濕垃圾厭氧沼液碳氮比（C/N）問題的工程化解決方法

薛 浩（上海市固體廢物處置有限公司總經(jīng)理，上海 200120）

目前，濕垃圾處理設施較多采用路線成熟、成本適中、產(chǎn)品及副產(chǎn)物出路通暢的厭氧消化技術[1-2]。厭氧消化過程會產(chǎn)生大量沼液，對于沼液的處理，主要采用“生化＋深度處理”組合工藝[3]，但因濕垃圾厭氧消化過程有機物去除效率高，沼液普遍存在 C/N 低的現(xiàn)象，沼液的生化處理面臨難題[4]。本文以濕垃圾處理設施的厭氧沼液為對象，通過實地調研、監(jiān)測和工程化試驗，探索沼液 C/N 問題的工程化解決方法，并提出合理化建議，為工程上解決同類問題提供經(jīng)驗。

1 沼液水質及處理工藝

本文相關工作于上海市近年新建成的兩個大規(guī)模濕垃圾處理廠中開展，兩個廠的濕垃圾處理規(guī)模均為 500 t/d，主體工藝均采用“預處理＋厭氧消化”工藝，產(chǎn)生的沼液的水質特性如表 1 所示。

表1 濕垃圾厭氧沼液水質特性

由表 1 數(shù)據(jù)計算可知，兩廠的濕垃圾厭氧沼液 C/N 僅約為(1.5～2) ∶1，嚴重低于生化系統(tǒng)正常運行的所需值[5]。對于沼液的處理，兩廠均采用“MBR＋納濾＋反滲透”組合工藝，具體處理流程如圖 1 所示。

圖1 濕垃圾厭氧沼液處理流程

2 C/N 調整方法

2.1 混加焚燒廠滲濾液

廠 1 所在的垃圾處理園我內建有生活垃圾焚燒廠，焚燒廠滲濾液具有 COD濃度高、C/N 高的特點，可以有效提高濕垃圾厭氧沼液C/N，該園我內焚燒廠滲濾液基本水質如表2 所示。經(jīng)園我統(tǒng)一調配、管理，在廠 1 沼液處理時會適量混加焚燒廠滲濾液，混加比例為(3～5) ∶1（沼液量∶焚燒廠滲濾液量），混加后沼液C/N約為 5∶1。

表2 生活垃圾焚燒廠滲濾液水質特性

2.2 混加濕垃圾漿液

雖然濕垃圾厭氧沼液 C/N 低，但進入?yún)捬跸到y(tǒng)前的濕垃圾漿液 COD 濃度高、C/N 高，廠 1 濕垃圾漿液具體水質如表 3 所示。為探索沼液生化處理時混加濕垃圾漿液的可行性，廠 1 開展了為期 15 d 的工程性試驗。考慮到濕垃圾漿液中各項污染物濃度較高，直接進入生化系統(tǒng)可能會對活性污泥產(chǎn)生負荷沖擊，所以試驗過程中先將沼液和濕垃圾漿液在調節(jié)池混勻后再進入生化系統(tǒng)，具體操作方法如下：為提高調節(jié)池內原有沼液 C/N，向調節(jié)池中分批次打入濕垃圾漿液，每批次打入量為 50 m3，經(jīng)調節(jié)池攪拌器充分混合后測定池內沼液各項污染物指標，直到池內沼液 C/N 達到約5∶1 后停止前期配比工作，并在后期根據(jù)沼液實際產(chǎn)生量按 10∶1（沼液量∶濕垃圾漿液量）混加濕垃圾漿液，以維持調節(jié)池內沼液 C/N。

表3 濕垃圾漿液水質特性單位：mg/L

2.3 投加復合碳源

在廠 2 沼液處理過程中，為解決沼液 C/N 問題，向生化系統(tǒng)中投加了適量的復合碳源（COD 當量為 65 萬 mg/kg），投加量約為 0.02 t 碳源/t 沼液，投加完后沼液 C/N 提升至約5.5∶1。

3 結果與討論

3.1 不調整 C/N 運行狀況

在廠 1 沼液處理系統(tǒng)運行過程中，有 7 d 的時間未對沼液 C/N 做任何調整，沼液單獨直接進入生化系統(tǒng)，日進水量維持在 450 m3，這 7 d 系統(tǒng)的運行狀況如圖 2 所示（第 0天為沼液調整 C/N 時的運行數(shù)據(jù)）。

圖2 不調整沼液 C/N 時生化系統(tǒng)運行狀況

由圖 2 可知，在生化系統(tǒng)沼液進水量不變的情況下，在7 d 時間里，系統(tǒng)出水 COD 和 NH3-N濃度基本保持穩(wěn)定，但TN 濃度由調整沼液 C/N 時的 54 mg/L 快速升至 346 mg/L。經(jīng)進一步檢測發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)出水中高濃度 TN 的主要成分為硝酸鹽，同時也含有較高濃度的亞硝酸鹽。這說明不調整沼液C/N，短期內生化系統(tǒng)仍可正常開展硝化作用，出水 NH3-N仍可維持在正常濃度，但因沼液 C/N 低，系統(tǒng)因碳源缺失難以高效開展反硝化作用，無法將硝化過程產(chǎn)生的硝酸鹽有效去除，硝酸鹽和亞硝酸鹽在系統(tǒng)中持續(xù)積累，出水 TN 濃度快速提升。相關研究表明，亞硝酸鹽的積累會嚴重抑制生化系統(tǒng)的微生物活性，甚至產(chǎn)生活性污泥中毒等現(xiàn)象[6]，長期運行勢必會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和對污染物的處理效果。因此，濕垃圾厭氧沼液不做 C/N 調整，直接進入生化系統(tǒng)處理是不可行的，必須采取有效措施。

3.2 不同C/N調整方法的效果

濕垃圾厭氧沼液按照 2.1～2.3 中的方法調整 C/N 后，生化系統(tǒng)對應的運行狀況如圖 3～圖 5 所示（其中，圖 3、圖 5 分別顯示的是廠 1 混加焚燒廠滲濾液、廠 2 投加復合碳源時系統(tǒng)穩(wěn)定運行階段某 1 個月的運行數(shù)據(jù)）。

圖3 混加焚燒廠滲濾液時生化系統(tǒng)運行狀況

圖4 混加濕垃圾漿液時生化系統(tǒng)運行狀況

圖5 投加復合碳源時生化系統(tǒng)運行狀況

由圖 3～圖 5 可知，在 2.1～2.3 三種不同 C/N 調整方法下，生化系統(tǒng)出水 COD、NH3-N 和 TN 的濃度均基本維持穩(wěn)定且位于正常范圍之內（COD 濃度均 ＜500 mg/L，TN 濃度均＜70 mg/L，NH3-N 濃度均＜2 mg/L）。說明通過這三種方法的調整，生化系統(tǒng)中碳源充足，各類生化作用均可順利開展，高效去除沼液中的各類污染物，因此，這三種方法均可有效解決沼液的 C/N 問題。

另外值得注意的是，在混加濕垃圾漿液的 15 d 試驗過程中，雖然生化系統(tǒng)對污染物的去除效果一直良好，出水水質維持正常，但從試驗第 5 d 開始生化系統(tǒng)逐步出現(xiàn)以下異常現(xiàn)象：污泥冷卻泵和硝酸鹽回流泵壓力升高、流量下降以及電機聲音變大；硝化池活性污泥靜止后上浮；超濾通量下降。且隨運行時間的推移，上述現(xiàn)象不斷加劇，特別是超濾通量下降問題，試驗后期每次濾膜清洗后通量僅可維持一小段時間，并隨之快速下降。15 d 的試驗結束后，重新采用焚燒廠滲濾液調整沼液 C/N 后，上述異常現(xiàn)象逐步消失。而混加焚燒廠滲濾液和投加復合碳源時系統(tǒng)均未有類似現(xiàn)象出現(xiàn)，各方面運行狀態(tài)均長期保持正常穩(wěn)定。這說明濕垃圾漿液中高濃度的 COD 確實可為反硝化作用提供充足的碳源，確保反硝化作用正常開展，系統(tǒng)出水 TN 濃度保持正常穩(wěn)定，但與此同時，濕垃圾漿液中三相提油階段殘留的部分植物油以及高濃度的 SS 會在一定程度上影響活性污泥的性狀以及堵塞管路、濾膜，長期使用會影響生化系統(tǒng)的穩(wěn)定性且增加管路清洗、通膜等運維操作的頻次。因此，向沼液中直接混加濕垃圾漿液在實際工程中適宜作為一種備用方法，當出現(xiàn)焚燒廠滲濾液、復合碳源緊缺狀況時，采用該方法可短期應急，確保生化系統(tǒng)正常運行；如確實需要長期使用該方法，則需找尋高效的隔油除渣措施，去除漿液中的植物油和SS，確保生化系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行。

3.3 不同 C/N 調整方法的成本

三種 C/N 調整方法的成本如表 4 所示。

表4 三種方法的成本

由表 4 可知，三種 C/N 調整方法對工程設施的改造內容基本類似，除長期使用濕垃圾漿液需額外新增隔油除渣措施外，其他均只需簡單的新增水泵、流量計及管路即可，但在運行成本方面卻存在巨大差異，混加焚燒廠滲濾液和濕垃圾漿液是對園我內或者廠內其他廢棄物的再利用，基本不增加沼液處理成本，而投加復合碳源時沼液噸水處理成本則會增加 36 元。

因此，綜合三種方法的經(jīng)濟性及實用性，在濕垃圾厭氧沼液工程處理系統(tǒng)運行過程中，建議優(yōu)先考慮混加焚燒廠滲濾液，該方法成本低、運行穩(wěn)定，優(yōu)勢明顯，這就要求在城市廢棄物末端處理設施規(guī)劃、設計、建造時，應充分貫徹園我制概念，落實多廠共建，并通過園我統(tǒng)一調配和管理，盡可能的實現(xiàn)廢物利用、多廢共治，有效降低廢棄物的綜合處理成本，提高效益，減少碳排放；其次考慮投加復合碳源，該方法雖然運行成本高，但可確保系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行；最后考慮混加濕垃圾漿液，該方法雖然成本低，但系統(tǒng)長期運行缺乏穩(wěn)定性，需對漿液做進一步的隔油除渣處理。

4 結 語

（1）濕垃圾厭氧沼液直接生化會導致系統(tǒng)出現(xiàn)硝酸鹽和亞硝酸鹽的積累，系統(tǒng)難以正常穩(wěn)定運行，必須調整其C/N。

（2）混加焚燒廠滲濾液、混加濕垃圾漿液和投加復合碳源均可有效解決沼液 C/N 問題，系統(tǒng)中的活性污泥可順利開展各項生化作用，高效去除沼液中的各類污染物。

（3）混加焚燒廠滲濾液和投加復合碳源時生化系統(tǒng)可長期維持穩(wěn)定運行，而長期混加濕垃圾漿液時生化系統(tǒng)會出現(xiàn)污泥上浮、管路以及濾膜堵塞等異常現(xiàn)象；三種方法對工程設施的改造內容類似，但運行成本差別巨大，混加焚燒廠滲濾液和濕垃圾漿液時基本不增加沼液處理成本，而投加復合碳源時沼液噸水處理成本則會增加 36 元。

（4）在工程實際中，解決濕垃圾厭氧沼液 C/N 問題，建議優(yōu)先考慮混加焚燒廠滲濾液，其次考慮投加復合碳源，最后考慮混加濕垃圾漿液。