1、202311工艺与设备160Modern Chemical Research当代化工研究前置反硝化和后置反硝化工艺在某老龄垃圾渗沥液处理中的应用研究孙建亭 郑威 胡钢 刘思源 刘爽 黄格*（武汉环投千子山环境产业有限公司 湖北 430100）摘要：生活垃圾填埋场渗沥液是一种成分复杂的高浓度有机废水，本文通过对某老龄生活垃圾填埋场渗沥液处理工程实例的分析，浅析了生化选用A/O工艺时，在满足排放要求的前提下，使用前置反硝化和后置反硝化的效果对比，同时分析了处理生化段的运行成本，后置反硝化比前置反硝化在药剂使用量上更为节省，其中葡萄糖节省约25%30%，碳酸钠节省约5%8%，氢氧化钠节省约5%6%，
2、总体运营药剂成本减少约30%。关键词：垃圾渗沥液；前置反硝化与后置反硝化；成本分析中图分类号：X 文献标识码：ADOI：10.20087/ki.1672-8114.2023.11.049Application of“Pre-denitrification and Post-denitrification”Process in the Treatment of an Aged Garbage LeachateSun Jianting,Zheng Wei,Hu Gang,Liu Siyuan,Liu Shuang,Huang Ge*(Wuhan Huantou Qianzishan Environ
3、mental Industry Co.,Ltd.,Hubei,430100)Abstract：Domestic waste landfill leachate is a kind of organic wastewater with complex composition and high concentration.Based on the analysis of the leachate treatment project of an elderly household waste landfill,this paper analyzes the comparison of the eff
4、ect of pre-denitrification and post-denitrification when the biochemical A/O process is selected,under the premise of meeting the discharge requirements,and analyzes the oper-ation cost of the biochemical treatment section.The post-denitrification is more economical than the pre-denitrification in t
5、he amount of agents.Among them,the carbon source is saved about 25%30%,sodium carbonate is saved about 5%8%,sodium hydroxide is saved about 5%6%,and the overall operating pharmaceutical cost is reduced about 30%.Key words：landfill leachate；pre and post denitrification；cost analysis生活垃圾渗沥液是一种成份复杂的高浓度
6、有机废水，根据填埋时间的不同可分为早期垃圾渗沥液（填埋时间5年），中期垃圾渗沥液（填埋时间510年）和晚期垃圾渗沥液（填埋时间10年）。随着填埋场使用年限的增加，渗沥液中的COD、BOD、氨氮和总氮等都会发生很大变化。随着渗沥液年龄的增加，渗沥液中的有机物浓度逐渐降低，B/C由早期渗沥液的0.5以上逐渐降至0.1以下，可生化性逐渐变差，碳氮比严重失衡1-3。垃圾填埋场渗沥液处理的常用工艺主要有两类：“预处理+生物处理+膜过滤”组合工艺和“预处理+膜过滤”应急处理4-5。老龄渗沥液中含有高浓度的氨氮且C/N较低，目前垃圾处理的核心工艺还是生化处理法，根据反硝化和硝化工艺先后顺序的不同，可以分为前
7、置反硝化和后置反硝化，其运行方式存在一定的差异，通过对某老龄渗沥液处理工程实例的分析，对比了前置、后置反硝化的处理效果，以期为垃圾渗沥液生物处理工艺的高效运行提供理论支撑。1.前置反硝化与后置反硝化介绍（1）前置反硝化反应。前置反硝化工艺的缺氧段设置在好氧段之前，需要设置硝化液回流，缺氧段先利用废水中的葡萄糖进行反硝化反应，污水和回流污泥及硝化回流液直接进入反硝化段可使污水中的有机污染物得到充分利用，减少外加葡萄糖的投入。此外较高浓度的渗沥液直接进入好氧池，会使化能自养型的硝化菌难以和异养型微生物进行生长和繁殖速率竞争，使其在污泥中的含量减少，硝化效率降低，同时提高污泥产量，所以大多数渗沥液工
8、艺设计时，都是反硝化在前，硝化在后。（2）后置反硝化反应。后置反硝化工艺是在好氧段后直接设置缺氧段，不设硝化液回流，由于好氧段会消耗废水中的葡萄糖导致缺氧段反硝化的葡萄糖不足，需要外加葡萄糖提高脱氮效率。后置反硝化对比前置反硝化，此工艺使氨氮在好氧池先氧化为硝态氮，再在反硝化池还原为氮气，实现废水中氮的去除。2.本工程采用的工艺介绍(1)项目介绍某生活垃圾填埋场，2007年投入使用，自2021年新建的生活垃圾焚烧发电厂投入使用后，库区不再填埋新的生活垃圾，目前该填埋场已属于老龄化垃圾填202311工艺与设备161Modern Chemical Research当代化工研究埋场。填埋场设计日处理
9、原生垃圾1200t，实际日产生渗沥液约300t且由于封场、回灌等原因，导致渗沥液调节池水质变化较大。根据现有水质情况（表1所示），渗沥液处理站设计处理能力：生化处理部分300m3/d，深度处理部分200m3/d，产水率为66.7%，出水满足GB 16889-2008 表2排放标准。表1 某填埋场渗沥液进水水质情况表水质指标CODcr/(mg/L)BOD5/(mg/L)TN/(mg/L)NH3-N/(mg/L)TP/(mg/L)进水浓度35002500030036004200 32003800812(2)采用工艺介绍该项目主体工艺采用“预处理+生化膜深度处理+高级氧化”，其中外置式超滤出水分两路
10、进行处理，70%出水进入反渗透膜系统，30%出水进入芬顿系统。处理工艺流程如图1所示。渗沥液原液鸟粪石塔混凝沉淀池A2/O外置式超滤膜反渗透系统达标排放两级芬顿A/O电催化废气吸收浓液回灌库区超滤液浓液回流图1 某填埋场渗沥液处理工艺流程图垃圾渗沥液经过预处理（鸟粪石塔+混凝沉淀）进入生化系统，生化系统主要采用A2/O系统，生化处理后通过外置式MBR膜处理后进入反渗透膜系统和高级氧化深度处理部分。(3)生化A2/O工艺相关参数A池池容900m3，设计停留时间3d。采用潜水推流搅拌机4台功率2.2kW，搅拌功率610W/m3。反硝化容积负荷1.01.4kg/(m3d)。反硝化污泥负荷0.08 0
11、.15kg/(kgMLVSSd)。硝化池池容2100m3，设计停留时间7d。采用两台无油螺杆鼓风机（一备一用）设计气水比40100:1，污泥溶度600011000mg/L，现场控制污泥浓度9000 mg/L。设计硝化容积负荷0.40.5kg/(m3d)。设计硝化污泥负荷0.040.05kg/(kgMLVSSd)。(4)后置反硝化设计为控制成本，降低反硝化葡萄糖的投入，原设计工艺以短程反硝化为目标进行工艺控制和调节，实际运行中运行成本无法达到短程硝化反硝化理论葡萄糖消耗量，转化1g亚硝酸盐氮为氮气时，需要有机物（以BOD5表示）1.71g（2NO2-+6H(电子供体有机物)N2+2H2O+2OH
12、-）6，实际消耗量约为3.5g（如图3所示）。由于老龄化垃圾渗沥液C/N低，需增加后置反硝化设计，如图2所示。渗沥液原液鸟粪石塔混凝沉淀池A2/O外置式超滤膜反渗透系统达标排放硝化池浓液回灌库区超滤液浓液回流反硝化池图2 某填埋场渗沥液处理修改后工艺流程图该设计将原系统中超滤出水全量化处理装置，改造成一套后置反硝化反应实验装置。通过该实验装置的运行，分析了前置反硝化和后置反硝化在相同运行条件下各项指标的对比。3.数据分析对比原工艺经过混凝沉淀池后的原液先经过缺氧池，然后到过好氧池，最后通过缺氧池后进入外置式超滤系统。为确保经过两级反渗透出水稳定达标排放，A2/O 系统处理出水浓度需要达到表2要
13、求。表2 某填埋场渗沥液处理站超滤出水水质情况表水质指标CODcr/（mg/L）BOD5/（mg/L）TN/（mg/L）NH3-N/（mg/L）TP/（mg/L）A2/O系统处理出水10001500060120200 5010002本系统生化A/O池控制参数控制如表3所示。表3 某填埋场渗沥液处理站生化池控制指标控制指标pH溶解氧/（mg/L）一级A池7.07.500.2一级O池7.08.011.5二级A池6.57.000.2参数控制运行主要保证系统中实现短程消化反硝化，从而节约碳源。经过参数控制在培养15d后可以实现亚硝酸氮积累，在前置反硝化反应中亚硝酸氮占硝态氮60%左右，后置反硝化中亚硝
14、酸氮占硝态氮85%以上，在实际运行发现实现短程硝化反硝化难点就是系统运行条件的改变导致亚硝态氮无法快速被还原成氮气，会导致微生物亚硝态氮中毒，进而亚硝态氮转化成硝态氮会导致运行成本增加。202311工艺与设备162Modern Chemical Research当代化工研究反硝化会产生碱度，导致一级A池pH偏高，最高可以达到9.5，随着pH升高脱氮效率下降，一般可以通过回流硝化液的形式降低pH值，如果在氨氮较高的情况下会在缺氧池投加盐酸。反硝化池溶解氧控制，在0.2mg/L以下。NH3-N在硝化池转化为亚硝酸盐会导致pH下降，如果不加以调控会导致pH下降到更低，在硝化池中投加碳酸钠或氢氧化钠进
15、行调节，二级反硝化池溶解氧，前段控制在0.3mg/L左右，后端为0mg/L，为保证反渗透对氨氮的截留效果，超滤膜出水pH需要控制在7左右，现场实际运行中需要投加盐酸加以控制。本工艺采用“生化A2/O”工艺时，COD去除率在50%左右，氨氮（NH3-N）的去除率在98%左右，总氮（TN）的去除率在96%左右，如图2所示。图3 生化反应去除效果图4 每千克总氮消耗葡萄糖量图5 每千克总氮消耗碳酸钠量 图6 每千克总氮消耗氢氧化钠量从葡萄糖的用量分析，前置反硝化用量明显大于后置反硝化，去除1kg的总氮前置反硝化比后置反硝化多消耗0.51kg葡萄糖，如图3所示。说明采用后置反硝化方式的短程硝化反硝化葡
16、萄糖利用更加彻底。投加的葡萄糖有部分流失到好氧区，用于微生物生化反应。通过对氢氧化钠和碳酸钠投加量分析，如图4和 图5所示，在维持各个单元pH时碳酸钠的消耗相差不大，对比氢氧化钠的消耗量，前置反硝化消耗相对较大，主要原因是回流量较大导致水质波动较大，加大了氢氧化钠的投加量。在盐酸投加分析时，如图6所示，后置反硝化的盐酸使用量略高于前置反硝化，主要是后端反硝化较为彻底，碱度产生较多，为保持后端膜过滤效果，需要调整进入超滤系统pH在7左右，所以后置反硝化盐酸使用量要高于前置反硝化的用量。图7 每千克总氮消耗盐酸量4.总结由于氨氧化菌（AOB）比亚硝酸氧化菌（NOB）在适应高浓度FA（游离氨）和FNA（游离亚硝酸）强，后置反硝化可在O池维持一个较高游离氨（FA）和游离亚硝酸（FNA）状态，有利于筛选出氨氧化菌，氨氧化菌AOB菌种的富集是后置反硝化中短程硝化反硝化成功的关键7。通过对碳源的投加分析，可以认为在老龄化垃圾渗沥液（BOD浓度几乎为0）的处理中，后置反硝化比前置反硝化在药剂使用量上更为节省，其中葡萄糖节省约25%30%，碳酸钠节省约5%8%，氢氧化钠节省约 5%6%，总体运营药剂成本