某市生活垃圾渗沥液中有机污染物的去除探究

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摘要：采用MBR工艺处理生活垃圾渗沥液，平均出水浓度为54mg・,氨氮为9 mg・，达到了《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889―2008）。本工艺生化部分采用硝化/反硝化单元，再经过超滤/纳滤工艺等膜分离技术和其他方法处理，主要分析了工艺各阶段垃圾渗沥液有机污染物的去除效果。并考察营养物质平衡、溶解氧含量、pH值、水温和有毒物质对有机污染物去除的影响。结合工程实例，给出当曝气池中溶解氧为2 mg・时，可获得最佳处理效果。

关键词:垃圾渗沥液；MBR工艺；有机污染物去除；影响因素

中图分类号：X703.1文献标识码：A

渗沥液具有污染物浓度高、成分复杂、变化极不稳定的典型特点。近年来,渗沥液中有机污染物对水体的污染日趋严重, 对垃圾填埋场的地下水和地表水的研究结果表明,水体中存在着大量烷烃、芳烃类、酸类等有机化合物，此外还有一些酯类、醇、酚类、酮、醛类、酰胺类等。其组成物不仅气味恶臭，而且相当数量的化合物为致癌物和有毒有机污染物。因此对控制有机污染物的污染是治理垃圾填埋渗沥液重要的一步。

处理工艺流程

本工程工艺流程如图1所示。

图1 渗沥液处理工艺流程

Fig.1Flow chart of landfill leachate treatment process

处理效果与讨论

（一）生活垃圾渗沥液水质特征

某市垃圾填埋场占地面积510亩，场地库容量485万m³，主要处理的是生活垃圾,每天平均排出垃圾渗沥液60 m³，水质特征如表1 所示。从表1 可以看出,渗沥液在这2 年中主要呈现为高浓度的和有机污染为主,水质波动范围大,是一种很难处理的废水。

表1垃圾填埋场渗沥液的主要性质

Table 1The major properties of the Landfill Leachate

（二）处理工艺各阶段对有机污染物的去除

渗沥液移入调节池中，经潜污泵提升通过一个简单的袋式过滤器去除大的悬浮物后，直接进入外置式MBR膜生化反应器。该系统包括以下几个部分对有机物的去除：

1.预处理系统

在膜生化反应器布水系统前设400µm的袋式过滤器，对大颗粒固体物进行处理，减少后期的污染物负荷；在填埋场中老期，通过投加碳源，提高系统进水的可生化性。

2.MBR反硝化池

利用回流硝化液提供的溶解氧维持系统缺氧环境，通过反硝化过程将回流硝化液中的硝态氮还原成氮气排放，此时消耗渗沥液原液中的有机碳源，可使生物降解去除部分含C有机物。

3.MBR硝化池

采用新型潜水曝气器维持系统DO为2mg/L的好氧环境，硝化细菌对污水中的氨态氮进行硝化作用，进一步将其分解氧化为硝酸氮。

4.MBR管式超滤膜系统

在错流过滤作用下，通过外置管式膜微小孔径（0.03µm），将生化处理后的清液从硝化液中分离出来形成MBR出水。膜的机械截流作用，使生物反应器内保持高的污泥浓度达15g/L,从而提高了体积负荷，降低污泥负荷至0.17，有机污染物在生化系统内得到高效去除。系统膜管内保持3～5m/s的水力流速，有效防止污染物沉积，处理中该工艺段对有机物和的去除率高达93.33%和97.50%。

5.深度膜处理系统

纳滤是一种物理分离过程，对水中的物质进行有效分离和浓缩。该市生活垃圾场渗沥液处理的纳滤系统采用专门的抗污染GE膜，对于水质较差的进水，GE膜元件对所有的悬浮固体物和大部分多价盐离子进行截留。初步计算和实验数据分析，本套纳滤系统可保证系统的和去除率均在82%以上。同时在纳滤系统后增加一套反渗透系统，当产品出水不稳定时，对纳滤出水进行处理，采用具有高度选择透过性的陶氏反渗透膜，将水中绝大部分的有机物、一价盐及二价盐离子截留，系统在增压泵和循环泵上进行了升级，最大压力达2MPa，保证产水回收率>70%。

如图2所示，本工艺各阶段对有机物的去除率呈现MBR>NF>RO,其MBR段有机物去除率较高，因此采用MBR工艺加强了生化系统对有机污染物的去除效果。在处理系统后期，直接采用反渗透系统作为最终出水水质的确保步骤，利用反渗透系统固液分离作用，使最终出水水质稳定达标。

图2工艺各阶段对有机污染物的去除效果

Fig.2In various stages the process of removal effect with organic pollutants

高浓度COD的降解

由于采用生化与超滤膜相结合的方式，对渗沥液的处理实现了活性污泥中的清水和微生物菌体的完全分离，即实现水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）的完全分离，使得生长缓慢、世代时间较长的微生物（如硝化细菌）也能在生物反应器中生存下来，对渗沥液中有机污染物具有极高的降解效率，微生物浓度可达4～35g/L。利于增殖缓慢的微生物增长和驯化，对渗滤液中相对普通污水处理工艺而言难生化降解的有机物也能有效降解。保证了较好的出水水质，且水质稳定无菌体和悬浮物。

外置式膜生化反应器实际工程COD的去除效果见下图3：

图3MBR系统进出水COD浓度曲线

Fig.3MBR system inlet and outlet water COD concentration curve

工艺运行优化

在当前的技术条件下，超滤膜表面附着的滤饼层及深度膜处理系统对有机物进行降解，保证产水的指标达标已经不成问题。如何通过有效的方法强化和提高该过程则成为了本项目中工艺优化的关键。

生物对有机物的去除主要在MBR中进行，其影响因素主要包括以下几个：

（一）营养物质平衡。参与生化反应的细菌大多为异养型，所以需要提供充足的营养物质，如碳源、氮源、无机盐类等。一般当污水中>100mg/L时，即可认为含有的碳源是充足的，不需外加碳源，否则应补充投加甲醇（）作为有机碳源。

（二）溶解氧。随着曝气强度的增加，反应中DO值升高，DO浓度与对COD的去除效果密切相关。DO达2～4 mg/L时，可保持较高的有机物去除效率。

（三）pH值。反应过程最适宜的pH值范围为6.5～8.5，由于硝化过程要消耗碱度，故水中应有足够的碱度对硝化反应进行缓冲调节。运行时加入一定量的氢氧化钠，满足硝化反应的需要。

（四）水温。微生物生理活动的适宜温度为15～40℃，不适宜的温度会影响反硝化菌和硝化菌的生长速率及反应酶的活性；本市处于多半年低温的地区，因此考虑反应池建于室内环境。

（五）有毒物质。对生化反应产生抑制作用的有害物质主要有重金属离子、酚、氰等。渗沥液中酚的浓度低于极限容许浓度100 mg/L时，反应几乎不受影响。在测定结果中，基本没有发现对微生物具有剧毒作用的有机物。

运行过程中当好氧泥龄为11d，进水COD为20000 mg/L时，调节曝气强度分别为3350、5020、6700、8370m³/h,连续运行5d以上，可见DO浓度对去除COD的影响，结果如图4。

图4溶解氧对去除COD的影响

Fig.4Influence of dissolved oxygen on COD removal

由图4可知，当DO从1.64 mg/L提高到2.0 mg/L时，对COD的去除率从76.5%提高到99.64%，明显升高。

有研究表明，当外界面的DO为1.5 mg/L时，生物膜大多处于缺氧状态，只要维持DO≥2～4 mg/L,就可以保持较高的有机物去除效率。但如果曝气量过高，膜表面剧烈冲刷，将导致处理效率下降。当曝气量继续加大时，对COD的去除率增加不明显甚至有所降低，COD去除速率虽然是逐渐升高，但后面三种曝气强度的去除速率相差无几。

在水温为31.0～37.5℃，DO达到2.0 mg/L时获得较好的处理效果，同时曝气量的减少可降低能耗，节省运行费用。

垃圾填埋渗沥液经过MBR膜生化反应器处理后，其有机污染物浓度有很大程度的降低。结合后段深度膜处理系统，从图2可知，纳滤系统中有机悬浮物被完全去除，MBR对有机物去除率达到93.33%以上，反渗透对有机物的去除率在70%以上。总之，虽然垃圾渗沥液中不可避免的存在一些难生物降解的有机污染物，但基本上得到了很好的去除效果，这正与去除效果相符合。

四、结论

（一）该市垃圾填埋渗沥液是一种高浓度的有机废水，其浓度变化范围为15000～20000 mg・，浓度变化范围为8000～10000 mg・。

（二）采用MBR膜生化反应器+NF/RO处理垃圾渗沥液，平均去除率达到99.64%左右，平均出水浓度为54 mg・，氨氮平均去除率达到97.86%左右，平均出水浓度为9 mg・，均达到了《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889―2008）；工艺各阶段对有机物的去除率呈现MBR＞NF＞RO,其MBR段有机物去除率较高。

（三）DO是影响硝化反应的一个重要因素。在曝气强度为5020 m³/h时DO达到2.0 mg・，既能获得较好的处理效果，又可降低能耗，节省运行费用。

参考文献：

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