厌氧折流板调节池预处理转运站垃圾压滤液的中试研究
导读:：转运站垃圾压滤液是垃圾压缩作业中产生的高浓度污水。转运站压缩作业产生的垃圾压滤液排入转运站内污水井。图1转运站污水厌氧折流板调节池结构。
关键词：转运站，垃圾压滤液，厌氧折流板调节池
转运站垃圾压滤液是垃圾压缩作业中产生的高浓度污水。按照《生活垃圾转运站运行维护技术规程》：“转运站污水的排放应按国家与地方标准的有关要求预处理后排入城市污水管网或单独处理达标后排放”的要求，转运站压滤液应采用转运站原位预处理后排入城市污水管网的方式。厌氧处理对填埋场垃圾渗滤液等高浓度污水的处理已有较多研究，并已有工程应用，而厌氧处理用于转运站污水处理报道较少。S. M. D. Ghasimi等用厌氧方法处理了吉隆坡Taman Beringin垃圾转运站垃圾压滤液，经过间歇试验[1]和半连续试验[2]，COD去除率可达52.7%。韩丹等[3]用厌氧和膜生物反应器处理了垃圾中转站模拟污水，路江涛等[4]用同时厌氧好氧反应器处理稀释后的广州某垃圾压缩站废水，都取得了一定的效果，证明了转运站压滤液厌氧预处理的可行性。因此，可将转运站现有污水调节池改造为厌氧调节池，作为转运站污水快速处理工艺的前置预处理单元。污水经过厌氧调节和基于高级氧化的快速处理工艺后COD降至约1000mg/L，出水澄清透明且无恶臭。
厌氧调节池设计为厌氧折流板形式。其结构简单，操作方便。无需额外的动力，占地面积小，已有部分工程应用实例[5-8]，Yilmaz T等[9]研究了与转运站垃圾压滤液性质相似的填埋场新鲜垃圾渗滤液，取得了较好的处理效果。但目前研究多为实验室小试规模，中试及工程层面的研究尚较少。
1 实验材料与方法
1.1 中试装置
在江苏常州某转运能力25t/d的垃圾转运站建立现场中试试验系统。装置具有1.5m3/d的处理能力，设计水力停留时间6d，内部分为5格，上下流室宽度比取4。在各个隔室设置取样口、排泥口和放空口，并设置了厌氧气体排出口将厌氧产气通过水封排出室外。
图1 转运站污水厌氧折流板调节池结构
Fig. 1 Structure of transfer station waste water anaerobic baffledregulation pool
1.2 实验方法
转运站压缩作业产生的垃圾压滤液排入转运站内污水井，试验中垃圾压滤液经潜污泵从污水井提升至厌氧折流板调节池。实验在室温条件(约25°C)下进行免费。
(1)厌氧折流板调节池运行稳定性验证：转运站垃圾压滤液有机污染物浓度很高，变化剧烈，会产生很大的冲击负荷;pH值较低，在长期不经pH值调节直接进水的运行方式下容易出现酸化现象。厌氧折流板调节池经成功启动后持续进水以考察其在冲击负荷和长期低pH值进水的情况下运行稳定性。
(2)厌氧折流板调节池酸化水质特征及调控措施：厌氧折流板调节池出现酸化状况后，监测了水质特征，并综合运用各种调控手段试图恢复其厌氧活性。
2 结果与分析
2.1 厌氧生化调节池运行稳定性
2.1.1 厌氧折流板调节池稳定运行阶段出水水质
厌氧折流板调节池启动所需厌氧污泥125kg取自常州某垃圾焚烧厂厌氧反应器。由于转运站垃圾压滤液水质与垃圾焚烧厂渗滤液水质较为相似，仅用30d即完成了启动。此时水力停留时间从启动时的10d减为6d。启动结束后调节池内污泥浓度见表1。
表1 调节池内污泥浓度
Table 1 Sludge concentration in regulation pool
|
格室 |
MLSS（g/L） |
MLVSS（g/L） |
MLVSS/MLSS |
|
1 |
91.312 |
72.676 |
0.796 |
|
2 |
14.68 |
10.76 |
0.733 |
|
3 |
2.088 |
1.24 |
0.594 |
|
4 |
0.712 |
0.552 |
0.775 |
|
5 |
0.564 |
0.384 |
0.681 |
前两个格室，尤其是第一格室污泥量远远大于后面的格室，各格室污泥MLVSS均占到MLSS的0.6～0.8左右，反映出各个格室的污泥都具有很高的微生物活性，运行过程中无需排泥。污泥成熟的同时，通过水封可观察到厌氧气体的大量产生，标志着启动完成。
启动成功后，厌氧折流板调节池稳定运行阶段进出水COD和pH值变化见图2。
图2 厌氧折流板调节池稳定运行阶段进出水水质
Fig. 2 Inflow and effluentwater quality of anaerobic baffled regulation pool at the stage of stableoperation
转运站垃圾压滤液水质变化非常剧烈。实验中，进水出现了两次明显的水质波动环境保护，COD变化幅度近30000mg/L，对厌氧调节池是严重的冲击负荷。相应的，厌氧折流板调节池所承受的平均有机负荷在2.5kgCOD/(m3·d)以上，最高可达4kgCOD/(m3·d)。第一格室冲击负荷甚至可达到20kgCOD/(m3·d)，出水表现出两次相应的波动趋势，而波动幅度远小于进水，显示了厌氧折流板调节池良好的进水缓冲均质性能。同时COD的去除率可达60%。
转运站垃圾压滤液呈较强的酸性，pH值在4以下。对应于出水COD较为稳定的状况，厌氧折流板调节池出水pH值也稳定在在6.5左右。由于全过程未采取任何手段调节进水pH值，出水pH的升高和稳定显示厌氧折流板调节池中厌氧污泥产甲烷活性的成熟和菌群稳定。在较长时间(一周以上)低pH值进水的情形下，厌氧折流板调节池仍然保持较好的厌氧活性。厌氧折流板调节池的这一特性具有良好实际工程应用基础。
在经过长期低pH值进水后，出水pH值变化趋势曲线末端出现了酸化的迹象，出水pH值呈现下降的趋势。这预示着厌氧折流板调节池将进入酸化状态，尽管COD去除率尚保持稳定，也必须加以调控以保证其正常运行。
2.1.2 厌氧生化调节池对其他污染物的去除效果
稳定运行阶段的前期和后期，分别监测了厌氧折流板调节池对SS、氨氮、总氮、总磷等重点污染物的去除效果，见表1。
表2 重点污染物指标处理效果监测(mg/L)
Table 2 Treatment effect monitoring of keypollutant(mg/L)
|
监测时间 |
SS |
TOC |
氨氮 |
总氮 |
总磷 |
|
|
稳定运行前期 |
进水 出水 |
2280 424 |
12400 5890 |
287 966 |
1420 980 |
263 65.9 |
|
稳定运行后期 |
进水 出水 |
921 115 |
18200 11100 |
444 370 |
1920 1060 |
205 96.1 |
厌氧折流板调节池对SS去除率可达80%以上，这是由于其特有的折流板结构实现的多级重力沉砂效果;同时，SS的沉降也同时有利于厌氧污泥的颗粒化。由于总氮在转运站垃圾压滤液中绝大部分以有机氮的形式存在，在厌氧过程中，有机氮转变为氨氮导致氨氮浓度反而升高，这与刘宏娟等[10]的观察也是一致的。经厌氧折流板调节池后，绝大部分总氮以氨氮形式存在。研究中观察到，总氮和总磷都有一定的去除效果(总氮去除30%～40%，总磷可达70%)环境保护，其中非生物过程(沉淀、吸附等)去除作用有重要贡献。
厌氧折流板调节池对转运站垃圾压滤液的SS、有机污染(COD、TOC)等重点污染物有较好的处理效果，但是出水尚不能完全达到要求，出水在转运站现场通过后续处理技术(高级氧化等)深度处理后排放是必要的。
2.2 厌氧折流板调节池酸化水质特征及调控措施
2.2.1 厌氧折流板调节池酸化状态特征
由于前一阶段未对进水作任何调控，在稳定运行的后期已出现酸化的迹象。为研究厌氧折流板调节池酸化状态下的特性以及酸化后的调控措施，维持进水的高浓度和低pH值不变。厌氧折流板调节池逐渐进入酸化阶段。出现酸化迹象后的短时间内，厌氧折流板调节池各格室pH值出现明显的突降。由于第一格室承受了远大于其他格室的有机负荷，pH值从6左右突降至5.5以下，大于出水pH值的降幅网。酸化后，厌氧折流板调节池第一格室和后面各格室的pH值已没有明显差别，说明了其中的厌氧微生物已被严重抑制，产甲烷的作用已经很不活跃。
2.2.2 酸化调控措施
酸化后综合调控措施为：(1)进水变为压滤液与冲洗水混合后的污水(COD约15000mg/L);(2)水力停留时间从6d延长至8d，最后达到启动之初的10d;(3)通过设置在第一格室的加药口投加氢氧化钠和碳酸氢钠等，控制进水pH值为7。(4)调控后期补加了约25kg厌氧污泥。调过程中各格室pH值变化见图3。
图3 厌氧折流板调节池调控阶段pH值
Fig.3 Anaerobic baffled regulation pool pHat the at the stage of regulate and control operation
进水VFA浓度为128mmol/L，出水降为109mmol/L，大量的VFA仍未被降解，pH值的提高仅仅是人为调控进水pH值的结果。调控后期补加污泥后，出水pH值在原有基础上显现上升趋势，厌氧活性开始出现恢复。酸化阶段和采取调控措施后进出水COD浓度变化见图4。
图4 厌氧折流板调节池调控阶段COD
Fig.4 Anaerobic baffled regulation pool COD at the atthe stage of regulate and control operation
调控前期，延长水力停留时间、降低进水浓度、控制pH值等对COD降解率的提高也没有明显作用。而在后期补加污泥后，出水COD开始呈现下降趋势，大约10d后调节池即可恢复。这与出水pH值的变化趋势是吻合的，此时调节池可以恢复正常运行。
3 结论
(1)厌氧折流板折流板调节池具有较强的抗冲击负荷能力，可以有效缓冲高浓度转运站垃圾压滤液水质的剧烈变化并达到较好的预处理效果。水力停留时间为6d，室温下运行的情况下，进水浓度50000mg/L～80000mg/L时环境保护，可以使出水稳定在25000mg/L左右。
(2)厌氧折流板调节池对低pH值进水有较好的缓冲作用，能在较低pH值进水(4～4.5)的情况下稳定运行一段时间，具有良好的实际工程应用特性。经验证，用于处理压滤液和冲洗水的混合污水时，结合基于高级氧化的快速处理工艺，污水COD降至约1000mg/L，出水澄清透明且恶臭被完全去除，可达到预期效果。
(3)长期低pH值进水容易导致厌氧折流板调节池出现酸化现象，此时出水水质(pH值、COD浓度、VFA浓度)迅速恶化，接近于出水。综合调控措施恢复较为缓慢，采取补加厌氧污泥是较为有效的调控手段。应采取以下对策防止酸化：尽量提高进水的碱度，应用中可考虑处理压滤液和冲洗水混合污水;利用在线对调节池内pH值进行实时监测，同时监测进出水VFA浓度，发现酸化迹象应立即采取调控措施。
参考文献(References)
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[8]周磊.垃圾粪便污水ABR现场处理研究及渗滤液集中处理设计[D]. 武汉:华中科技大学, 2004.
[9]Yilmaz T, et al. Anaerobictreatment of young landfill leachate[A]: Proceedings of 2010 international conferenceon environmental science and development, 2010:238-242, Singapore
[10]刘宏娟等.厌氧折流板反应器处理制药废水中试研究[J]: 给水排水, 2008, 34:210-212
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