王 冰，何秋成

(浙江泰來環(huán)?？萍加邢薰?，浙江 寧波 315176)

0 引言

近些年中國城市快速發(fā)展，人民生活水平提高的同時(shí)，城市垃圾產(chǎn)量也在逐年上升。中國生活垃圾處理方式為堆肥、填埋以及焚燒3種形式，近些年來城市垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目開展迅速。垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目是將城市垃圾通過焚燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠谟酂徨仩t中進(jìn)行熱交換，產(chǎn)生過熱蒸汽，推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生電能。從而實(shí)現(xiàn)垃圾的減量化，并在垃圾減量的過程中產(chǎn)生電能。但在一些縣城，垃圾處理方式還是以填埋為主、垃圾焚燒為輔。在以后的城市化發(fā)展過程中，垃圾減量化、資源化會(huì)逐步將垃圾填埋進(jìn)行更換。垃圾填埋過程中不可避免產(chǎn)生垃圾滲濾液，其成分復(fù)雜、污染物含量多、鹽分高、處理困難，對周圍生態(tài)環(huán)境的破壞不可估量[1]。

垃圾滲濾液的處理一直是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，近年來國內(nèi)研究垃圾滲濾液的峰會(huì)時(shí)有召開。因其成分復(fù)雜，單一處理工藝很難將其處理達(dá)標(biāo)，而組合工藝復(fù)雜，且運(yùn)行成本高[2，3]。針對填埋場垃圾滲濾液存在的問題，以浙江省某縣城垃圾填埋場滲濾液為研究對象，采用預(yù)處理+MBR+NF工藝進(jìn)行處理研究，研究各工藝段對垃圾滲濾液的處理效果，著重研究MBR工藝段幾個(gè)重要參數(shù)對處理效果的影響。希望通過此研究為國內(nèi)垃圾滲濾液處理工程提供參考。

1 垃圾滲濾液的特征及處理方法

國內(nèi)垃圾填埋場垃圾滲濾液中成分復(fù)雜，含有磷、氮、無機(jī)鹽、有機(jī)物和重金屬等污染物。具有如下特征[4]。

(1)污染物成分復(fù)雜多變、水質(zhì)變化大

垃圾滲濾液中有機(jī)物種類高達(dá)百余種，其中所含有機(jī)物大多為腐殖類高分子碳水化合物和中等分子量的灰黃霉酸類物質(zhì)，因而其水質(zhì)是相當(dāng)復(fù)雜的，污染物種類多，而且濃度存在短期波動(dòng)性和長期變化的復(fù)雜性。

(2)有機(jī)污染物濃度高(COD濃度高)

填埋場的滲濾液COD濃度較高一般在1 000～30 000 mg/L，單一采用傳統(tǒng)的生化處理工藝，很難將其處理到要求的排放標(biāo)準(zhǔn)。

(3)氨氮濃度高

填埋場滲濾液氨氮濃度較高，一般在1 000～3 000 mg/L，如此高的氨氮濃度也為焚燒廠滲濾液處理帶來了難度，要求處理工藝具備較高的脫氮能力。

(4)重金屬離子與鹽分含量高

由于垃圾中含有較多的重金屬離子與鹽分，滲濾液滲濾過程中將重金屬離子與鹽分帶入滲濾液中，造成滲濾液中的重金屬離子與鹽分含量較高。

(5)滲濾液水量波動(dòng)較大

受垃圾收集、氣候、季節(jié)變化等因素影響，滲濾液水量波動(dòng)較大，特別是季節(jié)變化對滲濾液水量變化影響較大，一般夏天水量大、冬季少。

隨著人們的生活水平不斷提高，對環(huán)境的要求也提升到一個(gè)新的高度。目前正在研究或運(yùn)用的處理技術(shù)有以下幾種。

(1)生物法：包括厭氧生物處理和好氧生物處理

厭氧生物處理有許多優(yōu)點(diǎn)，最主要的是能耗少，操作簡單，產(chǎn)生的剩余污泥量少，因此投資及運(yùn)行費(fèi)用低廉，且厭氧產(chǎn)生的沼氣具有一定的可回收利用價(jià)值。目前常用的主要有升流式厭氧污泥床(UASB)、內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器(IC)、厭氧固定床反應(yīng)器(厭氧濾池AF)和厭氧復(fù)合反應(yīng)器(UBF)。但厭氧處理出水中的COD濃度較高，且厭氧對氨氮無任何處理效果，不宜直接排放到河流或湖泊中，一般需要進(jìn)行后續(xù)的好氧處理。

好氧處理工藝包括氧化溝、A/O工藝、SBR工藝等，對于垃圾焚燒廠滲濾液而言，好氧工藝需要通過生物降解去除滲濾液中的有機(jī)污染物(COD)和氨氮，因此，一般采用較多的是生物脫氮能力較強(qiáng)的反硝化前置A/O，其主要原理為：反硝化反應(yīng)器設(shè)置在流程的前端，而去除BOD、進(jìn)行硝化反應(yīng)的綜合好氧反應(yīng)器則設(shè)置在流程的后端；因此，可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)行反硝化反應(yīng)時(shí)利用原廢水中的有機(jī)物直接作為有機(jī)碳源，將從好氧反應(yīng)器回流回來的、含有硝酸鹽的混合液中的硝酸鹽反硝化成為氮?dú)?；而且在反硝化反?yīng)器中，由于反硝化反應(yīng)而產(chǎn)生的堿度可以隨出水進(jìn)入好氧硝化反應(yīng)器，補(bǔ)償硝化反應(yīng)過程中所需消耗堿度的一半左右；好氧的硝化反應(yīng)器設(shè)置在流程的后端，也可以使反硝化過程中常常殘留的有機(jī)物得以進(jìn)一步去除。好氧生物處理后的有機(jī)物濃度、SS、色度、鹽分還較高，需要后面進(jìn)一步處理才能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)[5]。

(2)物理法：包括膜法、絮凝沉淀等

近年來，許多新技術(shù)應(yīng)用于垃圾滲濾液處理，取得了迅速的發(fā)展。其中發(fā)展最成功和目前應(yīng)用趨勢最好的一類是膜技術(shù)的應(yīng)用，包括超濾、納濾和反滲透等，采用膜技術(shù)其優(yōu)點(diǎn)是出水水質(zhì)較好，可以達(dá)到較高的排放要求。

超濾(UF)篩分孔徑為0.001～0.02 μm，不截留滲濾液中所含鹽分，用來將微生物菌體、沉淀物從污水中分離出來。鑒于該特點(diǎn)，設(shè)計(jì)將超濾與好氧生化相結(jié)合即采用超濾取代傳統(tǒng)的二沉池，該結(jié)合即為膜生化反應(yīng)器(MBR)。

納濾(NF)，是一種介于反滲透和超濾之間的壓力驅(qū)動(dòng)膜分離過程，納濾膜的孔徑范圍在幾個(gè)納米左右，與其他壓力驅(qū)動(dòng)型膜分離過程相對出現(xiàn)較晚。

納濾膜對多價(jià)離子和分子量在200以上的有機(jī)物的截留率較高，而對單價(jià)離子的截留率較低。在截留有機(jī)物及鹽分的比較上來說，反滲透膜能脫除所有的鹽和有機(jī)物，而超濾膜對鹽和低分子有機(jī)物沒有截留效果。納濾膜能截留糖類低分子有機(jī)物和多價(jià)鹽，對單價(jià)鹽的截留率僅為10%～80%，具有相當(dāng)大的通透性，而對二價(jià)及多價(jià)鹽的截留率均在50%～90%以上。

絮凝沉淀是顆粒物在水中作絮凝沉淀的過程。在水中投加混凝劑后，其中懸浮物的膠體及分散顆粒在分子力的相互作用下生成絮狀體且在沉降過程中互相碰撞凝聚，其尺寸和質(zhì)量不斷變大，沉速不斷增加。水中投加混凝劑后形成的礬花，生活污水中的有機(jī)懸浮物、活性污泥在沉淀過程中都會(huì)出現(xiàn)絮凝沉淀的現(xiàn)象。通過絮凝沉淀可以去除滲濾液中的部分重金屬、膠體類有機(jī)物，可以降解一部分有機(jī)物，但對色度、一價(jià)鹽、氨氮等去除有限，還需配合其他工藝進(jìn)行混合處理[6]。

(3)化學(xué)法：包括Fenton反應(yīng)、臭氧氧化法和電化學(xué)氧化技術(shù)

過氧化氫在二價(jià)鐵離子的催化下，能高效率地分解生成具有強(qiáng)氧化能力和高電負(fù)性或親電子性的羥基自由基(OH)，可以氧化水中的有機(jī)污染物，最終礦化為二氧化碳、水及無機(jī)鹽類等小分子物質(zhì)。另外反應(yīng)生成的Fe(OH)3膠體具有吸附、絮凝作用。

臭氧氧化具有較強(qiáng)的脫色和去除有機(jī)污染物的能力。利用臭氧極強(qiáng)的氧化能力，對污水進(jìn)行處理，初步降解部分有機(jī)物質(zhì)，并使得難分解有機(jī)物(例如不飽和酸、多環(huán)芳香族有機(jī)物等)轉(zhuǎn)變?yōu)榭缮幚硇》肿拥囊追纸庥袡C(jī)物。同時(shí)利用臭氧和催化劑的聯(lián)合反應(yīng)效果，產(chǎn)生大量羥基自由基。

電化學(xué)氧化還原法是指電解質(zhì)溶液在電流的作用下，在陽極和電解質(zhì)溶液界面上發(fā)生反應(yīng)物粒子失去電子的氧化反應(yīng)、在陰極和電解質(zhì)溶液界面上發(fā)生反應(yīng)物粒子與電子結(jié)合的還原反應(yīng)的電化學(xué)過程[7，8]。

2 工藝設(shè)計(jì)

2.1 處理進(jìn)、出水質(zhì)與水量

2.1.1 處理進(jìn)水水質(zhì)與水量

滲濾液設(shè)計(jì)處理量為200 t/d，清水產(chǎn)率大于85%。進(jìn)水水質(zhì)結(jié)合國內(nèi)同類垃圾填埋場的水質(zhì)情況和該縣填埋場水質(zhì)實(shí)測數(shù)據(jù)，綜合考慮后確定如表1。

2.1.2 處理出水水質(zhì)

設(shè)計(jì)處理滲濾液出水標(biāo)準(zhǔn)為《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB16889-2008)表2排放標(biāo)準(zhǔn)，主要污染物控制指標(biāo)如表2。

表2 垃圾填埋場出水水質(zhì)

2.2 設(shè)計(jì)工藝流程

2.2.1 工藝流程圖

工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

Fig.1 Process flow diagram

2.2.2 工藝流程說明及主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)

(1)預(yù)處理系統(tǒng)，填埋場滲濾液經(jīng)過泵提升至預(yù)處理系統(tǒng)，設(shè)置有一臺(tái)過濾精度為1 mm的過濾器進(jìn)行除渣工作。

(2)調(diào)節(jié)池，均勻水質(zhì)、水量工作，設(shè)計(jì)有效池容為800 m3，設(shè)置攪拌槳2座，每臺(tái)功率5 kW。

(3)AO生化池，滲濾液在里面進(jìn)行硝化反硝化作用，其中反硝化停留時(shí)間為2 d，有效池容400 m3；硝化停留時(shí)間為5 d，有效池容1 000 m3。

(4)外置式超濾膜，超濾系統(tǒng)用于進(jìn)行泥水分離作用，本項(xiàng)目采用通量為70 L/(m2·h)，8寸3 m超濾膜5支。

(5)納濾，超濾出水進(jìn)入納濾系統(tǒng)，本項(xiàng)目采用的納濾為卷式納濾膜，屬于致密膜范疇，最大優(yōu)點(diǎn)是過濾級別高，出水水質(zhì)好，出水無色無味，COD可從500 mg/L降到100 mg/L以下，本項(xiàng)目膜通量為15 L/m2·h，8寸1米膜18支。

(6)污泥處理系統(tǒng)，生化處理和預(yù)處理的污泥排入污泥池，進(jìn)行重力濃縮后，濃縮污泥泵入脫水設(shè)備，污泥脫水至含水率80%后泥餅回填至垃圾填埋場，脫水清液進(jìn)入生化系統(tǒng)。

3 MBR工藝的影響因素和處理效果

通過在運(yùn)行過程中對溶解氧、pH的調(diào)整，研究這些影響因素對生化處理效果的影響。

3.1 溶解氧對MBR處理效果的影響

硝化反應(yīng)中需要提供充足的溶解氧來促進(jìn)好氧微生物—硝化細(xì)菌的新陳代謝作用。在運(yùn)行過程中控制MBR系統(tǒng)的pH為7～8，MLSS=15 000 mg/L，C/N比6∶1，氨氮2 200 mg/L，COD 13 200 mg/L分析溶解氧對MBR處理效果的影響。

圖2 溶解氧對COD、氨氮去除效果的影響

由圖2可知硝化池內(nèi)不同的溶解氧對MBR的去除COD、氨氮的影響。在運(yùn)行期間，COD進(jìn)水濃度保持在13 200 mg/L，氨氮進(jìn)水濃度在2 200 mg/L左右，超濾出水COD濃度最低為620 mg/L，氨氮濃度最低為10 mg/L，去除率分別為95.3%和99.5%。在溶解氧低的情況下對硝化菌有一定的抑制作用，影響整個(gè)生化反應(yīng)效果。在提升溶解氧的過程中，COD和氨氮的降解隨之提升，說明在保持硝化菌較高的活性時(shí)，系統(tǒng)對COD和氨氮的處理效果較為穩(wěn)定。

3.2 pH值對MBR處理效果影響

硝化和反硝化過程中對pH的要求較高，pH控制在6～9時(shí)微生物有較高的活性。低于6時(shí)，會(huì)引起有害菌的大量繁殖，例如絲狀菌的繁殖，勢必影響生化反應(yīng)；高于9時(shí)會(huì)抑制微生物生長，造成微生物大量死亡的現(xiàn)象發(fā)生。運(yùn)行期間MLSS=15 000 mg/L，C/N 66∶1， COD 13 200mg/L，氨氮2 200 mg/L分析MBR效果的影響。

圖3 pH對COD、氨氮的影響

由圖3可知不同pH值對MBR出水COD和氨氮影響。由圖可知pH在7～8時(shí)對MBR系統(tǒng)處理效果是最好的。在進(jìn)水COD進(jìn)水濃度保持在13 200 mg/L，氨氮進(jìn)水濃度在2 200 mg/L左右，超濾出水COD濃度最低為620 mg/L，氨氮濃度最低為10.52 mg/L，去除率分別為95.3%和99.5%。在pH低于7和高于8的時(shí)候，微生物的活性受到部分抑制，pH在7～8時(shí)微生物保持較高的活性，對COD和氨氮的去除率較高。

4 納濾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行

本項(xiàng)目MBR出水COD、色度均未達(dá)到排放要求，所以在MBR后設(shè)置納濾系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)化處理MBR產(chǎn)水?？紤]垃圾滲濾液鹽分較高，對回收率要求也較高。納濾系統(tǒng)采用海水淡化膜，設(shè)計(jì)參數(shù)見表3。

表3 納濾設(shè)計(jì)參數(shù)表

通過一段時(shí)間正常運(yùn)行后，納濾產(chǎn)水COD量低于80 mg/L，SS檢測不到，重金屬含量均達(dá)標(biāo)。所以納濾工藝對MBR降解不了的有機(jī)物有較高的截留作用，對重金屬截留效果較高。但對氨氮的去除以吸附和小部分截留為主，進(jìn)水氨氮保持15 mg/L的情況下，納濾出水氨氮在13 mg/L左右。因此納濾對氨氮的截留效果有限，基本不去除。

5 結(jié)論與討論

本文通過對預(yù)處理+MBR+NF工藝處理垃圾滲濾液進(jìn)行了運(yùn)行分析。對DO和pH對MBR的運(yùn)行影響進(jìn)行了單獨(dú)分析。最后以納濾工藝處理MBR出水，進(jìn)行最后的物理截留處理，分析各階段運(yùn)行效果。

(1)外置式MBR系統(tǒng)對有機(jī)物和氨氮有著較高的去除率。

(2)外置式MBR系統(tǒng)對DO、pH要求較高，最佳運(yùn)行參數(shù)分別為DO 2～3 mg/L，pH 7～8。

(3)納濾系統(tǒng)對重金屬、色度、有機(jī)物有著較高的截留率，對氨氮截留效果有限。在用外置式MBR后，處理超濾出水，對未降解有機(jī)物有著有效的截留和處理效果。

(4)該工藝對COD、氨氮、SS的去除率達(dá)到了99%、99.5%、99%，出水濃度較低，達(dá)到了預(yù)期的效果。