垃圾發電廠滲濾液生化處理系統pH 值下降原因分析與對策研究

詹玉龍，黃龍華，晉小林，孫曉玲，汪杰斌

（蕪湖中電環保發電有限公司，安徽 蕪湖 241202）

1 滲濾液系統概述

滲濾液處理系統包括預處理系統、IC 厭氧系統、MBR 生化系統（硝化反硝化系統、MBR 超濾系統）、膜深度處理系統（納濾系統、反滲透系統、物料分離系統）、脫泥系統及蒸發系統。主要處理單元功能如下。

預處理系統：通過預處理系統可以去除滲濾液中較大的顆粒、纖維等懸浮物，減輕后續處理系統的壓力，防止管道、設備發生堵塞現象，減小對泵、儀表燈設備的損壞。同時預處理系統還可以對滲濾液起到均質均量的作用，防止因滲濾液水質突變引起生化系統不穩定；調節pH 值，以減小后續調節pH 值時的化學品用量；可以保證突發事件發生時，生物處理系統在一定時間內的進水，起到事故池的作用[1-2]。

IC 厭氧系統：在厭氧罐內，利用厭氧微生物群，使溶解性的有機物質經過酸化、產酸、產甲烷等過程，使顆粒性有機污染物質轉變成為溶解性的有機污染物質、使大分子物質轉變為小分子物質，去除滲瀝液中大部分有機物，CODcr和BOD5脫除率近90%[1-2]。

MBR 生化系統：MBR 系統包括反硝化、硝化、MBR超濾膜系統，處理的核心是硝化/反硝化機理，該過程把去除CODcr和去除NH3-N 有機地結合起來，主要目的即去除有機物和脫氮。CODcr去除率90%，NH3-N 去除率99%以上。SS 主要是通過反硝化、硝化去除，剩余部分SS 由納濾膜去除[1-2]。

膜深度處理系統：納濾NF、反滲透RO 對CODcr的去除率分別為80%、60%，保證出水CODcr在60 mg/L以下[1-2]。

1.1 處理規模及設計水質

1.1.1 處理規模

滲濾液系統工程設計處理量為300 m3/d，設計為兩套處理系統。

1.1.2 設計水質滲濾液系統設計進水水質見表1。

表1 設計進水水質表

滲濾液系統出水需滿足GB/T 19923—2005《城市污水再生利用工業用水水質》中敞開式循環冷卻水系統補充水標準，見表2。

表2 滲濾液出水水質標準

1.2 工藝流程

滲濾液處理系統的工藝流程為：滲濾液收集池→調節池→加熱池→IC 反應罐→反硝化→硝化→外置式超濾→納濾→反滲透→達標回用。工藝流程系統圖如圖1 所示。

圖1 滲濾液系統工藝流程圖

2 生化系統硝化池pH 值變化過程

從2021年7月中下旬開始，在出水穩定的情況下，滲濾液進水COD、硝化池pH 和堿度開始緩慢下降，8月11日硝化池pH 值跌破6.5，8月21日跌破6.0，8月23日最低值為5.4，并且仍有下降趨勢，如圖2 所示。

圖2 硝化池pH 變化趨勢圖

3 生化系統硝化池pH 值下降原因分析

3.1 C/N 比失調

調節池進水COD 持續降低，厭氧進水COD 從2021年7月19日的21 070 mg/L 下降至8月18日的9 030 mg/L，如圖3 所示。厭氧罐出口COD 在2 000~3 000 mg/L，反硝化池進水COD 一直不高，導致C/N 比失調。反硝化反應一般要求C/N 大于5[2]，低C/N 即COD 不足時，會對反硝化反應產生抑制作用，無法為硝化反應過程提供足夠的堿度。從7月30日起，雖然#1 厭氧罐超越管線保持1.5 m3/h 進液量，但由于厭氧循環泵出口壓力高于厭氧提升泵壓力，厭氧罐進液閥門后逆止閥損壞，導致厭氧罐內部滲濾液會通過超越管道流至反硝化，從而無法向生化系統反硝化池補充碳源。

圖3 調節池進水COD 變化趨勢圖

3.2 堿度降低

厭氧反應中的堿度主要有滲濾液本身的堿度和可以產生碳酸氫鹽堿度的微生物反應產生的堿度；反硝化反應中，反硝化細菌為間性異養菌，利用有機碳源對亞硝酸根離子進行還原反應，還原1 g 硝酸根離子消耗3.7 g COD，反硝化過程會產生一定量的堿度使pH 值上升（每去除1 g 總氮將產生3.57 g 堿度，以CaCO3計）[2]；硝化反應中，氨氮轉變為亞硝酸鹽氮的過程中會釋放出氫離子，硝化反應過程消耗廢水中的堿度使pH 值下降（每氧化1 g 將消耗7.14 g 堿度，以CaCO3計）[2]。在溶解氧充足的情況下，硝化反應劇烈，消耗的堿度大于系統的堿度（包括厭氧出水的堿度、反硝化作用產生的堿度和超越厭氧時調節池原水的堿度之和），基于調節池進水COD 持續降低、厭氧出水堿度持續降低、反硝化產生的堿度持續降低，最終導致堿度平衡破壞[3-4]，如圖4 所示，8月25日硝化池堿度最低跌至600 mg/L。

圖4 硝化池堿度變化趨勢圖

3.3 濃水系統故障

納濾機組產生的濃水中含有大量鹽分、重金屬等有害物質，對反硝化菌和硝化菌有毒害作用。由于本月一期濃水系統故障較多，經常檢修，且廢水池至反硝化池無閥隔離，所以部分濃水會通過廢水泵排至反硝化池，從而影響了生化系統細菌活性。

3.4 膜機組藥洗廢水

2021年8月9日-8月15日到8月19日-8月25日期間，超濾機組一直在不間斷地進行膜機組藥洗操作，藥洗的酸堿廢水會流入廢水池，再通過廢水泵抽至反硝化池。雖然會進行酸堿中和，但無法保證流入反硝化池廢水的pH 值，所以藥洗的廢水可能對生化系統細菌活性有一定的影響。

3.5 溶解氧

溶解氧是反映硝化過程的關鍵參數，在好氧條件下硝化反應才能進行，溶解氧濃度不但影響硝化反應速度，而且影響其代謝產物。硝化反應開始階段的耗氧速率大于供氧速率，溶解氧降低；隨著氨氮濃度降低，硝化菌消耗氧速率下降，溶解氧升高；溶解氧能反應硝化池曝氣量的不足、合適及過量。反硝化池溶解氧不超過0.5 mg/L，過高的溶解氧會抑制反硝化菌的生成，結果將導致硝化反應過程的堿度不足，進而使pH 值下降。

3.6 結論

綜上分析得出結論，生化系統硝化池pH 值下降主要原因為：由于調節池進水COD 持續降低，厭氧進水COD 低使得反硝化池碳源不足導致反硝化反應受到抑制[3-4]，產生的堿度過低；調節池進水COD 持續降低，導致厭氧出水堿度持續降低；在溶解氧充足的情況下，硝化池硝化反應劇烈，消耗的堿度大于系統產生的堿度（包括厭氧出水的堿度、反硝化作用產生的堿度和超越厭氧時調節池原水的堿度之和），導致生化系統堿度平衡被破壞，最終導致硝化池pH 值急速下降。

4 采取對策

（1）為了提高生化系統堿度，從8月26日開始每天向硝化池投加50 kg 的經過自來水稀釋后的碳酸鈉溶液，連續加藥4 天（共計275 kg），堿度有上漲趨勢，但幅度不大，如圖5 所示。

圖5 調整后硝化池堿度變化趨勢圖

（2）加碳酸鈉溶液的同時暫停厭氧進水，聯系檢修修復厭氧罐進液閥門后逆止閥，從調節池出口#1 超越管線直接向硝化池進液補充調節池原液（碳源），充分利用反硝化反應產生大量堿度補充硝化反應消耗的堿度，經過10 天連續調整，生化系統堿度、硝化池pH 值逐漸升高，生化系統堿度由8月25日的600 mg/L 升高至9月6日的2 500 mg/L，硝化池pH 值由8月25日的5.54 升高至9月6日的7.51，如圖5、圖6 所示，生化系統逐步恢復正常運行。

圖6 調整后硝化池pH 變化趨勢圖

5 討論

大量研究表明，氨氧化菌和亞硝酸鹽氧化菌適宜的pH 值分別為7.0~8.5 和6.0~7.5，當pH 值小于6.0或高于9.6 時，硝化反應停止[3-4]。硝化細菌經過一段時間馴化后，可在低pH 值（5.5）的條件下進行，但pH 值突然降低，則會使硝化反應速率驟降，待pH 值升高恢復后，硝化反應也會隨之恢復。

反硝化細菌最適宜的pH 值為7.0~8.5，在這個pH值下反硝化速率較高，當pH 值低于6.0 或高于8.5時，反硝化反應速率明顯降低。最佳pH 值范圍為7~8。當pH 值降至7.0 以下時，需要補充一些碳源，加強反硝化反應，并將反硝化池的pH 值穩定在7.0 以上[3-4]。

當pH 值低于6.5 時，大量真菌的活性開始增加，與硝化細菌產生競爭，硝化速率降低；當pH 值低于4.5 時，真菌活性最強，對硝化細菌的代謝和繁殖活動影響很大，硝化反應可能停止[3-4]。因此，在A/O 池中，pH 值應盡可能大于7。此時，硝化池主要由硝化細菌組成，硝化反應最強。硝化細菌的活性與池中滲濾液的pH 值直接相關。硝化池pH 值過低或過高都會影響硝化細菌的活性。在嚴重的情況下，它可能會導致硝化細菌死亡，并最終導致生化系統崩潰。

研究認為提高A/O 生化池的堿度主要有兩種方法，一種為添加藥劑調節，添加藥劑主要有純堿,石灰，碳酸鈉，碳酸氫鈉[5-6]。另一種為不添加藥劑，通過補充調節池原液堿度和提高反硝化效率自然產堿度。考慮到節省費用因素，選擇不添加藥劑調節。對生化池補充碳源，進行厭氧超越進水，使A/O 池的進水COD 升高,同時降低硝化池溶解氧，避免回流至反硝化池的污水帶溶解氧抑制反硝化反應。

6 結束語

本文筆者就滲濾液處理生化系統pH 迅速下降問題，從堿度、進水COD、C/N 比等方面分析原因。并采取有效措施（通過調節池原液補充碳源和投加碳酸鈉）后，使生化系統堿度、pH 值緩慢升高，逐步恢復正常。平時運行時，需要關注調節池COD、pH、堿度等指標，當硝化池PH 值＜6.5 時，可以考慮補充碳源和投加純堿，提升堿度，調整pH 值。尤其要關注滲濾液原液COD 變化，為同類型滲濾液處理系統水質變化調整提供借鑒。