小型垃圾填埋場垃圾滲濾液的實際產生量通常會遠大于設計值，對南方多雨地區(qū)，特別是山區(qū)，由于地勢、氣候原因極易出現(xiàn)垃圾滲濾液泄漏、溢流現(xiàn)象。垃圾滲濾液具有氨氮高、色度大、毒性強、污染時間長等特點，是一種成分復雜的高濃度有機廢水，一旦發(fā)生泄漏、溢流都將對周邊地下水及附近水源造成極大的污染。因此，針對南方多雨地區(qū)的小型垃圾填埋場設計一套處理效率高、響應時間快、運行可靠的垃圾滲濾液溢流廢水處理系統(tǒng)是十分必要的，通過實際項目實施、驗證形成一套穩(wěn)定的處理技術工藝包也勢在必行。
1、工程概況
云南山區(qū)某垃圾填埋場占地面積為8000m2，設計垃圾日處理能力為90t/d，由于地處山坳，大量雨水、山泉水滲入垃圾填埋場，導致原垃圾滲濾液處理站的處理規(guī)模（10m3/d）遠低于實際水量（400m3/d左右）的要求，多余的垃圾滲濾液經收集排入臨時應急調節(jié)池，外運至城市污水處理廠處理，隨著雨季水量的增大，現(xiàn)場需緊急進行就地處理。項目在保留原處理站的基礎上，新建一座日處理水量為500m3/d的廢水處理站，出水水質要求達到《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB16889—2008）表2的排放限值。項目位置如圖1所示。
項目廢水為垃圾滲濾液與雨水、山泉水的混合廢水，污染物濃度較傳統(tǒng)垃圾滲濾液低，根據(jù)對實際進水水質的監(jiān)測，以年內的污染物最高值設計進水水質，如表1所示。
該項目具有以下難點：
①廢水處理達標難度大
由表1可知，進水可生化性差，平均碳氮比僅為1.5，嚴重失衡，僅有的有機物基本為難降解有機物。根據(jù)處理要求，廢水TN去除率需達到80%，傳統(tǒng)工藝路線很難實現(xiàn)，且碳源的投加量較高。此外，廢水的水量、水質波動大，對生化系統(tǒng)的抗沖擊負荷能力要求較高。
②項目緊急，建設周期短
項目建設前期，垃圾滲濾液被收集排入臨時修建的調節(jié)池暫存并定期外運處理，由于項目所在地即將進入雨季，需要在1個月內完成廢水處理站的建設，并實現(xiàn)通水達標。
③項目占地緊湊
項目地處山區(qū)山坳，可供廢水站建設的區(qū)域僅為700m2左右的人工堤壩。可供現(xiàn)場施工、建設的場地較小，施工難度大，且后期維護的難度也較高。
2、工藝選擇
該項目廢水的處理難點為脫氮和難降解有機物，采用生化處理是最經濟有效的處理方式。國內滲濾液常用的生化處理方法是以A/O工藝為主并結合MBR的組合處理工藝。
傳統(tǒng)以A/O為主的生化工藝一直存在脫氮效率低、碳源消耗量大的問題。而多級A/O工藝可以通過增加A/O級數(shù)提高脫氮率，而且采用分段進水可以充分利用原水的碳源進行反硝化，減少外加碳源。同時理論上系統(tǒng)無需內回流，污泥濃度高，因此具有脫氮效率高、運行成本低、污泥產率低、抗沖擊負荷能力強等優(yōu)點，非常適用于進水TN高、對TN去除率要求較高的廢水處理。表2為多級A/O工藝的應用情況。
由表2可知，該工藝已經被應用于市政廢水、養(yǎng)殖廢水、合成廢水以及煤化工等高濃度工業(yè)廢水的處理。
MBR污水處理工藝具有污染物去除率高、占地面積小的優(yōu)點，其中膜組件具有高效的污泥截留率，可以減少污泥流失，使反應器內維持較高的污泥濃度，為提高系統(tǒng)處理效率提供了保障。同時，滲濾液中的高氨氮濃度有利于實現(xiàn)短程硝化反硝化，最終達到去除COD和TN的目的。項目選用平板膜，相較中空纖維膜，其機械穩(wěn)定性高、抗污染能力強、使用壽命更長，可以減少運行中的反沖洗和更換頻率，便于現(xiàn)場的運營維護。兩種膜的對比見表3。
針對該項目的實際情況，選擇分段進水多級A/O工藝，結合軟片平板膜MBR，形成水解酸化-三級A/O-MBR-脫色-紫外消毒的技術方案，現(xiàn)場建設以預制的一體化設備為主。
3、工藝設計
3.1 多級A/O工藝的計算
3.1.1 工藝分級數(shù)量確定
根據(jù)設計進、出水水質計算，項目脫氮率達到80%才能實現(xiàn)達標。多級A/O系統(tǒng)的反硝化率與末端A池的進水比例成反比，假定各級采用等比例進水，在不考慮內回流的情況下，系統(tǒng)需要2.5級，實際設計時最終取值為3級。
3.1.2 流量分配比例確定
多級A/O配水計算一般有兩種方式：①采用等負荷流量分配法，其遵循的原則是保證各級硝化菌負荷相同，以利于硝化菌生長，優(yōu)先滿足系統(tǒng)硝化要求，最大程度降低出水氨氮濃度；②采用流量分配系數(shù)法，原則是各缺氧段進水有機質恰好可以為上級好氧區(qū)產生的硝酸鹽氮反硝化提供充足的電子供體，采用該方法可以充分利用原水中碳源，發(fā)揮缺氧區(qū)的反硝化潛力，并保證最后一級進水量最少，降低出水硝酸鹽氮濃度。該項目廢水處理的難點是對TN的去除，因此采用流量分配系數(shù)法，強化反硝化作用。
根據(jù)多級A/O流量分配系數(shù)法對各級配水比例進行確定，即第一級進水比例是根據(jù)第一級缺氧區(qū)將回流污泥中的硝酸鹽氮全部反硝化，且第一級進水中的BOD剛好完全用于反硝化進行計算。根據(jù)第二級進水的BOD將第一級好氧區(qū)產生的硝酸鹽氮完全反硝化，從而計算第二級的進水比例。同理計算出第三級進水比例。最終根據(jù)各級比例之和為1及碳源投加情況微調，確定各級流量最終分配比例。
根據(jù)原水水質和TN去除率要求，最終確定三級配水比例分別為42%、33%、25%。為減少碳源投加，設計第一級利用原水自身的有機物進行反硝化，第二級才開始補充碳源。
3.1.3 池容計算
根據(jù)德國排水技術協(xié)會（ATV）最新制定的城市污水設計規(guī)范確定每級池體池容，即通過確定每級的最小泥齡、污泥濃度和污泥產率，計算每級的池容。最終每級池容比約為1∶4∶3。
3.1.4 設計參數(shù)
該項目多級A/O生化池設計規(guī)模為500m3/d，設計變化系數(shù)為2，生化設備設計水溫為10℃，平板膜設計膜通量為13.9L/（m2·h），主要參數(shù)如表4所示。
3.2 工藝流程設計
工藝流程見圖2。填埋場來水首先進入原調節(jié)池，通過水泵按比例分別提升至一級、二級、三級缺氧池，與回流污泥或前段好氧池中硝酸鹽氮進行充分反硝化，進水氨氮進入下一級好氧池進行硝化反應。廢水進入第三級好氧池（MBR膜池），通過平板膜的過濾作用實現(xiàn)對污染物的去除，出水經脫色、消毒后達標排放。
考慮來水的不穩(wěn)定性，系統(tǒng)在每級好氧池中設置內回流泵。一級、二級好氧池硝化液分別回流至一級、二級缺氧池，三級好氧池（MBR膜池）設污泥回流，80%回流至一級缺氧池，20%回流至三級缺氧池。系統(tǒng)在二級和三級缺氧池分別補充碳源，在三級好氧池（MBR膜池）投加PAC除磷。污泥池污泥定期外運至城市廢水廠脫水處理。
4、構筑物設計
4.1 調節(jié)池
調節(jié)池利用原濾液儲存池，水力停留時間6d，較長的停留時間能夠同時起到水解酸化作用；設置2臺提升泵，Q=25m3/h，H=100kPa，P=2.2kW，1用1備；配套設置超聲波液位計。
4.2 生化池
生化池采用地上一體化設備，考慮項目場地受限和山區(qū)道路的運輸要求，池體設計尺寸統(tǒng)一為9.0m×2.9m×2.9m，共計12臺（含1臺設備間），按照缺氧好氧計算比例進行池體分布，池體設計遵循模塊化、標準化原則，提高生產、安裝效率。池體布置見圖3。
廢水分別從缺氧池A1、A2、A3進水，進水管分別設流量計以按比例進水。缺氧池底部設穿孔曝氣攪拌管，間歇運行，使廢水與污泥充分混合，防止污泥在池中沉淀。一級、二級好氧池設回流泵，Q=18m³/h，H=50kPa，P=1.5kW，每級設2臺，1用1備，共4臺，好氧池底部設微孔曝氣盤。三級好氧池（MBR膜池）底部前端設微孔曝氣盤，后端裝軟片平板膜，單套膜組件膜面積為250m2，共6套。膜池末端設耦合式污泥回流泵，Q=42m³/h，H=100kPa，P=2.2kW。
設備間設產水自吸泵，Q=25m³/h，H=50kPa，P=2.2kW，2臺，1用1備；風機Q=8.8m3/min，H=29.4kPa，P=7.5kW，3臺，2用1備，1臺用于一、二級生化曝氣，1臺供膜池，分別設變頻控制。同時設置次氯酸鈉、檸檬酸、PAC的儲罐和加藥計量泵各1套，碳源儲罐和加藥計量泵2套。
4.3 脫色池及計量渠
脫色池采用地上式鋼結構，碳鋼防腐，尺寸為3.5m×2.5m×2.5m，設置應急排空閥門。計量渠進口設管式紫外消毒器，P=0.65kW。明渠流量計配套巴歇爾槽，探頭防護等級為IP66。
4.4 污泥池
污泥池采用地下碳鋼設備，碳鋼防腐，尺寸為3.0m×2.0m×2.5m，設置上清液溢流口，溢流至調節(jié)池，污泥池設抽泥口。
5、運行狀況
該項目自啟動設計開始，實際施工僅40d即具備通水條件，除管路現(xiàn)場安裝，其他設備基本均提前預制，而后運輸至現(xiàn)場，極大地提高了建設效率。自項目通水試運行以來，設備已穩(wěn)定運行一年，對調試開始的連續(xù)4個月進行了水質監(jiān)測分析，出水COD、氨氮、TN、TP的平均值分別為47.8、8.8、37.9和0.57mg/L。2022年部分月份的運行數(shù)據(jù)如圖4所示。
該項目處理水量波動較大。由于啟用前調節(jié)池已儲存較多前期的高濃度廢水，因此運行初期處理水量充足，污染物濃度也處于較高水平；運行至3月初，水量迅速下降；4月出現(xiàn)了降雨，水量開始增多，進水污染物濃度也迅速降低。水質、水量的波動造成出水在短期內也出現(xiàn)波動，但整體滿足排放要求，可見系統(tǒng)的抗沖擊負荷能力較強。
出水COD隨進水波動，超標風險高。一方面由于隨著進水TN增加，碳源投加量加大，容易出現(xiàn)碳源穿透，使出水COD偏高；另一方面，進水COD存在大量難降解有機物，生化處理比較困難。
TN的去除主要依賴于進水碳源，當進水TN出現(xiàn)較大波動時，若未及時補充足夠碳源，將會導致出水TN超標。進水氨氮、TN標準差分別可達46.2和53.6mg/L，可見進水TN濃度較不穩(wěn)定，會造成廢水處理微生物系統(tǒng)在短期內難以適應，導致出水TN超標。出水水質雖然有一定波動，但波動范圍較小，總體處于達標范圍以內。根據(jù)項目實際出水情況來看，系統(tǒng)污泥濃度維持在7000~12000mg/L，其中膜池維持在8000~12000mg/L，遠高于普通的A/O工藝，這可能是多級A/O工藝穩(wěn)定性和抗沖擊負荷能力更強的主要原因。
由于系統(tǒng)污泥齡為18.9~19.7d，不利于生物除磷，但由于進水TP不高，實際運行中TP維持在1mg/L左右。當系統(tǒng)進水TP超過3mg/L時，為保險起見，需啟動化學除磷進行輔助除磷。
在3月8日開始連續(xù)數(shù)日低水量的情況下，為了防止污泥老化，系統(tǒng)減少了碳源投加，同時停用了第一級A/O系統(tǒng)，一級好氧池采用間歇攪拌，僅維持回流過泥狀態(tài)，從出水水質情況來看，運行效果未受到影響。由于一級A/O系統(tǒng)的污泥一直處于活性狀態(tài)，當4月20日左右來水量突然增加后，重新啟動一級A/O，系統(tǒng)可以快速運行，從實際運行情況看也達到了較好的處理效果。這表明多級A/O工藝對水質、水量異常變化的應急廢水處理有較高的適用性，設備運行情況如圖5所示。
6、設計討論
在多級A/O工藝設計中，前提是假定前一級硝化產生的硝態(tài)氮在隨后的缺氧段完全反硝化，從而計算出配水比例和池容，而在實際過程中，可能無法實現(xiàn)進入每一級A/O系統(tǒng)的污染物都得到完全去除。因此，工藝設計了內回流，提高了單級的反硝化率，保證后段系統(tǒng)能夠按設計參數(shù)正常運行。從實際運行效果來看，啟動內回流后，確實能夠降低出水TN，但回流量過大會造成缺氧池DO升高，特別是第一級疊加了污泥回流，總回流量達到300%以上，缺氧池DO超過0.5mg/L，進而影響反硝化作用。初期在未啟動一級、二級內回流，僅開啟外回流時，系統(tǒng)每級污泥濃度呈現(xiàn)7000~8000、7500~8500和9000~12000mg/L的梯度遞增趨勢，而當增加了內回流后，隨著內回流量的增加，系統(tǒng)各級污泥濃度趨于一致，可見內回流會破壞系統(tǒng)的污泥濃度梯度，但由于可以提高系統(tǒng)出水水質，因此，內回流可以作為出水水質超標時的一種備用措施。
對于低碳氮比分段進水的多級A/O工藝，配水比例宜采用流量逐級增大的分配方式。按照該設計思路，若碳源投加于總進水，第三級進水比例將超過41%，但即使在增加80%的內回流比條件下，TN去除率仍無法達到80%的要求。因此，該項目考慮在第二級和第三級投加碳源，最終配水比例呈逐級遞減趨勢。第三級進水比取值為25%，設計TN去除率達到87%，相對保險。
由于來水碳氮比平均為1.8，因此必須考慮碳源投加才能保證脫氮效果，分段投加碳源后，實際碳源平均投加量為720kg/d，實際控制碳氮比為4.2~5.5，該值低于傳統(tǒng)A/O工藝的7.1~8.4。因此與傳統(tǒng)工藝相比，此工藝的碳源投加量預計可以節(jié)省30%左右。但實際進水碳氮比在1.0~4.5劇烈波動，且水量、TN和COD都在不斷變化，碳源投加量難以實時精確調節(jié)，因此在實際運行中仍然造成了部分碳源的浪費。
該項目設置了內回流泵，但實際應用中可以不啟動或部分啟動，同時基于一體化設備設置氣動攪拌替代機械攪拌，系統(tǒng)裝機功率為47.2kW。整個運行周期內，實際平均運行電耗為457kW/d（內回流泵按照每天12h運行時間計），與傳統(tǒng)A2O-MBR工藝相比，節(jié)省運行能耗約29%（見表5）。
7、結論
①云南某垃圾填埋場垃圾滲濾液的溢流液采用多級A/O-MBR工藝進行處理，平均污泥濃度≥7000mg/L，抗沖擊負荷能力強，可實現(xiàn)脫氮率≥80%，出水水質達到了《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB16889—2008）表2的排放要求。
②采用模塊化的一體化污水處理設備，現(xiàn)場施工周期僅40d，實際占地僅約600m2，極大地提高了施工效率并節(jié)省了占地，方便了現(xiàn)場運維。同時設備退役后可拆卸回收，減少二次污染。
③采用流量分配系數(shù)法進行多級A/O設計，低水量時減少運行級數(shù)，相較于傳統(tǒng)A/O工藝，藥劑成本降低約30%，運行能耗降低29%左右。后期采用精準調控策略，可進一步降低運行成本。
④該項目的實施可為難降解垃圾滲濾液的應急處置及類似高濃度、低碳氮比廢水處理工程的設計和實施提供參考。（來源：中建環(huán)能科技股份有限公司，中建環(huán)能工程設計研究有限公司）
