藝流程

立體式厭氧/好氧反應池工藝流程如圖1所示。

圖1 立體式厭氧/好氧反應池工藝流程Fig.1 Flow chart of Stereo anaerobic/aerobic reactor

池內分上下兩層，上層為厭氧區，下層為好氧區，前段厭氧出水由進水管道從反應池頂部自流進入上層厭氧區，在潛水推流器的作用下在池內沿著固定方向流動，流速約為0.1～0.2 m/s，流經厭氧區后進入下層好氧區。好氧區充分曝氣，控制好氧區DO＞1.5 mg/L，好氧區內潛水推流器推動污水沿著與厭氧區相反的方向流動，流過好氧區后重新進入厭氧區，并與前段厭氧出水混合后繼續在反應池內進行生物降解。在反應池內兩臺潛水推流器的作用下，廢水在池內形成流動式循環，依次經過厭氧區、好氧區，處理完的污水通過溢流溝流入沉淀池。在沉淀池內泥水分離后，上清液溢流入后續處理系統，污泥由泵部分回流至反應池內，剩余污泥由泵排入污泥濃縮池。該反應池采用立體式結構，節約占地面積，并且池內污水呈特殊的循環流動方式，污染物可以得到充分的降解。同時反應池能耗低，出水指標穩定，運行操作簡單。

1.3 主要構筑物和設備參數

1.3.1 反應池 反應池為鋼筋混凝土結構，共兩組，單組設計尺寸16 m×5 m×7 m，有效水深6.25 m，單組總有效容積500 m3，HRT（水力停留時間）為5 d。池內分上下兩層，上層為厭氧區，下層為好氧區，每層裝有一臺潛水推流器（2臺，n=63 r/min），同時池底均勻分布曝氣頭，采用羅茨風機曝氣（2臺，一用一備，Q=10.46 m3/min，P=68.6 kPa）， 并配備開式冷卻塔（1 座，Q=75 m3/h）。

1.3.2 沉淀池 沉淀池為鋼筋混凝土結構，設計直徑 Φ 5 m，池邊深 3.5 m，表面負荷為 0.21 m3/（m2·h），沉淀時間為6～8 h。沉淀池底部裝有中心傳動刮泥機（1臺，v=0.026 m/s），污泥回流泵為臥式無堵塞自吸離心泵（2 臺，一用一備，Q=10 m3/h，H=12 m）。

1.4 分析測定方法

每日分別對反應池進水和出水相關指標進行測定，具體測定方法[16]見表2。

表2 測定指標和方法Table 2 Items and methods of analysis

2 調試運行結果分析

2.1 污泥馴化

反應池啟動調試前需對污泥進行馴化，使其適應該垃圾滲濾液的水質條件。反應池接種污泥取自某城市污水處理廠的剩余污泥，投加種泥后，采用間歇式悶曝氣的方式進行污泥馴化。待污泥變為黃褐色后，開始少量進廢水（1 m3/d）用以提供污泥生長所需的營養，同時大量回流沉淀池污泥，并且逐漸提高添加的廢水量，同時控制好氧區DO在3～4 mg/L。經過30 d的馴化培養，污泥狀況已符合進水調試要求，污泥馴化結束。隨后開始進入調試階段，調試用的是前段厭氧系統的出水。

2.2 啟動調試期COD的去除

在反應池啟動調試階段，先采用間歇進水的方式運行，初始處理量為10 m3/d，每隔6 h進水一次，每天進水4次，每7 d提升一次處理量，每次增加10 m3/d，至處理量達到70 m3/d后采用連續進水的方式運行。圖2顯示了調試啟動期間反應池出水COD濃度、COD去除率與反應池進水有機負荷之間的關系。調試開始階段，反應池出水COD濃度較低且穩定，隨著進水有機負荷的逐漸提升，出水COD濃度也逐漸升高，在前50 d內，反應池的COD去除率穩定在80%以上，從第50天開始，出水COD濃度和COD去除率有明顯的下降。第64天達到滿負荷運行 （處理量100 m3/d，進水有機負荷COD 1.6 kg/（m3·d）），此后 7 d 內，反應池出水 COD 穩定在1 800 mg/L左右，反應池對COD的去除率穩定在76%～80%。由于前段厭氧系統的出水COD濃度存在波動，反應池進水有機負荷也存在小幅波動，但并未對出水COD濃度有影響。這說明反應池抗負荷沖擊能力強，去除COD的效果良好。

圖2 啟動調試期間反應池COD的去除Fig.2 Removal of COD in commissioning

2.3 啟動調試期NH3-N的去除

圖3顯示了啟動調試期間反應池出水NH3-N質量濃度、NH3-N去除率與進水NH3-N負荷之間的關系。

圖3 啟動調試期間反應池NH3-N的去除Fig.3 Removal of NH3-N in commissioning

調試開始階段，反應池處理量較小，NH3-N去除率維持在較高的水平。之后隨著處理量的不斷提升，進水NH3-N負荷逐漸升高，反應池出水NH3-N質量濃度也小幅上升。第21天，反應池進水NH3-N負荷達到 0.1 kg/（m3·d），反應池出水 NH3-N 質量濃度達到145 mg/L，但NH3-N去除率依然高于90%。第64天反應池進水NH3-N達到滿負荷 （0.35 kg/（m3·d）），此后 7 d 內，反應池出水 NH3-N 質量濃度穩定在180 mg/L以下，反應池對NH3-N的去除率穩定在89%以上，處理效果符合設計要求。有研究表明，若進水NH3-N負荷過高，會影響硝化速率[17]，從而影響反應池對NH3-N的去除效果。在啟動調試期當反應池進水 NH3-N 負荷達到 0.35 kg/（m3·d）時（設計進水 NH3-N 負荷為0.3 kg/（m3·d）），反應池對NH3-N的去除率依然可穩定在88%以上，反應池對NH3-N的去除效果并未受到顯著影響，說明利用該反應池處理垃圾滲濾液等高濃度氨氮廢水可達到良好的氨氮去除效果。

2.4 啟動調試期TN、TP的去除

啟動調試期反應池處理量、反應池出水TN、TP質量濃度與TN、TP去除率的關系如圖4所示。啟動調試前期，反應池出水TN、TP質量濃度相對較低，之后逐漸升高。第64天反應池處理量達到滿負荷100 m3/d，此階段出水TN質量濃度在470 mg/L左右，而TP質量濃度在7 mg/L上下波動，反應池對TN和TP的去除率分別為76%和81%。傳統的硝化、反硝化系統為分離式，需要將硝化液回流至反硝化池進行脫氮除磷，但硝化液的回流需要很大的能耗[18]。而該立體式厭氧/好氧反應池兼顧好氧池與厭氧池，同時在潛水推流器的推動下使污水形成流動式循環，污水在池內依次經過厭氧區和好氧區。反應池內污水的特殊流動方式，使得污水可連續交替經過厭氧區、好氧區，從而提高了反應池對NH3-N、TN和TP的去除效率。因而反應池具有很好的脫氮除磷的效果，并且能耗相對較少。

圖4 啟動調試期間反應池TN、TP的去除Fig.4 Removal of TN and TP in commissioning

經過70 d的啟動調試，反應池處理量、出水中COD，NH3-N、TN和TP的質量濃度均達到設計要求，表明反應池啟動成功，調試完成。

2.5 反應池滿負荷運行效能

啟動調試階段結束后，垃圾焚燒發電廠滲濾液年高峰期已近，在隨后120 d的運行中，反應池出水的各項指標如表3所示。

表3 立體式厭氧/好氧反應池運行效果Table 3 Effect of stereo anaerobic/aerobic reactor

此階段反應池對 COD、NH3-N、TN、TP、SS 的平均去除率均達到設計要求，并且出水水質指標較穩定。盡管立體式厭氧/好氧反應池進水污染物濃度存在波動，對反應器存在沖擊，但并沒有影響反應器的運行效能。研究結果說明，該立體式厭氧/好氧反應池可穩定處理垃圾焚燒廠滲濾液厭氧出水，且取得了良好的運行處理效果。

3 結語

1）采用立體式厭氧/好氧反應器對垃圾焚燒發電廠滲濾液厭氧出水進行處理，經過70 d的啟動和運行調試，出水COD，NH3-N、TN和TP質量濃度均達到設計要求，說明該反應器在顯著減少占地面積的同時可以有效去除污染物。

2）通過啟動、調試以及后續滿負荷運行，結果顯示，當進水COD和NH3-N負荷高于設計負荷時（設計進水 COD 負荷為 1.5 kg/（m3·d）， 設計進水NH3-N 負荷為 0.3 kg/（m3·d））， 反應池仍然可以穩定運行，而且出水指標符合設計要求。由此說明該處理工藝具有較好的抗沖擊負荷能力和穩定性。

3）本項目中采用兩組獨立的立體式厭氧/好氧反應池，可以隨著季節交替獨立或同時運行；在滲濾液量較少的冬天可單組運行，從而減少運行維護費用。

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