廢棄菜葉是蔬菜收獲、加工、銷售過程中產生的廢棄物，含有豐富的有機質和N、P、K等多種營養元素，具有含水率高、易腐爛等特性，廢棄菜葉腐爛后產生的滲濾液是一種碳、氮和磷含量都較高的廢水。大量廢棄菜葉如果得不到合理處理和處置，則可能在堆放或者填埋過程中產生惡臭和高濃度的滲濾液，對空氣和地下水造成嚴重的污染。
目前，廢棄菜葉處理廠大多采用A/O、A/A/O等處理工藝，這些工藝普遍存在TN去除率偏低、出水難以穩定達標的問題。
1、工程概況
云南省某廢棄菜葉處理廠采用破碎+厭氧產沼氣+泥水分離的模式處理廢棄菜葉，處理量為2500t/d，產生廢水2000m3/d。采用A2O2為主體的工藝處理厭氧出水，在保證COD處理效果的同時，強化對氮的脫除。污泥處理采用疊螺脫水機，出水水質滿足《污水排入城鎮下水道水質標準》(GB/T31962—2015)C級標準。該廢水處理裝置占地面積6000m2，于2019年底建設完成開始投入運行，總投資為3800萬元。
1.1 設計進、出水水質
廢水處理系統設計進、出水水質見表1。
1.2 工藝流程
該廢棄菜葉處理項目進水來自厭氧發酵系統經固液分離后的廢水，是一種高濃度有機廢水，COD、SS、氮和磷的濃度非常高，C/N偏低，需要強化對NH+4－N和TN的去除。本處理工藝設置混凝沉淀和氣浮分離廢水中的SS，同時去除部分TP。針對出水TN要求，選擇A2O2處理流程，通過兩級脫氮保證出水TN穩定達標。該廢水的水質和水量季節性波動較大，需要一套適應性較強的處理工藝。
廢棄菜葉廢水處理流程見圖1。
2、主要處理單元及設計參數
2.1 A2O2+MBＲ生物處理
好氧池根據已有池體改建，A2O2池體有效容積合計14506m3，其中一級A池有效容積2778m3，一級O池有效容積9878m3，二級A池有效容積1101m3，二級O池(MBＲ膜池)有效容積749m3，設計污泥濃度(MLSS)為8000mg/L，污泥負荷為0.14kgCOD/(kgMLSS·d)。混合液回流比為8～10，設有混合液回流泵2臺(1用1備)，單臺回流泵Q=800m3/h、H=90kPa、N=37kW。
一級A池及二級A池中安裝潛水攪拌機，其中一級A池分兩格，一級A池1安裝2臺，葉輪直徑320mm，轉速740r/min，功率2.2kW；一級A池2安裝2臺，葉輪直徑620mm，轉速480r/min，功率10kW；二級A池安裝2臺，葉輪直徑620mm，轉速480r/min，功率5kW。
一級O池中安裝射流曝氣器，某氧轉移效率約25%，曝氣量404m3/min，同時根據氣水比4∶1選擇射流循環泵。曝氣風機共5臺，其中1臺Q=86m3/min、P=58.8kPa、N=132kW，另外4臺(3用1備)Q=106m3/min、P=58.8kPa、N=160kW，4臺中2臺風機為變頻電機，轉速由變頻器控制。
在二級O池中安裝內置式MBＲ膜，膜材質為PVDF，規格25m2×0.4μm，360片，分為6套，單套60片，膜通量最大設計值為0.22m3/(m2·d)。設置3臺膜風機，2用1備，單臺Q=27m3/min、P=58.8kPa、N=45kW。2臺自吸泵(1用1備)作為出水泵，單臺Q=115m3/h、H=150kPa、N=11kW。2臺污泥回流泵(1用1備)，回流比8～10，單臺泵Q=800m3/h、H=90kPa、N=37kW。同時為膜設置獨立的控制系統及加藥清洗系統。
2.2 污泥處理
設計好氧產泥系數0.2kgMLSS/(kgCOD·d)，預處理及好氧處理合計產泥472t/d(含水率為99%)，通過污泥脫水后產生含水率為80%的污泥23.6t/d，用無軸螺旋輸送機輸送至小車上外運。
將現有一格池體改造為污泥池，有效容積453m3，池內安裝2臺潛水攪拌機防止污泥沉積，葉輪直徑320mm，轉速740r/min，功率0.75kW。污泥池配2臺螺桿泵(1用1備)作為污泥進料泵，將污泥提升至污泥脫水機，單臺螺桿泵Q=55m3/h、H=300kPa、N=11kW，變頻控制。
污泥脫水采用1臺疊螺脫水機，主體材質為不銹鋼304，處理量為400～600kgDS/h，設備總功率9kW，配獨立控制系統，與污泥進料泵、加藥裝置、加藥泵連鎖，配獨立三倉式PAM加藥裝置，制藥量為3000L/h，加藥螺桿泵2臺(1用1備)，單臺Q=5m3/h、H=300kPa、N=2.2kW。
3、工藝運行
廢水處理系統設備安裝完成后進入設備調試和工藝啟動階段，接種污泥取自曲靖某城市污水處理廠的脫水剩余活性污泥，含水率約為81.3%，MLVSS/MLSS為71%。接種濃度按3000mg/L計算，接種污泥量為240t。進水來自廢棄菜葉厭氧消化后經固液分離后的廢水，啟動初始時O池COD控制在1000mg/L以內，采用定量間歇進水，逐步提高系統的處理負荷。
A2O2池兩個缺氧段DO控制在0.5mg/L之內，各個好氧段控制DO為1.0～2.5mg/L。進水與一級O池末端的回流混合液及二級O池(膜池)的回流污泥混合后進入一級A池，根據TN的脫除及A池的DO進行混合液回流量的控制，回流比控制在8～10。根據COD、NH+4－N和TN的負荷調整，通過污泥回流比和排泥量控制A池MLSS為3～8g/L，膜池為8～10g/L。剩余污泥通過疊螺脫水系統脫水后外運處置，污泥含水率為81%～83%。
4、結果與討論
4.1 容積負荷變化及污泥濃度控制
圖2所示為系統啟動過程中容積負荷隨時間的變化關系。由于啟動初期出水NH+4－N濃度過高，為減少進水帶入系統的NH+4－N，控制進水量為300m3/d。當NH+4－N濃度降至正常范圍后，隨即提升系統的處理量，將污泥負荷控制在0.05～0.15kgCOD/(kgMLSS·d)、0.02～0.04kgNH+4－N/(kgMLSS·d)、0.04～0.13kgTN/(kgMLSS·d)，經過40多天，容積負荷逐步提升到設計值。
圖3所示為各處理水量對應的MLSS，污泥負荷的控制通過調整系統的MLSS實現，隨著廢水處理量的提升，MLSS也相應提升。此外，由于廢棄菜葉處理有明顯的季節性，水量隨季節變化幅度較大，運行時需要根據水量調整，以滿足不同處理量時的MLSS控制要求。
在啟動初期池內泡沫和浮渣現象較為嚴重，圖4所示為O池的泡沫和A池的浮渣情況。分析原因可能與接種污泥量偏多，不適應新環境的污泥死亡較多以及進水SS偏高等因素相關。此外。系統長期在低負荷下運行對泡沫和浮渣的產生也有一定的貢獻。因此，通過控制沉淀和氣浮系統的運行效果、投加消泡劑、投加磷和調整射流曝氣系統等方法消除泡沫對系統正常運行的影響。隨著運行負荷的逐步上升，泡沫和浮渣現象逐步減輕并消除。
4.2 對COD的去除效果
圖5所示為系統進、出水COD及COD去除率的變化情況。
在運行初期(第1～26天)，系統進水COD為3900～7400mg/L，出水COD為160～430mg/L，COD去除率達到90%以上。從第27天開始，對COD去除率逐漸降低，出水COD逐漸升高。在第40天時，出水COD最高達到1000mg/L以上，COD去除率降到70%。分析認為系統運行初期COD去除率較高可能與調試時池內注入了約2/3的地下水以及新接種污泥對污染物的吸附作用相關。此外，為了控制池內NH+4－N的濃度，在開始運行的前40天內系統的進水量較少，活性污泥的COD負荷平均不到0.03kg/(kgMLSS·d)，這導致微生物長期缺乏營養，開始內源呼吸，所以表現為出水COD升高，COD去除率下降。在系統的氨氮去除率升高后，第46天開始逐步提升進水量，并投加了甲醇作為碳源，污泥的COD負荷約達到0.1kg/(kgMLSS·d)。因此從第47天開始系統對COD的去除率逐步恢復，又經過25天左右的運行(第81天)，對COD的去除率達到了94%以上，出水COD降至300mg/L以下，系統運行穩定。
4.3 對NH+4－N的去除效果
圖6所示為系統進、出水NH+4－N濃度和去除率的變化情況。可以看出，系統的進水NH+4－N濃度變化較大(930～1300mg/L)。在系統運行的前15天內，出水NH+4－N逐步上升后趨于平穩，最高達到了740mg/L，NH+4－N去除率較低，平均為40%左右。分析認為運行初期由于系統的污泥齡較短，而硝化菌世代時間較長，增殖較慢，影響了硝化反應的進行。此外，水溫相對較低、pH值較高(約8.3)，游離氨(FA)的升高也會在一定程度上抑制硝化菌的活性。第38天時，出水NH+4－N開始出現降低的趨勢，經過7天左右的運行，出水NH+4－N逐步降至5mg/L以下，NH+4－N去除率逐步上升并穩定在99%以上，最高達到99.8%，系統硝化效果良好。
4.4 對TN的去除效果
圖7所示為系統進、出水TN濃度和去除率的變化情況。
在系統啟動初期(第5～41天)，由于硝化反應微弱，所以大部分NH+4－N沒有轉化為硝酸鹽，導致反硝化效果也相對較差，表現為系統對TN的去除率較低，出水TN濃度較高。隨著系統內硝化作用的加強，NH+4－N幾乎全部轉化為硝酸鹽，為硝化反應的進行創造了條件。因此從第48～61天，出水TN開始出現緩慢下降的趨勢，系統對TN的去除率也相應地逐步提高。但從第59～78天，發現出水TN穩定在200mg/L左右，去除率沒有提升。分析認為與A段DO的控制、混合液的回流比以及碳氮比有關。相應地采取控制兩個A段的DO＜0.5mg/L、適當加大回流比和投加甲醇作為碳源等措施，從第78天開始，出水TN逐步從200mg/L左右降到最低6mg/L，去除率最高時超過99.5%。
4.5 對TP的去除效果
由于混凝沉淀和氣浮處理過程對TP有較高的去除效率，所以進入生物處理系統的TP濃度只有5～10mg/L，經過生物處理后出水的TP維持在2～5mg/L。由于進入生物處理系統COD/TP達到400，考慮碳源增加后系統的COD/TP高達600～800，所以系統表現為活性污泥增長緩慢。解決方案：投加磷酸二氫鈉或少量菜葉原汁，系統缺磷的狀況有所好轉，經過一段時間的運行，池內的浮渣和泡沫問題基本消除。
5、運行費用
廢水處理系統的運行費用主要包括藥劑費、電費、水費、人工費、在線監測委托費、排污費、設備維修費等。
①藥劑費：PAC單價為2元/kg，用量為1.94kg/m3，費用為3.88元/m3；PAM單價為28元/kg，用量為0.06kg/m3，費用為1.68元/m3；消泡劑單價為3元/kg，用量為0.08kg/m3，費用為0.24元/m3；化驗藥劑費為4400元/月，折合0.073元/m3(處理水量按2000m3/d計)；碳源(甲醇)單價為3.5元/kg，用量為2.1kg/m3，費用為7.35元/m3。
②電費：電價為0.85元/(kW·h)，用量為23500kW·h/d，費用為9.99元/m3。
③水費：單價為3.5元/m3，用量為35m3/d，費用為0.061元/m3。
④人工費：主管1人，操作工9人，化驗工1人，主管8000元/月，其余人員5500元/月，折合1.11元/m3。
⑤委托在線監測費：235000元/a，折合0.33元/m3。
⑥排污費：2.7元/m3。
⑦設備維修費：300元/d，折合0.15元/m3。以上合計為27.564元/m3。
6、結論
①采用A2O2工藝處理廢棄菜葉厭氧處理出水，對COD的去除率達到90%以上，出水COD＜300mg/L；對NH+4－N的去除率達到99%以上，出水NH+4－N＜10mg/L；對TN的去除率達到97%以上，出水TN＜45mg/L；對TP的去除率達到90%以上，出水TP＜5mg/L，系統運行穩定。
②當廢水水量和水質發生變化時，需相應調整系統內MLSS，保證微生物的負荷在合理范圍內。（來源：無錫馬盛環境能源科技有限公司，江南大學環境與土木工程）
