上海老港老龄渗滤液处置工程分析与研究
时间：2023-02-13 10:35:11 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
李亚攀
（鹭滨环保科技（上海）股份有限公司，上海 201315）
上海老港生态环保基地在距上海市中心东南约60 km的东海之滨，作为上海垃圾处理系统中末端处置的主要基地，肩负着上海市约70%的生活垃圾处置任务，日均处置生活垃圾约15 kt。据估测，仅一、二、三期填埋场所产生的封场后渗滤液积存量已超过3 000 kt。本文以上海老港垃圾填埋场垃圾渗滤液处置工程为分析案例，着重介绍该基地老龄渗滤液处置的核心技术与工艺改造设计的成功经验。
老港填埋场内所产生的老龄渗滤液，其水质特点及处理难度主要在于以下3点：1）老龄渗滤液的B/C比较低，可生化性很差[1]。垃圾渗滤液中的有机物随着填埋时间的增长而被逐渐降解，不可降解的腐殖质残留在其中，导致碳氮比严重失调，因此在处置时需要投加大量碳源，使处置成本增加。2）氨氮含量高，微生物营养元素失调[2]。由于渗滤液中氨氮含量逐渐增加，高氨氮环境对微生物活性有很强的抑制作用，降低了微生物对高负荷有机物的去除效率，从而导致出水难以达标。3）老龄渗滤液的水质水量变化大，成分复杂，生化处理系统需要适应不断变化的有机负荷以及毒害物质的抑制作用[3]。
为有效和妥善地处置老龄渗滤液，生态环保基地决定在老港生态环保基地内建设1套处置规模为500 t/d的渗滤液全量化处理系统，要求出水排放标准须达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）中表2的指标限值。
为尽可能充分利用基地内原有生物矿化垃圾床和氧化塘设施，特将渗滤液处理系统的建设场地选在原有矿化垃圾床北侧、氧化塘南侧。通过对原有生物矿化垃圾床及氧化塘系统的工艺改造，可以最大化地节约场地，降低设施投入费用。
由于原有矿化垃圾床和氧化塘是利用旧有设施改造，在二者之间划定的建设区域场地条件有限，且用电供应紧张，导致工程建设和改造的难度会相应提高。为充分利用和发挥原有矿化垃圾床和氧化塘的生物降解作用，需综合考虑并结合实际情况进行工艺设计与实施，使本工程的设计难度再升级。
设计进水水质参数见表1。
表1 水质参数mg/L
2.1 工艺流程设计
为克服老龄渗滤液可生化性差、碳氮比失调的特点，结合原有矿化垃圾床和氧化塘的利用，设计并建设了以高效短程硝化反硝化与复合微生物菌技术的联合应用为核心的，针对老港填埋场老龄渗滤液的创新处置工艺。
老龄渗滤液首先经调节池，进入高效短程硝化反硝化工艺单元，结合复合微生物菌的投加，同步去除氨氮及总氮，降低后端生化处置的难度。本工程所采用的生化处理单元采用A/O-MBR系统，MBR出水进入矿化垃圾床进一步处理。此设计是将矿化垃圾床作为膜深度处理系统进水前的保障措施，不仅可以降低生物处理的难度，还可以有效降低系统内的处置成本。经矿化垃圾床处理后的出水进入纳滤与反渗透处置系统，实现老龄渗滤液的达标排放；
生化系统所产生的污泥进入污泥处置系统；
而膜深度处理系统所产生的浓缩液则进入浓缩液处置系统。工艺流程见图1。
图1 工艺流程
2.2 中试试验
为确保工程项目的顺利实施，需论证工艺流程的可行性，其重点是试验验证氧化塘、矿化垃圾反应床的生化处理作用。中试试验方案路线见图2。
图2 中试试验方案路线
中试试验过程如下：1）进水。用泵抽取老龄水100 m3送至模拟氧化塘内，实现进水步骤。2）投菌。进水完成后，在池内投加专利复合微生物菌种，并开始进行曝气搅拌。曝气和搅拌的持续时间设置为7 d。7 d后停止曝气与搅拌，对池内的老龄水静置存放。3）MBR处理。经前道处理完成后，在静置沉淀的老龄水中，取部分上清液注入MBR中试装置中。在MBR装置内设置水力停留2～3 d。4）矿化垃圾反应床。将MBR出水喷淋到矿化垃圾床进行矿化垃圾床吸附、硝化作用。在矿化垃圾床内的水力停留时间设置约为10 d。5）检测。每日分别对进水、模拟氧化塘出水、MBR出水及矿化垃圾床出水进行采样检测，主要检测指标为COD含量、氨氮含量与pH值。中试试验过程见图3。所测数据分别见表2。
表2 中试试验所测数据
图3 中试试验过程
经中试试验论证可知：1）COD含量从进水的1 250 mg/L，降到最终出水的210 mg/L；
氨氮含量从进水的860 mg/L，降到出水的14.47 mg/L；
pH值从弱碱趋向于中性。2）经过各处理单元的生物降解，COD去除率可以达到83%，氨氮的去除率可以达到98%。3）复合微生物菌对老龄渗滤液的COD、氨氮等具有很好的同步去除效果，联合矿化垃圾床使用，可以大幅降低污染物指标，有效降低老龄渗滤液的处理难度。4）本工程的工艺流程设计及改造方案是可行的。
上海老港垃圾填埋场垃圾渗滤液处置工程主要采用了高效短程硝化反硝化与复合微生物菌技术的联合应用，以及矿化垃圾床的改造应用等创新工艺，均取得了良好的效果。
1）高效短程硝化反硝化与复合微生物菌技术联合应用工艺。
该工艺的关键在于针对老龄渗滤液的碳氮比失调、可生化性差与氨氮含量高的特性，利用高效短程硝化反硝化技术与复合微生物菌技术的联合，通过生物降解作用强化和系统关键参数控制等手段，高效低耗地实现了对氨氮与总氮的同步去除，降低了处置难度和处理费用，同时对COD及SS等也有很好的去除效果。
较之常规硝化反应亚硝酸化和硝酸化的两个反应步骤，高效短程硝化反硝化技术就是将硝化过程控制在亚硝酸化阶段终止，随后直接实现反硝化，氮的变化过程改为：NH4+→NO2-→N2。
此段工艺实施的关键在于对高效复合微生物菌的利用和对系统溶解氧（DO）的控制。在本工程中，采用浮筒式表面曝气机进行充氧，通过多点取样和同步曝气的手段，适时调整表面曝气机的转速与启停，以起到对溶解氧的控制和调节作用。
高效复合微生物菌技术不同于往常在现场利用原液调配、曝气驯化的方式，而是通过在实验室内进行细菌的筛选与培育，并在现场扩培的方式实现的。微生物培育及筛选技术均采用自主研发的专利技术。经培育筛选的复合微生物菌种投入到生物反应器中，可以极大地提高生物降解能力，改善活性污泥的品质。首先，该工艺需要对老港垃圾填埋场老龄水进行检测与分析，然后在实验室内，通过控制关键参数调整微生物的生存环境，模拟微生物的现场生存条件，优化和控制微生物种群的平衡，强化并提高微生物对污染物的降解效率，最终筛选出一种能够在高氨氮、低碳源的条件下，实现氨氮与总氮的同步去除的复合微生物菌。该复合微生物菌不仅能适应进水的水质及水量变化，同时还能利用废水中的营养物质，持续为生物强化提供丰富的营养来源，显著提高了处理效率，降低了处理成本。
本工程所用复合微生物菌的优势在于：（1）氨氮和总氮去除效果好；
（2）具有较强的抗冲击负荷能力，能保证生物效果的稳定性，能够适应不同季节、不同年份渗滤液浓度的波动；
（3）有效地避免渗滤液中营养比例失调的问题，保证高负荷处置的效能。
2）矿化垃圾床的改造应用。
矿化垃圾是指封场多年后的填埋场垃圾，其中的易降解物质已完全或接近完全降解，几乎不产生或很少产生渗滤液和气体，达到了稳定化的状态[4]。研究表明，矿化垃圾对有机污染物具有明显的净化去除效果，应用于垃圾渗滤液的处理中具有非常好的生物降解作用。老港生态环保基地内的矿化垃圾床建于2002年，共有3座，是国家高技术研究发展计划（863计划）课题之一，建设处理规模为100 m3/d，由于矿化垃圾资源较为充足，渗滤液不需要进行曝气或其他处理，使得运行成本极低。通过对矿化垃圾床进行充分利用，最大化地发挥了生物降解作用，可有效降低处置成本，保障系统达标运行的稳定性。
经对原矿化垃圾床的勘查检测，对其进行改造利用的思路如下：（1）矿化垃圾床处于露天状态，表面积大，需要进行防雨和除臭措施。故考虑在矿化垃圾床表层覆盖HDPE型土工膜，上覆种植土并进行绿化，以达到防雨和隔离除臭的效果。（2）矿化垃圾床的充氧/脱氧。原有喷淋充氧方式受前述防雨、除臭的措施限制已不再适用，故本工程采用压力溶气/真空脱气的技术，以对矿化垃圾床的进水进行可控的充氧/脱氧。充氧/脱氧可以调节垃圾渗滤液中的溶氧浓度，当充氧变为脱氧时，矿化垃圾床可以具有反硝化脱氮的功能[5]。经过充（脱）氧的废水采用慢渗管渗入矿化垃圾床的土层中，尤其是作为反硝化脱氮时，慢渗管可杜绝喷淋时氧的溶入。慢渗管浅埋于矿化床上层，其上下均匀放置河卵石构成布水层。
通过对以上改造思路的实施，矿化垃圾床得到了有效利用，其对COD和氨氮的去除率达到50%，对总氮的去除率也超过20%，对控制处置成本和工程稳定达标排水起到了很好的作用。
依照前述创新处置工艺路线，对本工程进行实施并稳定运行一段时间后，各工艺单元水质参数统计如表3所示。
表3 水质参数 mg/L
经对本工程从工艺设计、施工到稳定运行的全过程进行复盘，本文认为本工程的特殊性与难点主要在于：1）需要结合现场已有构筑物及设施条件，进行针对性的工艺改造与设计；
2）老港固废基地内的老龄水成分更为复杂，处置难度更大。本工程的指导性意义和创新性在于：1）全面、科学的工艺改造设计思路，现场工程实施条件与水质特点的深入了解，对本工程的顺利实施起到了关键作用；
2）通过高效短程硝化反硝化与复合微生物菌技术的联合应用，实现了对老龄渗滤液低碳高氮特性下的高效生物作用，克服了需要大量投加碳源的难题；
3）通过渗滤液处置系统的参数控制和对项目运行的管理，实现了系统的稳定运行和出水达标排放。
本工程的成功经验对老龄渗滤液的工程改造设计和处理处置具有很高的参考价值。在老港垃圾填埋场所联合应用的高效短程硝化反硝化和复合微生物菌技术实现了高效低耗地同步去除氨氮和总氮，为后续MBR生物反应器提供了良好的条件。针对膜处理系统产水率低的问题，研发并应用了膜浓缩液正渗透和电驱动分离浓缩技术，将产水率从50%～60%提升到了85%～90%；
配合后续与污泥的协同处理或电驱动分离产酸碱技术，可以实现垃圾浓缩液的零排放和资源化利用。
