楊 超，金 鑫，郭雨閣，金鵬康，

（1.西安建筑科技大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院，陜西西安 710055；2.西安交通大學(xué)人居環(huán)境與建筑工程學(xué)院，陜西西安 710049）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，我國(guó)城市生活垃圾人均生產(chǎn)量達(dá)450～500 kg/a，且呈逐年上升的趨勢(shì)。以“無(wú)害化、減量化、資源化”為原則，我國(guó)垃圾處理的方式由隨意堆放的處置方式逐漸改為垃圾衛(wèi)生填埋、焚燒等，各級(jí)政府對(duì)垃圾的處理措施均進(jìn)行了完善的強(qiáng)行控制〔1〕。然而，垃圾衛(wèi)生填埋過(guò)程中產(chǎn)生的滲濾液具有污染物濃度高、成分復(fù)雜、營(yíng)養(yǎng)元素失衡、水質(zhì)波動(dòng)大等特點(diǎn)，如若處理不當(dāng)，會(huì)對(duì)地下水、土壤等造成嚴(yán)重的污染〔2?3〕。因此，滲濾液的妥善處理是垃圾衛(wèi)生填埋系統(tǒng)不可忽視的問(wèn)題。

滲濾液復(fù)雜的成分和多變的水質(zhì)特點(diǎn)導(dǎo)致單一的物化或生化處理工藝對(duì)其處理的難度較大。工程上常采用“生化?膜深度處理”的組合工藝對(duì)其進(jìn)行處理。但是，直接生化處理過(guò)程受限于原水的高污染物負(fù)荷和較差的可生化性，存在水力停留時(shí)間長(zhǎng)、處理效率低等問(wèn)題〔4?5〕。膜的深度處理過(guò)程通常會(huì)產(chǎn)生更高污染物負(fù)荷的膜濃縮液，造成二次污染。以“零排放”處理思路為指導(dǎo)，膜濃縮液處理常采用的方式為回灌法，但隨著時(shí)間的推移，回灌的膜濃縮液會(huì)導(dǎo)致垃圾滲濾液含鹽量增加，進(jìn)一步增大了處理難度，影響處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行〔6?7〕。某垃圾填埋場(chǎng)滲濾液處理工程采用“固液分離—水解酸化—A2O/MBR—臭氧氣浮—碟管式反滲透膜（DTRO）”組合工藝的方案處理垃圾滲濾液，處理出水滿(mǎn)足《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889—2008）標(biāo)準(zhǔn)要求，為傳統(tǒng)滲濾液處理廠的升級(jí)改造提供了參考。

1 現(xiàn)有工程概況

1.1 現(xiàn)有滲濾液處理工藝

某垃圾填埋場(chǎng)通過(guò)填埋方式處理轄區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的城市生活垃圾，并建設(shè)滲濾液處理站。滲濾液處理站采用“A/O+微濾+反滲透”處理工藝對(duì)滲濾液進(jìn)行處理，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)滿(mǎn)足《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889—2008）標(biāo)準(zhǔn)要求，反滲透濃水回灌于垃圾填埋場(chǎng)。處理站運(yùn)行初期可穩(wěn)定滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，但運(yùn)行后期實(shí)際處理能力遠(yuǎn)不及設(shè)計(jì)水質(zhì)水量，造成滲濾液長(zhǎng)期累積，嚴(yán)重影響填埋場(chǎng)周邊居民的生活環(huán)境，因此亟需進(jìn)行升級(jí)改造。

1.2 現(xiàn)有處理站工藝運(yùn)行問(wèn)題解析

1.2.1 各處理工段水質(zhì)分析

為深入探究滲濾液處理站處理能力的限制因素，對(duì)該站各處理工段的水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 原有處理工藝各工段水質(zhì)指標(biāo)Fig. 1 Water quality index of each section of the original treatment process

由圖1可知，滲濾液原水COD為（2 731.28±92.86）mg/L，經(jīng)生化系統(tǒng)處理后的COD為（2 165.49±45.48）mg/L，生化段對(duì)COD的去除率僅為22.7%，有機(jī)物雖有部分降解，但系統(tǒng)運(yùn)行效率嚴(yán)重不足，其原因可能為反滲透濃水的長(zhǎng)期回灌，導(dǎo)致難降解有機(jī)物與鹽分的逐漸累積，影響生化系統(tǒng)的處理能力。此外，系統(tǒng)進(jìn)水NH4+?N為（339.93±14.62） mg/L，出水NH4+?N小于25 mg/L，雖能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)出水水質(zhì)要求，但出水TN為62.03 mg/L，超過(guò)排放標(biāo)準(zhǔn)。其原因?yàn)樵唇?jīng)預(yù)處理直接進(jìn)入反硝化系統(tǒng)，造成難降解有機(jī)成分在其中長(zhǎng)期累積，抑制了反硝化菌屬的活性，造成TN的去除效果有限。膜深度處理系統(tǒng)雖能去除大多數(shù)污染物（COD去除率達(dá)92.24%±0.18%），但產(chǎn)水率較低，不足設(shè)計(jì)水量的十分之一。

1.2.2 運(yùn)行問(wèn)題解析

綜合上述各處理工段水質(zhì)監(jiān)測(cè)的分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有垃圾滲濾液處理站運(yùn)行過(guò)程存在的主要問(wèn)題為：（1）生化系統(tǒng)處理能力差；（2）膜深度處理工藝進(jìn)水負(fù)荷高、產(chǎn)水率低、出水指標(biāo)超過(guò)排放標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)問(wèn)題（1），設(shè)計(jì)升級(jí)改造方案：增設(shè)高效固液分離預(yù)處理工藝，降低生化系統(tǒng)負(fù)荷；改造現(xiàn)有缺氧池和好氧池為水解酸化池，增設(shè)A2/O?MBR一體化污水處理設(shè)備，強(qiáng)化生化系統(tǒng)處理能力。針對(duì)問(wèn)題（2），設(shè)計(jì)升級(jí)改造方案：生化出水進(jìn)入膜深度處理系統(tǒng)前增設(shè)高級(jí)氧化工藝，降低膜處理工段的污染負(fù)荷；優(yōu)選高性能膜組件，強(qiáng)化膜深度處理性能，提高產(chǎn)水率，保障出水達(dá)標(biāo)排放。

滲濾液處理站內(nèi)現(xiàn)有滲濾液收集池、缺氧池、好氧池各1座，膜深度處理車(chē)間1間，升級(jí)改造遵循充分利用已有設(shè)施，減少工程建設(shè)量，降低工程投資；此外選擇的處理工藝力求處理效率高、運(yùn)行能耗低、安全穩(wěn)定、自動(dòng)化程度高、并留有處理能力余地。

2 改造工程設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)水質(zhì)水量

該垃圾填埋場(chǎng)每日新產(chǎn)生滲濾液為25～40 m3。以“留有余地”為建設(shè)基本原則，本處理站升級(jí)改造工程設(shè)計(jì)處理能力為50 m3/d。根據(jù)該滲濾液處理站運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和對(duì)以往運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889—2008）標(biāo)準(zhǔn)要求，確定升級(jí)改造工程設(shè)計(jì)的進(jìn)出水水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 升級(jí)改造工程設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)Table 1 Design of inlet and outlet water quality

2.2 垃圾滲濾液處理工藝選比

2.2.1 高效固液分離預(yù)處理滲濾液的必要性

垃圾滲濾液成分復(fù)雜且含鹽量高，通過(guò)固液分離預(yù)處理可有效脫除其中的懸浮物、硬度和大分子有機(jī)物，減輕后續(xù)系統(tǒng)結(jié)垢，提高滲濾液處理系統(tǒng)的水質(zhì)適應(yīng)性和滲濾液站的處理能力。高效固液分離通過(guò)混凝動(dòng)力學(xué)調(diào)控實(shí)現(xiàn)懸浮物的負(fù)壓收縮脫水和絮體構(gòu)造重組，實(shí)現(xiàn)絮體的致密化與強(qiáng)化分離，是一種有效的預(yù)處理方法〔8〕。高效固液分離預(yù)處理對(duì)COD和總硬度的去除效果見(jiàn)圖2。

圖2 高效固液分離預(yù)處理對(duì)COD和總硬度的去除效果Fig. 2 Removal efficiency of COD and total hardness by efficient solid-liquid separation pretreatment

由圖2可知，垃圾滲濾液在高效固液分離預(yù)處理的最佳條件下，COD和總硬度的去除率分別可達(dá)38.01%±1.22%和32.51%±1.63%（p＜0.05），因此高效固液分離預(yù)處理可有效降低生化處理單元的污染負(fù)荷，減少鈣、鎂等無(wú)機(jī)離子對(duì)后續(xù)處理系統(tǒng)的損害〔9〕。

2.2.2 生化處理單元改建的可行性

現(xiàn)有工程的生化處理單元采用缺氧?好氧（A/O）工藝，建設(shè)有D4.2 m×8 m的缺氧池和D5.2 m×8 m的好氧池各1座。如前所述，滲濾液中含有多種難降解有機(jī)物，導(dǎo)致該生化過(guò)程對(duì)垃圾滲濾液的處理效果有限。水解酸化處理技術(shù)通過(guò)產(chǎn)酸性厭氧兼性細(xì)菌分解難降解有機(jī)物，從而提高可生化性，被廣泛應(yīng)用于垃圾滲濾液的預(yù)處理，處理后的出水易于被好氧菌降解，可大幅減少后續(xù)工藝的HRT和曝氣量，降低運(yùn)行成本。因此，在升級(jí)改造工程中，將原有的好氧池用作水解酸化池，水解酸化段的HRT為72 h，可有效提高垃圾滲濾液的可生化性，降低后續(xù)處理工藝的污染物負(fù)荷。此外，A2/O?MBR一體化污水處理設(shè)備因其具有去除率高、出水水質(zhì)穩(wěn)定、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、占地面積小、投資和運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于生活污水和工業(yè)廢水的處理，也是垃圾滲濾液生化處理的主流工藝〔10〕。

2.2.3 臭氧氣浮一體化生化出水處理的可行性

垃圾滲濾液MBR出水中通常含有機(jī)鹵代物、烷烴、芳烴、類(lèi)腐殖質(zhì)類(lèi)富里酸等生化難降解有機(jī)物，直接進(jìn)入膜深度處理易堵塞膜孔，影響產(chǎn)水率〔11〕。臭氧氣浮一體化處理技術(shù)（Dispersed ozone flotation，DOF）是將臭氧氧化、混凝和溶氣氣浮有機(jī)融合的集成化水處理技術(shù)，在1個(gè)單元內(nèi)實(shí)現(xiàn)高級(jí)氧化、混凝和固液分離等過(guò)程，可有效去除難降解有機(jī)物、濁度等復(fù)合污染物，已成功應(yīng)用于生活污水、油氣田采出水、鉆采廢液以及印染廢水等處理工程的預(yù)處理和深度處理過(guò)程〔12?14〕。臭氧氣浮一體化處理技術(shù)用于MBR出水處理可有效降低進(jìn)入膜深度處理的污染物負(fù)荷，提高系統(tǒng)產(chǎn)水率和膜系統(tǒng)的運(yùn)行壽命。

2.2.4 DTRO用于滲濾液深度處理的優(yōu)勢(shì)

DTRO（Disc tube reverse osmosis）是針對(duì)垃圾滲濾液處理而開(kāi)發(fā)的一種膜組件，采用卷式膜結(jié)構(gòu)，裝配工藝短、占地面積小〔15?16〕。DTRO膜片采用抗污染的RO膜并配置格網(wǎng)通道，在特殊的液壓條件下使液體在膜組件中形成湍流，不易造成膜污染，對(duì)生物污染物的去除效果顯著，在國(guó)內(nèi)垃圾填埋場(chǎng)滲濾液處理中已有超過(guò)數(shù)百項(xiàng)的應(yīng)用實(shí)例。

2.3 升級(jí)改造工藝流程

基于上述分析可知，對(duì)于垃圾滲濾液而言，簡(jiǎn)單的物化和生化工藝組合難以長(zhǎng)期穩(wěn)定達(dá)到排放要求。針對(duì)垃圾滲濾液的特點(diǎn)，本升級(jí)改造項(xiàng)目在盡可能利用原有基建設(shè)備、重視工藝之間銜接的基礎(chǔ)上，確定了“高效固液分離—水解酸化—A2/O/MBR—臭氧氣浮—DTRO”的全流程組合工藝。改造工程通過(guò)高效固液分離預(yù)處理去除大分子有機(jī)物、懸浮物和總硬度等，降低生化系統(tǒng)污染物負(fù)荷；通過(guò)水解酸化分解難降解有機(jī)物，改善可生化性；通過(guò)A2/O?MBR一體化裝置維持較高的污泥濃度，強(qiáng)化生物處理；通過(guò)臭氧氣浮一體化處理技術(shù)控制MBR出水中的殘余污染物，降低進(jìn)入膜處理系統(tǒng)的污染物負(fù)荷；采用DTRO膜深度處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)滲濾液的達(dá)標(biāo)排放，同時(shí)緩解膜污染，提高系統(tǒng)產(chǎn)水率，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，詳細(xì)升級(jí)改造處理工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3 升級(jí)改造工藝流程Fig. 3 Flow chart of reconstruction process

3 改造內(nèi)容

本升級(jí)改造工程包括：新建高效固液分離系統(tǒng)、改造水解酸化系統(tǒng)、新建A2/O?MBR一體化處理系統(tǒng)、新建臭氧氣浮處理系統(tǒng)、改造膜深度處理系統(tǒng)。

（1）高效固液分離系統(tǒng)。1套，新建。裝置主體包含流化床區(qū)、沉泥區(qū)以及強(qiáng)化分離區(qū)，設(shè)計(jì)進(jìn)水流量為3 m3/h，流化床區(qū)上升流速為15 m/s，裝置總停留時(shí)間為30 min。配置滲濾液提升泵2臺(tái)（1用1備），其流量、揚(yáng)程、功率分別為3～5 m3/h、12 m、3 kW，加藥裝置1套，200 L/h，藥劑投加質(zhì)量濃度為2 000 mg/L，產(chǎn)生污泥進(jìn)入儲(chǔ)泥罐合并處理。

（2）水解酸化罐。1座，利舊。利用工程原有好氧罐D(zhuǎn)5.73 m×8.25 m，材質(zhì)為碳鋼防腐，并設(shè)有保溫層，有效容積160 m3。根據(jù)原有好氧罐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，水解酸化罐設(shè)計(jì)為升流式反應(yīng)裝置，上升流速為0.08 m/h，HRT為72 h，污泥停留時(shí)間為18～20 d，內(nèi)部溫度范圍25～36 ℃，主要新增設(shè)備包括提升泵2臺(tái)（1用1備），其流量、揚(yáng)程、功率分別為3～5 m3/h、12 m、3 kW；污泥泵2臺(tái)（1用1備），其流量、揚(yáng)程、功率分別為18 m3/h、30 m、3 kW；超聲波液位計(jì)1臺(tái)，量程為0～8 m。

（3）儲(chǔ)泥罐。1座，利舊。利用工程原有缺氧罐D(zhuǎn)4.77 m×8.25 m，材質(zhì)為碳鋼防腐，有效容積為110 m3，儲(chǔ)存后污泥回灌垃圾填埋場(chǎng)。新增設(shè)備包括污泥提升泵2臺(tái)（1用1備），其流量、揚(yáng)程、功率分別為6～8 m3/h、60 m、4 kW。

（4）A2/O?MBR一體化處理系統(tǒng)。1套，新建。利用原有工程預(yù)留的10 m×15 m改擴(kuò)建場(chǎng)地，增設(shè)A2/O?MBR一體化處理系統(tǒng)，材質(zhì)為碳鋼防腐，并設(shè)保溫層，外型尺寸10 m×3 m×3 m，設(shè)置厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)以及MBR區(qū)，通過(guò)保持高污泥濃度強(qiáng)化污染物去除，設(shè)計(jì)HRT為36 h，配備厭氧攪拌機(jī)（功率為0.85 kW）、缺氧攪拌機(jī)（功率為0.85 kW）、污泥回流泵（功率為0.37 kW）、硝化液回流泵（功率為1.5 kW）、鼓風(fēng)機(jī)（功率為1.5 kW）、電磁驅(qū)動(dòng)隔膜計(jì)量泵各1臺(tái)。

（5）臭氧氣浮一體化處理系統(tǒng)。1套，新建。膜深度處理車(chē)間更換DTRO后可節(jié)省占地面積，用于安裝臭氧氣浮一體化處理裝置，罐體尺寸D1.8 m×4.5 m，設(shè)計(jì)流量為6 m3/h，按每天8 h制工作，臭氧投加量為100 g/h，臭氧發(fā)生器功率為3.9 kW。

（6）DTRO處理系統(tǒng)。1套，利舊。拆除原有微濾、納濾以及反滲透組件，更換為DTRO膜組件，保留原有加藥系統(tǒng)，儲(chǔ)水罐。DTRO系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理能力為6 m3/h，按每天8 h制工作，設(shè)計(jì)產(chǎn)水率為80%，設(shè)計(jì)清液產(chǎn)量為40 m3/d。膜組件材質(zhì)為聚酰胺復(fù)合膜，截留率為98%，系統(tǒng)透過(guò)液小于設(shè)計(jì)值的15%～20%時(shí)進(jìn)行化學(xué)清洗。

4 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

根據(jù)上述改造工程內(nèi)容，本升級(jí)改造工程的改造費(fèi)用共計(jì)609.90萬(wàn)元，其中工藝設(shè)備費(fèi)為506.76萬(wàn)元，土建費(fèi)為3.2萬(wàn)元，處理站周邊環(huán)境整治費(fèi)為50萬(wàn)元，其他費(fèi)用為49.94萬(wàn)元。升級(jí)改造后滲濾液處理站日用電量為522.55 kW·h，用電單價(jià)為8.36元/m3；藥劑費(fèi)包括固液分離、臭氧氣浮、膜系統(tǒng)清洗化學(xué)藥劑，小計(jì)為7.18元/m3；人工費(fèi)為16.00元/m3，生產(chǎn)管理費(fèi)為3.33元/m3，以上合計(jì)運(yùn)行費(fèi)用為34.87元/m3。噸水升級(jí)改造費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用與類(lèi)似案例相近，改造投資和運(yùn)營(yíng)成本在可接受范圍〔17〕。改造后每年減少的COD排放量為60 t，可有效改善該填埋場(chǎng)周邊環(huán)境，具有良好的環(huán)境和社會(huì)效益。

5 改造后的運(yùn)行效果

采用項(xiàng)目設(shè)計(jì)升級(jí)改造的工藝流程，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室小試模擬，進(jìn)水和各階段處理出水指標(biāo)平均值見(jiàn)表2。

表2 升級(jí)改造工藝效果Table 2 Inlet and outlet water quality after reconstruction

由表2可知，滲濾液進(jìn)水指標(biāo)均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，經(jīng)固液分離和水解酸化預(yù)處理后，有效改善了可生化性，生化系統(tǒng)的處理能力顯著提升，COD去除率達(dá)86.1%。MBR出水經(jīng)臭氧氣浮處理后難降解有機(jī)物得以有效去除。DTRO出水的各項(xiàng)指標(biāo)可穩(wěn)定滿(mǎn)足《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889—2008）要求。

6 結(jié)論

（1）受限于滲濾液可生化性差和膜處理系統(tǒng)高污染負(fù)荷，某垃圾填埋場(chǎng)滲濾液處理站出水水質(zhì)長(zhǎng)期無(wú)法滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn)，出水水量遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，采用“高效固液分離—水解酸化—A2/O/MBR—臭氧氣浮—DTRO”的組合工藝對(duì)于高污染負(fù)荷的垃圾滲濾液穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放具有顯著優(yōu)勢(shì)。

（2）固液分離預(yù)處理可有效脫除懸浮物、硬度和大分子有機(jī)物，減輕后續(xù)系統(tǒng)結(jié)垢；水解酸化分解了難降解有機(jī)物，提高了滲濾液的可生化性；A2/O?MBR一體化處理裝置可維持系統(tǒng)較高的污泥濃度，強(qiáng)化生物處理；臭氧氣浮處理控制MBR出水中殘余的污染物，降低膜處理系統(tǒng)的污染物負(fù)荷；DTRO膜深度處理系統(tǒng)產(chǎn)水率高，可有效降低濃水產(chǎn)量。

（3）升級(jí)改造總投資609.9萬(wàn)元，改造后系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用為34.87元/m3，設(shè)計(jì)工藝出水可滿(mǎn)足《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889—2008）標(biāo)準(zhǔn)要求，為傳統(tǒng)垃圾滲濾液處理站的升級(jí)改造提供了借鑒和參考。