基于前置微好氧的垃圾焚燒廠滲瀝液新型生化處理工藝

顧士貞

(上海環境集團再生能源運營管理有限公司，上海 200336)

隨著社會經濟的發展和人民生活水平的提高，我國生活垃圾產生量逐年增加[1]。國家統計局公布數據顯示，2020年我國城市生活垃圾清運量達2.35億t，無害化處理率達99.7%，并且其清運量仍呈逐年增加的趨勢[2]。作為一種行之有效的減量及能源回收技術，焚燒在垃圾處置中的占比約為50%[2]。而垃圾焚燒廠每年產生大量的新鮮滲瀝液，約占生活垃圾總量的15%～25%[3]。垃圾焚燒廠滲瀝液具有高有機質含量、高氨氮、高含鹽等特征，是極難處理的高濃度有毒廢水的典型代表，如未得到有效處理，易對生態環境及人類健康造成危害。

垃圾焚燒廠滲瀝液具有較好的生化性，生化處理技術因其處理效果穩定、成本低等特點成為主體處理工藝[4]。2014年，生態環境部發布并實施新修訂的《生活垃圾焚燒污染控制標準》(GB 18485—2014)，相比舊標準，新標準對COD、BOD、氨氮和TN等指標提出了更加嚴格的要求。針對該標準，厭氧消化(AD)+膜生物反應器(MBR)+膜驅動工藝被廣泛應用于滲瀝液處理中[5]。該工藝可以有效去除垃圾滲瀝液中的大部分有機污染物，但前置AD導致系統反硝化碳源不足，引起系統TN去除效果不佳。目前多采用外源投加碳源來增強反硝化性能，達到去除TN的目的，但也同時增加了處理成本。

本研究針對垃圾焚燒廠滲瀝液傳統生化處理工藝TN去除效果不佳的問題，提出前置微好氧的改進生化工藝，對比分析了相同運行條件下傳統生化工藝和改進生化工藝對垃圾滲瀝液的處理效果，并優化了前置微好氧生化處理工藝的運行工藝參數條件。研究結果可為焚燒廠垃圾滲瀝液處理的達標排放提供技術支撐。

1 試驗材料和方法

1.1 試驗用水及接種污泥

本試驗所使用的垃圾滲瀝液取自上海某大型生活垃圾焚燒廠，其主要水質特征如表1所示。所用接種污泥取自該生活垃圾焚燒廠的二沉池，其混合液懸浮固體質量濃度(MLSS)約為5.2 g/L，可揮發懸浮物(VSS)/懸浮物(SS)約為0.7。在試驗過程中，經過一段時間的培養和馴化，逐漸成為適合降解垃圾滲瀝液的活性污泥。

表1 垃圾滲瀝液的主要水質特征Tab.1 Main Characteristics of Leachate

圖1 傳統生化處理工藝示意圖Fig.1 Schematic Diagram of Traditional Biochemical Treatment Process

1.2 試驗裝置及運行

圖1為垃圾滲瀝液傳統生化處理工藝(不包含厭氧單元)示意圖。缺氧池和好氧池均為有機玻璃長方體，缺氧池1、好氧池1、缺氧池2和好氧池2的有效容積分別為10、5、10 L和20 L。好氧池1和好氧池2底部設有曝氣裝置，使用氣體流量計控制曝氣量，保持其溶解氧質量濃度分別為2～3 mg/L和3～4 mg/L。缺氧池1和缺氧池2中配有攪拌器，通過繼電器控制其攪拌頻率為1次/h，每次攪拌時長為1 min。好氧池1和好氧池2中的混合液通過蠕動泵分別回流到缺氧池1和缺氧池2。整個反應器在室溫下運行。

圖2 改進生化處理工藝示意圖Fig.2 Schematic Diagram of Improved Biochemical Treatment Process

圖2為垃圾滲瀝液改進生化處理工藝示意圖。微氧池、沉淀池、缺氧池、好氧池1和好氧池2都為有機玻璃長方體，其有效容積分別為10、5、3、10 L和20 L。微氧池、好氧池1和好氧池2底部均設有曝氣設備，曝氣量采用氣體流量計控制，保持微氧池、好氧池1和好氧池2的溶解氧質量濃度為0.2～0.5、2.0～3.0 mg/L和3.0～4.0 mg/L。缺氧池中配有攪拌器，通過繼電器控制其每攪拌頻率為1次/h，每次攪拌時長為1 min。好氧池1、好氧池2中的混合液以及沉淀池底部的活性污泥通過蠕動泵部分回流到微氧池中。整個反應器在室溫下運行。

每2 d分別從兩個滲瀝液處理系統取樣，每次取3個平行樣，以3個測試結果的平均值作為最終值。所有采集的樣品均用0.45 μm膜過濾，使用前在黑暗中4 ℃條件下保存。

1.3 分析方法

2 結果和討論

2.1 改進生化處理工藝的優化

2.1.1 混合液回流比對處理效果的影響

設定混合液回流比為300%、500%和700%，考察改進生化處理工藝對滲瀝液中主要污染物的去除效果，具體如圖3所示。

圖3 混合液回流比對滲瀝液處理效果的影響Fig.3 Effect of Mixed Liquor Reflux Ratio on Leachate Treatment

改進生化工藝對滲瀝液中CODCr的去除效果如圖3(a)所示，可以看出，當控制混合液回流比為300%時，出水CODCr平均質量濃度為1 542.20 mg/L，平均去除率為96.87%。在第98 d時調整混合液回流比為500%，系統穩定運行時出水CODCr質量濃度在1 368.60 mg/L左右，平均去除率提高至97.37%。在第116 d，調整混合液回流比至700%，好氧池內泡沫增多，一級好氧池中活性污泥逐漸變黑，沉降性能變差，出水CODCr平均質量濃度升高至2 029.40 mg/L，平均去除率降至96.04%。

結合CODCr和TN的去除效果，選擇500%作為系統的最佳混合液回流比。

2.1.2 混合液回流分配比對處理效果的影響

將混合液回流分配比定為1∶1、3∶2和4∶1，考察其對滲瀝液中主要污染物的去除效果，具體如圖4所示。

圖4 混合液回流分配比對滲瀝液處理效果的影響Fig.4 Influence of Mixture Reflux Distribution Ratio on Leachate Treatment

滲瀝液中CODCr的去除效果如圖4(a)所示，通過調節一級好氧池和二級好氧池連接回流蠕動泵的流量，使回流分配比為1∶1，此時出水CODCr平均質量濃度為2 033.20 mg/L，平均去除率達96.07%。當調整混合液回流分配比為3∶2時，出水CODCr質量濃度在1 368.20 mg/L左右，平均去除率升至97.38%。當調整混合液回流分配比至4∶1時，出水CODCr平均質量濃度為1 432.60 mg/L，平均去除率降為97.15%。

綜合考慮，選擇3∶2作為最佳的混合液回流分配比。

2.1.3 水力停留時間(HRT)對處理效果的影響

當 HRT分別為8、10 d和12 d時，研究改進生化處理工藝對滲瀝液去除效果的影響，結果如圖5所示。

圖5 HRT對滲瀝液處理效果的影響Fig.5 Effect of HRT on Leachate Treatment

由圖5(a)可知，調節蠕動泵流量控制HRT為8 d時，出水CODCr平均質量濃度為2 572.60 mg/L，平均去除率為94.99%。當調整HRT為10 d時，系統穩定運行時出水CODCr質量濃度約為1 368.80 mg/L，平均去除率為97.36%，遠大于HRT為8 d時的去除率(p=8.24×10-11<0.01)。當調整HRT為12 d時，出水CODCr平均質量濃度為1 278.20 mg/L，平均去除率為97.49%，大于HRT為10 d的去除率(p=0.002 9<0.01)。結果表明，過短的HRT會影響生化系統對滲瀝液中有機物的去除效果，導致部分有機物不能得到有效降解。

綜合考慮，選擇10 d作為改進生化工藝對滲瀝液的最佳HRT。

2.1.4 污泥齡(SRT)對處理效果的影響

將系統SRT分別設定為10、15 d和20 d，考察改進生化處理工藝對滲瀝液的處理效果。

不同污泥齡條件下，改進生化處理系統對CODCr的去除效果如圖6(a)所示。控制體系的SRT為10 d時，系統出水CODCr的平均質量濃度為2 616.80 mg/L，平均去除率達94.94%。調整SRT為15 d時，系統穩定運行時出水CODCr質量濃度在1 514.40 mg/L左右，平均去除率提升至97.04%。調整SRT至20 d，出水CODCr的平均質量濃度為1 478.60 mg/L，平均去除率為97.10%。

圖6 SRT對滲瀝液處理效果的影響Fig.6 Effect of SRT on Leachate Treatment

綜合考慮，選擇15 d作為該工藝的最佳SRT參數。

2.2 改進生化處理工藝對滲瀝液的處理效果

針對上述研究結果，采用本試驗的最佳工藝參數條件：混合液回流比為500%，HRT為10 d，混合液回流分配比為3∶2，SRT為15 d。在相同運行條件下，比較傳統生化處理工藝與改進生化處理工藝對垃圾滲瀝液的去除效果，結果如表2所示。

表2 傳統生化工藝與改進生化工藝滲瀝液處理效果對比Tab.2 Comparison of Treatment Effect between Traditional and Improved Biochemical Process

由表2可知，在相同運行條件下，與傳統生化工藝出水相比，改進生化工藝的出水CODCr質量濃度降低了44.16%，出水氨氮和TN的質量濃度分別降低了16.74%和44.63%。可以證實，改進后的生化處理工藝具有更好的有機物降解性能及脫氮效果。

3 結論

(1)改進生化處理工藝參數優化表明：500%為最佳混合液回流比，過低的回流比(300%)會因缺乏反硝化電子受體而導致反硝化效果不佳，過高的回流比(700%)會破壞反硝化的氧化還原環境使反硝化優勢菌得不到有利生長；混合液回流分配比為3∶2或4∶1時，主要污染物的去除效果優于回流分配比為1∶1的情況；過短的HRT(8 d)會使主要污染物去除效果明顯變差，HRT為10 d或12 d時，主要污染物去除效果差別不大；過短的SRT(10 d)會使反應體系中微生物數量大量減少，使得改進生化工藝對主要污染物的去除效果變差，SRT為15 d或20 d時，改進生化工藝對主要污染物的去除效果相近，但過長的SRT(20 d)會使活性污泥的沉降性能變差。優化后的工藝參數如下：回流比為500%，回流分配比為3∶2，HRT為10 d，SRT為15 d。

(2)最佳工藝參數條件下，改進生化工藝較傳統生化工藝具有更好的有機物和氮素去除性能，出水CODCr濃度降低了44.16%，出水氨氮濃度降低了16.74%，出水TN濃度降低了44.63%。

(3)改進生化處理工藝可以有效降低生化出水的TN濃度，降低后續膜濾后濃縮液的產生量，有效減少垃圾滲濾液的處理成本，具有較好的實際應用價值。