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城市污水混合垃圾渗滤液脱氮试验研究 * 石明岩 1 冯兆继 1 余建恒 2 王少林 2 夏耿东 2 1. 广州大学土木工程学院， 广州 510006;2. 广州市大坦沙污水处理厂， 广州 510163 摘要 采用倒置 A2/O 工艺处理垃圾渗滤液与城市污水混合后的污水脱氮。正交试验得到， 水力停留时间是影响混合 污水脱氮和有机物去除的控制因素; 理论最优运行参数是 HRT 为 9 h、 ρ DO 为 2 mg/L、 R 为 80 、 r 为 200 ， 该工况 下 COD、 NH3-N 和 TN 的平均去除率分别为 77. 4 、 97. 2 和 62. 4 ， 出水浓度可稳定地达到 GB18918 － 2002 城镇污 水处理厂污染物排放标准 一级 A 标准。 关键词 倒置 A2/O 工艺; 垃圾渗滤液; 城市污水; 脱氮; 正交试验; 水力停留时间 EXPERIMENTAL STUDY ON NITROGEN REMOVAL OF LANDFILL LEACHATE AND URBAN WASTEWATER Shi Mingyan1Feng Zhaoji1Yu Jianheng2Wang Shaolin2Xia Gengdong2 1. School of Civil Engineering， Guangzhou University，Guangzhou 510006， China; 2. Guangzhou Datansha Sewage Treatment Plant， Guangzhou 510163， China AbstractThe reversed A2/O process was used for nitrogen removal of landfill leachate and municipal wastewater. The results showed that HRT was the key factor for nitrogen and organics removal efficiency by orthogonal experiment. On conditions of HRT 9 h，DO 2. 0 mg/L，R 80 ，r 200 ，the effect of organics and nitrogen removal was the best，and the average removal rate of COD， NH3-N， TN were 77. 4 ， 97. 2 and 62. 4 ;meanwhile the effluent concentration could steadily meet A-level of the first-order of the“Discharge Standard of Pollutants for Municipal Wastewater Treatment Plant” . Keywordsreversed A2/O process; landfill leachate; municipal wastewater; nitrogen removal; orthogonal experiment; hydraulic retention time * 广 州 市 科 技 计 划 项 目 2007J1-Q411 ; 广 州 大 学 新 苗 计 划 项 目 20071002 。 0引言 垃圾渗滤液， 又称渗沥水或浸出液， 是垃圾在堆 放或者填埋过程中由于发酵、 降雨及径流的影响以及 地表水的浸泡而滤出的污水 ［ 1］。因其氨氮和 COD 浓 度高、 水质水量变化大等特点， 而成为水处理研究领 域的难点和热点 ［ 2］。目前渗滤液主要以场内集中处 理或与城市污水合并处理为主。较单独处理， 合并处 理经济、 便捷。但广州市 D 污水厂的运行实践表明， 因垃圾渗滤液的混入， 城市污水处理系统脱氮效率下 降。国内外有关城市污水混合垃圾渗滤液处理的研 究多集中在混合比例、 渗滤液预处理和有机物去除等 方面 ［ 3- 5］， 对脱氮处理的研究鲜见报道。为此， 本研究 立足常规污水处理手段， 重点探讨了混合污水脱氮的 优化运行策略， 为污水处理厂混合污水经处理后氮的 稳定达标排放提供借鉴和参考。 1工艺流程与方法 1. 1工艺流程 反应器为有机玻璃材质， 模拟 D 厂倒置 A2/O 工 艺设计。前端为调节池， 内设搅拌机， 保证垃圾渗滤 液和城市污水混合均匀。反应器主体长 宽 高 0. 8 m 0. 6 m 0. 6 m， 有效水深为 0. 42 m， 有效体 积为 0. 2 m3， 用隔板分成缺氧区、 厌氧区、 好氧 1 区和 好氧 2 区， 体积比为 2∶ 1∶ 2. 5∶ 2. 5， 各池之间水力连 通。缺 /厌氧区设有搅拌机。好氧区末端设混合液回 流管， 底部设有微孔曝气器。末端为沉淀区， 长 宽 0. 6 m 0. 2 m， 有 效 水 深 为 0. 5 m， 泥 斗 高 为 0. 25 m， 有效体积为 0. 055 m3， 底部设排泥管和污泥 回流管。工艺流程见图 1。 93 环境工程 2010 年 10 月第 28 卷第 5 期 1进水泵;2电磁式空气压缩机;3流量计;4污泥回流泵;5混合液回流泵;6电动搅拌机;7曝气器;8在线 DO 仪; 9排泥管;10出水管;11调节池;12缺氧池;13厌氧池;14好氧 1 池;15好氧 2 池;16沉淀池 图 1工艺流程 1. 2用水水质与分析项目 试验在广州市 D 厂进行。城市污水和垃圾渗滤 液分别取自 D 厂沉砂池出水和广州市某垃圾填埋 场， 水质见表 1。在调节池将垃圾渗滤液和城市污水 按 1∶ 700 的体积比混合， 水温为 23 ～ 30 ℃ 。 主要分析 项目为 COD、 NH3-N 和 TN， 均采用国家规定的标准 方法测试。DO 和 pH 分别采用 HACH sc100 在线溶 氧仪和 CYBERSCAN510 型 pH 计测定。 表 1用水水质 mg/L pH 除外 项目ρ COD ρ NH3-N ρ TNpH 垃圾渗滤液 8 500 ～ 25 000 2 500 ～ 5 5002 800 ～ 6 0007. 0 ～ 8. 0 城市污水50 ～ 20010 ～ 3012 ～ 337. 0 ～ 8. 0 混合污水82 ～ 17321. 8 ～ 33. 624. 8 ～ 36. 47. 0 ～ 8. 0 1. 3试验方法 选用正交试验方法， 根据实际运行经验， 因素选 定为水力停留时间 A 、 好氧池溶解氧浓度 B 、 污 泥回流比 C 和混合液回流比 D ， 每个因素取 3 个 水平， 选用 L9 34 正交表， 如表 2。 表 2正交试验设计 因素 A HRT/h B ρ DO / mg L － 1 C R / D r/ 水平111260100 211380200 3114100300 49280300 593100100 69460200 772100200 87360300 97480100 2结果与分析 2. 1试验结果 理论上将 1 g 的 NO － 3 -N 还原为 N2需要碳源有 机物 2. 86 g［ 6］。试验中， COD 去除量与 TN 去除量比 值平均为 5. 61， 远高出全程反硝化脱氮所需的理论 有机碳源 ［ 7］， 碳源没有成为反硝化的限制因素， 也反 映出在试验选择的低混合比下， 垃圾渗滤液的混入未 对碳源构成影响。 表 3 为试验结果， 出水氨氮和有机物浓度可稳定 地达到 GB18918 － 2002 城镇污水处理厂污染物排放 标准 一级 A 标准， 总氮浓度可满足一级 B 标准， 总 体处理效果良好。 2. 2试验结果分析 对试验结果作直观分析， 见表 4。 对于各个评价指标， 极差最大的因素均为水力停 留时间， 即脱氮和去除有机物控制因素为水力停留时 间。分析不同工况下的处理效果， 见图 2。当水力停 留时间由 7 h 工况 7 ～ 工况 9 延长到 11 h 工况 1 ～ 工况 3 时， 氨氮平均去除率由 87. 3 增至 98. 6 ， 总氮平均去除率由 47. 3 升至 57. 8 ， COD 平均去 除率由 67. 1 提高到 80. 1 ， 处理效果因水力停留 时间的延长获得提高， 与现有的研究一致 ［ 8- 9］。 对于去除氨氮， 其次影响因素为好氧池溶解氧浓 度。保持其他条件不变， 观察好氧池溶解氧浓度对硝 化的影响， 结果如图 3。从图 3 可见， 溶解氧浓度对 氨氮的去除具有积极的促进作用。当溶解氧质量浓 度为 2 mg/L 时， 氨氮平均去除率为 89. 4 ; 当溶解 氧质量浓度升高到 3 mg/L 及以上时， 氨氮平均去除 率达 99. 2 ， 硝化已近完全。 分析得到， 污泥回流比对反硝化脱氮的影响仅次 于水力停留时间， 见图 4。从图 4 的结果中发现， 在 04 环境工程 2010 年 10 月第 28 卷第 5 期 表 3正交试验结果 试验号 ρ COD ρ NH3-N ρ TN 出水 / mg L － 1 平均去除率 / 出水 / mg L － 1 平均去除率 / 出水 / mg L － 1 平均去除率 / 120. 0 ～ 34. 079. 60. 6 ～ 1. 097. 011. 5 ～ 15. 556. 8 217. 0 ～ 25. 083. 80. 1 ～ 0. 299. 310. 1 ～ 13. 459. 8 319. 0 ～ 33. 077. 00. 1 ～ 0. 399. 410. 7 ～ 14. 656. 7 427. 0 ～ 36. 075. 90. 7 ～ 1. 994. 811. 5 ～ 15. 058. 4 524. 0 ～ 33. 075. 10. 4 ～ 1. 097. 812. 4 ～ 15. 656. 2 624. 0 ～ 35. 073. 40. 2 ～ 0. 698. 713. 3 ～ 17. 352. 0 738. 0 ～ 59. 067. 12. 9 ～ 4. 985. 813. 8 ～ 15. 549. 7 835. 0 ～ 56. 062. 43. 0 ～ 4. 886. 714. 5 ～ 19. 944. 8 931. 0 ～ 41. 071. 82. 2 ～ 3. 689. 513. 5 ～ 17. 447. 3 表 4直观分析结果 考察指标项目影响因素的主次顺序 主→次 COD 去除率 因素HRT/hr/R / ρ DO / mg L － 1 最佳水平112001002 相对极差13. 84. 63. 53. 0 NH3-N 去除率 因素HRT/h ρ DO / mg L － 1 R /r/ 最佳水平11460100 相对极差10. 93. 60. 60. 6 TN 去除率 因素HRT/hR / ρ DO / mg L － 1 r/ 最佳水平8802. 580 相对极差10. 35. 03. 70. 36 图 2 HRT 对处理效果的影响 其他参数不变的条件下， 随污泥回流比的增大， 总氮 去除率呈上升趋势， 特别是当污泥回流比由 60 变 化到 80 时， 总氮去除率变化较为明显， 平均增幅约 14 ， 表明污泥回流比的增加对反硝化有利。 据理论公式 ［ 10］计算， 见表 5， 总氮去除率平均理 论值为 77. 7 ～ 79. 1 ， 高于试验平均值 20. 0 ～ 图 3好氧池溶解氧浓度对 NH 3-N 去除效果的影响 图 4污泥回流比对总氮去除率的影响 30. 3 ， 说明若严格控制操作条件， 总氮去除效率还 有较大提升空间。 表 5总氮去除率试验值与理论值的比较 R /TN 去除率 试验值TN 去除率 理论值 6047. 477. 7 8058. 278. 2 10058. 079. 1 14 环境工程 2010 年 10 月第 28 卷第 5 期 对 试 验 结 果 进 一 步 作 方 差 分 析 ［ 11］，如 表 6 所示。 表 6 显示， 水力停留时间对脱氮具有高度显著影 响， 对去除有机物具有显著影响; 好氧池溶解氧浓度 对硝化具有显著影响; 污泥回流比对反硝化脱氮具有 高度显著影响， 与直观分析结果一致。 表 6方差分析结果 方差来源 离差平方和 氨氮总氮COD 自由度 FF 临界值 /显著性 氨氮总氮COD氨氮总氮COD A212. 1178. 6288. 92368. 2723. 020. 9F0. 01 2， 2 99. 01F0. 01 2， 2 99. 01F0. 05 2， 2 19. 02 B20. 820. 913. 8236. 084. 81. 0F0. 05 2， 2 19. 02F0. 05 2， 2 19. 02 C0. 739. 623. 421. 2160. 51. 7 F0. 1 2， 2 9. 0F0. 01 2， 2 99. 01F0. 1 2， 2 9. 0 D0. 60. 231. 821. 01. 02. 3 F0. 1 2， 2 9. 0 误差0. 60. 213. 8 注1 代表具有高度显著影响;2 代表具有显著影响。 2. 3最佳工况的确定 图 5最佳工况下处理效果 由表 4 的极差计算结果发现， 水力停留时间的最 佳平均值为 11 h。结合图 3 看到， 水力停留时间超过 9 h 时， NH3-N 和 TN 去除率没有明显提高， COD 去除 率略有提高。在保证一定处理规模的前提下， 若延长 水力停留时间， 则需相应扩大处理构筑物容积， 增加 基建投资和占地面积， 降低处理工艺的经济性 ［ 12］ ， 故 水力停留时间确定为 9 h。 对于去除氨氮， 综合处理效果和经济因素， 确定 最佳溶解氧质量浓度为 2 mg/L。同理， 最佳混合液 回流比选定为 200 。 同时看到， 不同评价指标最佳污泥回流比均不相 同。因污泥回流比对总氮去除相对影响较大， 故最佳 污泥回流比从脱氮角度确定为 80 。 综合上述分析， 得到因素的最佳组合为 HRT 为 9 h、 ρ DO 为 2 mg/L、 R 为 80 、 r 为 200 ， 此时的 处理结果如图 5 所示。 最佳工况下， 出水 ρ COD 最低为 17 mg/L， 最高 为 36 mg/L， 去除率为 76. 4 ～ 78. 2 ; 出水 ρ NH3- N 为 0. 3 ～ 1. 0 mg/L， 硝化率高达 95. 7 ～ 97. 8 ; 出水 ρ TN 在 9. 2 ～ 12. 6 mg/L， 去除率为 58. 9 ～ 61. 2 ， 且上述各项指标出水浓度均在国家一级 A 排放标准以内。 3结论 1 在试验选择的低混合比下， 垃圾渗滤液的混 入对混合污水碳源未构成影响， 倒置 A2/O 工艺处理 混合污水脱氮效果良好。 2 水力停留时间是混合污水脱氮和去除有机物 的控制因素， 其增长对硝化和反硝化去除均有利。综 合处理效果和经济因素， 水力停留时间宜控制在 9h。 3 好氧池溶解氧浓度和污泥回流比分别为影响 硝化和反硝化的次要影响因素， 在试验选择的范围 内， 其增长分别对氨氮和总氮去除有利。 4 水温为 23 ～ 30 ℃ 时， 正交试验确定城市污水 混合垃圾渗滤液脱氮的最佳运行参数 HRT 为9 h、 ρ DO 为 2 mg/L、 R 为 80 、 r 为 200 ， 此时 COD、 NH3-N 和 TN 平均去除率分别为 77. 4 、 97. 2 和 62. 4 ， 出水浓度均可稳定地达到 GB18918 － 2002 一级 A 标准。 参考文献 ［1 ］ 梁军波， 杨开， 张大义， 等. 用 MBR-PAC 方法处理垃圾渗滤液 的研究［J］ . 环境科学与技术， 2006， 29 6 93- 94. ［2 ］ 徐峥勇， 杨朝晖， 曾光明， 等. 序批式生物膜反应器 SBBR 处 理高氨氮渗滤液的脱氮机理研究［J］ . 环境科学学报， 2006， 26 1 55- 60. ［3 ］ 陈瑜. 成都地区垃圾渗滤液 － 城市污水合并处理可行性研究 ［D］ . 成都西南交通大学， 2008 28- 30. 下转第 46 页 24 环境工程 2010 年 10 月第 28 卷第 5 期 ≦ 15 ℃ ， 将对生化速率产生明显的不利影响。另 外， 温度对膜分离的过流通量也产生直接影响。 3本系统要求稳定的不间断供电。突然断电对 系统的压力管道、 膜片及仪表仪器都会带来严重损 害， 因此， 在电力不能保证的地区， 该设备难以实用。 3结论及建议 结合本场在渗沥液处理实践过程中遇到的问题， 考虑到各垃圾填埋场的渗沥液处理情况， 本文提出以 下几方面建议 1加强技术攻关， 实现关键技术与装备国产化。 目前我国渗沥液处理的关键技术和装备主要依赖进 口， 如分离膜等， 造成渗沥液处理投资及运行成本居 高不下。因此， 应尽快吸收国外的先进技术， 组织相 关的处理技术攻关， 逐步实现关键技术与装备国产 化， 以降低设施建设运营成本， 不断提高我国渗沥液 处理设备现代化水平。 2实行垃圾分类处理， 源头减量。a. 进行垃圾 的源头分类收集， 不但可以降低渗沥液的产生量及污 染物浓度， 而且可以实现资源的回收利用;b. 进行 危险废物的源头分类收集， 可以减少渗沥液中重金属 盐的含量， 还可以减少污染地下水的风险。 3采用先进的垃圾填埋技术、 管理方式以减少 渗沥液的产生量。可通过以下措施实现 a. 增加雨 污分流工程， 将垃圾渗沥液和雨水分开收集分别处 理， 从而降低处理费用; b. 合理分期建设填埋作业 区， 减小填埋作业区的汇水面积， 同时减少渗沥液臭 气的散发; c. 在填埋作业单元和未使用的单元间设 置活动式围堰可有效地隔离渗沥液和地表水等。 4加强渗沥液的收集和处理。如 a. 为保证雨 季渗沥液及时导排， 杜绝填埋区渗沥液大面积积存， 可在填埋区增设主盲沟和支盲沟， 加强渗沥液导排; b. 为加快堆体表面渗沥液的下渗速度， 可根据填埋 作业找好坡度， 在填埋区及填埋作业现场低位置建设 渗沥液收集池， 提高渗沥液收集效率。 参考文献 ［1 ］ 聂永丰. 三废处理工程技术手册固体废物卷［M］ . 北京化 学工业出版社，2000. ［2 ］ 赵由才，龙燕，张华，等. 生活垃圾卫生填埋技术［M］ . 北京 化学工业出版社，2004146- 172. ［3 ］Environmental Protection Agency.Landfill Manuals Landfill OperationPractices ［M ］ .Ireland EnvironmentalProtection Agency，1997. ［4 ］ 建设部人事教育司. 城市生活垃圾卫生填埋处理技术［M］ . 北京 中国建筑工业出版社，2004. ［5 ］ 许保玖，龙腾锐. 当代给水与废水处理原理［M］ . 2 版. 北京 高等教育出版社，2000. ［6 ］ 王磊刚. 垃圾填埋场渗滤液处理技术探讨［J］ . 工业安全与环 保， 2009， 35 1 35- 38. ［7 ］ 余昆朋. 生活垃圾填埋场渗沥液污染控制分析及对策［J］ . 环 境卫生工程， 2009， 17 1 39- 45. 作者通信处郑丽婷100024北京市朝阳区金盏乡高安屯北京 市朝阳循环经济产业园 电话 010 65418319 E- mailhszlt 126. com 2010 － 02 － 01 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 42 页 ［4 ］ 沈耀良， 王宝贞， 杨铨大， 等. 厌氧折流板反应器处理垃圾渗滤 混合废水［J］ . 中国给水排水， 1999， 15 5 10- 12. ［5 ］ 何品晶， 付强， 邵立明， 等. 渗滤液与城市污水合并处理过程的 有机物去除特征［J］ . 环境科学学报， 2005， 25 7 954- 958. ［6 ］ 郑兴灿， 李亚新. 污水除磷脱氮技术［M］ . 北京 中国建筑工业 出版社， 1998 57- 58. ［7 ］Goronszy M C. 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