大型生活垃圾滲濾液處理工藝運行優化

＊黃皇 張美蘭 曹躍華

（上海老港廢棄物處置有限公司 上海 202106）

前言

生活垃圾滲濾液是城市生活垃圾衛生填埋后產生的二次污染，具有污染物種類繁多、水量大，水質波動大且不呈周期性變化的特點。填埋場滲濾液處理技術常見滲濾液處理主要包括生物處理技術、物化處理技術[1-2]。根據垃圾填埋場的年齡和腐殖化程度，可將滲濾液分類為新鮮和老齡滲濾液，其中生物處理依靠微生物的新陳代謝去除滲濾液中有機物，主要適用于可生化性好的新鮮滲濾液，具有處理效果好、成本低的優點。而物化處理更加簡單、高效，且適用于難以被生物降解的滲濾液，常用于預處理和深度處理過程。對于傳統以生物處理為核心的滲濾液處理工藝，長時間累積的總氮會影響系統的處理效率，總氮難以去除一直是工程應用中的難題[3]。隨著納濾、反滲透等膜技術的應用，國內填埋場中的滲濾液逐漸采用生物處理和膜深度處理結合的方式，已經能解決高濃度氨氮滲濾液的出水總氮達標問題[4-5]。

上海某滲濾液處理廠目前穩定運行，處理量穩定在500t/d以上，最大處理量達到1000t/d。為進一步穩固和提升老港滲濾液處理廠的處理效率，對穩定運行的滲濾液處理廠數據進行為期一年以上的的檢測和總結，基于因子分析方法建立線性回歸方程，通過數據處理探究影響滲濾液處理廠處理效率的內在影響因素，為滲濾液處理廠提供優化建議。

1.實驗與方法

(1)檢測方法

化學需氧量（COD）采用重鉻酸鉀標準法，五日生化需氧量（BOD5）采用標準稀釋后5日培養法，氨氮（NH3-N）采用預蒸餾—納氏試劑光度法，總氮（TN）采用堿性過硫-酸鉀紫外分光光度法進行測定，相關方法參考水和廢水監測分析方法（第四版，增補版）[6]。

(2)分析對象與分析方法

以上海某大型固廢基地滲濾液處理工程2018—2019年的實測數據作為樣本，采用統計軟件SPSS中回歸分析項下的線性回歸分析工具對數據進行處理分析，總結滲濾液處理工程MBR進水水質的變化對處理效率的影響規律。

2.結果與討論

(1)MBR進水COD區間與去除率線性關系

根據滲濾液處理工程進水水質的分布規律，按進水水質COD值分別設置1000～1500mg/L、1500～2000 mg/L、2000～2500mg/L、2500～3000mg/L、3000～3500mg/L、3500～4000mg/L、4000～4500mg/L、4500～5000mg/L共8個區間。COD去除率是MBR進水經過MBR工藝處理后COD削減量占進水COD負荷的百分比。采用統計軟件SPSS分析COD區間與2018—2019年COD去除率相關性，如表1、表2所示。

表1 基于SPSS分析的2018年滲濾液處理工程MBR工藝進水COD區間與出水COD去除率相關關系

表2 基于SPSS分析的2019年滲濾液處理工程MBR工藝進水COD區間與出水COD去除率相關關系

利用SPSS中回歸分析項下的線性回歸分析工具對2018—2019年大型固廢基地滲濾液處理工程各區域進水COD平均值與其相對應去除率數據進行處理，得到如下線性回歸方程。

式中：Y代表各區域去除率平均值，X代表各區域進水COD平均值；式（1）、式（2）中r=0.947都是在顯著性水平a=0.01的皮爾遜簡單相關系數；F=回歸均方和/殘差均方和，在一般線性回歸中，F值應在3.86以上代表回歸方程的線性關系顯著性。

(2)MBR進水總氮區間與去除率線性關系

根據滲濾液處理工程進水水質的分布規律，按進水水質TN值分別設置為400～800mg/L、800～1200mg/L、1200～1600mg/L、1600～2000mg/L、2000～2400mg/L、2400～2800mg/L、2800～3200mg/L、3200～3600mg/L、3600～4000mg/L共9個區間，其中2018年進水總氮在800～4000mg/L范圍內，2019年進水總氮有所降低，集中在400～3200mg/L范圍內。TN去除率是MBR進水經過MBR后TN削減量占進水TN負荷的百分比。采用統計軟件SPSS分析TN區間與2018—2019年TN去除率相關性如表3、表4所示。

表3 基于SPSS分析的2018年滲濾液處理工程MBR工藝TN區間與TN去除率相關關系

表4 基于SPSS分析的2019年滲濾液處理工程MBR工藝TN區間與TN去除率相關關系

利用SPSS中回歸分析項下的線性回歸分析工具對2018—2019年固廢基地滲濾液處理工程各區域進水TN平均值與其相對應去除率數據進行處理，得到如下線性回歸方程。

式中：Y代表各區域去除率平均值，X代表各區域進水TN平均值；式（3）、式（4）中r=0.978和r=0.906是在顯著性水平a=0.01的皮爾遜簡單相關系數，兩年的相關系數不同；F代表回歸方程的線性關系顯著性。

(3)出水水質與MBR產水量

反滲透最終出水與MBR產水量和水質有直接關系，研究從MBR產水的水質水量入手由于MBR進水不控制，不考慮設備檢修、清洗膜等情況，分析MBR膜產水量與進水水質和溫度的關系。在調節池、MBR前置A-O池中，水處理主要靠微生物分解，利于微生物作用的條件能促進生物處理階段的處理效率，增加MBR產水量。

從圖1可以看出，在非高溫月份MBR產水量波動較為明顯，水量與水質關系較大。其中MBR最大產水量為1915m3，最小水量為1100m3，相差70%以上。說明在微生物不活躍時期，MBR產水量與調節池進水水質可能有較大影響。

圖1 非高溫時段調節池水質與MBR產水量關系

(4)調節池進水水質與MBR產水量關系

對高溫時段和非高溫時段調節池進水水質和MBR產水量分別用SPSS做相關性分析，變量主要有COD、總氮、碳氮比。影響微生物效率的指標主要是碳氮比，因此主要分析碳氮比和MBR產水量的相關關系。MBR產水量和碳氮比的關系還與總氮或COD的基礎值有關，將總氮、COD設為控制變量，采用偏相關分析，結果如表5、表6所示。

表5 高溫時段調節池碳氮比MBR產水量相關系數

表6 非高溫時段調節池碳氮比MBR產水量相關系數

由表5可知，在高溫時段調節池碳氮比和MBR產水量的顯著性為0.390＞0.05，說明調節池碳氮比與MBR出水量無相關關系。原因是溫度升高微生物的活性，通過MBR膜之前的水中的有機物和總氮能被更多去除，且溫度升高會增加MBR膜通量，更利于進水通過，產水量與水質沒有明顯相關關系。

由表6可知，非高溫時段調節池碳氮比和產水量的相關系數為-0.151＜0，顯著性為0.020＜0.05，說明在置信區間為0.05范圍內，調節池碳氮比與MBR出水量成負相關。與高溫時段相比，非高溫時段的調節池水質對MBR產水量的影響更大，且碳氮比越高，MBR膜產水量越少。理論上說，反硝化對碳源的基本需求為BOD5/TN＞3～5，但滲濾液中的有機物多為腐殖酸等微生物脫氮除磷等不能利用的大分子有機物，現有的有機物不能滿足微生物充分實現反硝化脫氮的要求。

3.結論

（1）兩年中當MBR進水COD＜2000mg/L時，去除率不超過40%，且去除率隨著濃度的增加增幅更大；當進水COD為2000～4000mg/L時，去除率與濃度呈線性關系，最大去除率能達到70%～80%；當進水COD＞4000mg/L時，去除率逐漸平緩，MBR無法去除更多COD而使MBR出水濃度逐漸增加；在不補充碳源的情況下，隨著時間增長，系統內原有可用碳源逐漸減少，使得反硝化的效率降低。可以適當向系統中補充碳源，提高微生物的反硝化能力。

（2）將全年氣溫劃為高溫時段（7—10月）和非高溫時段（1—6月、11—12月），在高溫時段MBR進水的碳氮比和MBR產水量無相關關系，在非高溫時段MBR進水水質與滲濾液處理效果有較為明顯的負相關關系，可以通過調節非高溫時段不同來源滲濾液的進水比例，使總碳氮比處于較低水平，增大MBR膜產水量。同時加大高溫時段高碳氮比進水的處理，維持不同滲濾液處理總量穩定。厭氧池前期反硝化階段效率較低，在非高溫時段可以通過在厭氧池中補充有效碳源，提高微生物的反硝化能力。