废弃菜叶是蔬菜收获、加工、销售过程中产生的废弃物，含有丰富的有机质和N、P、K等多种营养元素，具有含水率高、易腐烂等特性，废弃菜叶腐烂后产生的渗滤液是一种碳、氮和磷含量都较高的废水。大量废弃菜叶如果得不到合理处理和处置，则可能在堆放或者填埋过程中产生恶臭和高浓度的渗滤液，对空气和地下水造成严重的污染。
目前，废弃菜叶处理厂大多采用A/O、A/A/O等处理工艺，这些工艺普遍存在TN去除率偏低、出水难以稳定达标的问题。
1、工程概况
云南省某废弃菜叶处理厂采用破碎+厌氧产沼气+泥水分离的模式处理废弃菜叶，处理量为2500t/d，产生废水2000m3/d。采用A2O2为主体的工艺处理厌氧出水，在保证COD处理效果的同时，强化对氮的脱除。污泥处理采用叠螺脱水机，出水水质满足《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T31962—2015)C级标准。该废水处理装置占地面积6000m2，于2019年底建设完成开始投入运行，总投资为3800万元。
1.1 设计进、出水水质
废水处理系统设计进、出水水质见表1。
1.2 工艺流程
该废弃菜叶处理项目进水来自厌氧发酵系统经固液分离后的废水，是一种高浓度有机废水，COD、SS、氮和磷的浓度非常高，C/N偏低，需要强化对NH+4－N和TN的去除。本处理工艺设置混凝沉淀和气浮分离废水中的SS，同时去除部分TP。针对出水TN要求，选择A2O2处理流程，通过两级脱氮保证出水TN稳定达标。该废水的水质和水量季节性波动较大，需要一套适应性较强的处理工艺。
废弃菜叶废水处理流程见图1。
2、主要处理单元及设计参数
2.1 A2O2+MBＲ生物处理
好氧池根据已有池体改建，A2O2池体有效容积合计14506m3，其中一级A池有效容积2778m3，一级O池有效容积9878m3，二级A池有效容积1101m3，二级O池(MBＲ膜池)有效容积749m3，设计污泥浓度(MLSS)为8000mg/L，污泥负荷为0.14kgCOD/(kgMLSS·d)。混合液回流比为8～10，设有混合液回流泵2台(1用1备)，单台回流泵Q=800m3/h、H=90kPa、N=37kW。
一级A池及二级A池中安装潜水搅拌机，其中一级A池分两格，一级A池1安装2台，叶轮直径320mm，转速740r/min，功率2.2kW；一级A池2安装2台，叶轮直径620mm，转速480r/min，功率10kW；二级A池安装2台，叶轮直径620mm，转速480r/min，功率5kW。
一级O池中安装射流曝气器，某氧转移效率约25%，曝气量404m3/min，同时根据气水比4∶1选择射流循环泵。曝气风机共5台，其中1台Q=86m3/min、P=58.8kPa、N=132kW，另外4台(3用1备)Q=106m3/min、P=58.8kPa、N=160kW，4台中2台风机为变频电机，转速由变频器控制。
在二级O池中安装内置式MBＲ膜，膜材质为PVDF，规格25m2×0.4μm，360片，分为6套，单套60片，膜通量最大设计值为0.22m3/(m2·d)。设置3台膜风机，2用1备，单台Q=27m3/min、P=58.8kPa、N=45kW。2台自吸泵(1用1备)作为出水泵，单台Q=115m3/h、H=150kPa、N=11kW。2台污泥回流泵(1用1备)，回流比8～10，单台泵Q=800m3/h、H=90kPa、N=37kW。同时为膜设置独立的控制系统及加药清洗系统。
2.2 污泥处理
设计好氧产泥系数0.2kgMLSS/(kgCOD·d)，预处理及好氧处理合计产泥472t/d(含水率为99%)，通过污泥脱水后产生含水率为80%的污泥23.6t/d，用无轴螺旋输送机输送至小车上外运。
将现有一格池体改造为污泥池，有效容积453m3，池内安装2台潜水搅拌机防止污泥沉积，叶轮直径320mm，转速740r/min，功率0.75kW。污泥池配2台螺杆泵(1用1备)作为污泥进料泵，将污泥提升至污泥脱水机，单台螺杆泵Q=55m3/h、H=300kPa、N=11kW，变频控制。
污泥脱水采用1台叠螺脱水机，主体材质为不锈钢304，处理量为400～600kgDS/h，设备总功率9kW，配独立控制系统，与污泥进料泵、加药装置、加药泵连锁，配独立三仓式PAM加药装置，制药量为3000L/h，加药螺杆泵2台(1用1备)，单台Q=5m3/h、H=300kPa、N=2.2kW。
3、工艺运行
废水处理系统设备安装完成后进入设备调试和工艺启动阶段，接种污泥取自曲靖某城市污水处理厂的脱水剩余活性污泥，含水率约为81.3%，MLVSS/MLSS为71%。接种浓度按3000mg/L计算，接种污泥量为240t。进水来自废弃菜叶厌氧消化后经固液分离后的废水，启动初始时O池COD控制在1000mg/L以内，采用定量间歇进水，逐步提高系统的处理负荷。
A2O2池两个缺氧段DO控制在0.5mg/L之内，各个好氧段控制DO为1.0～2.5mg/L。进水与一级O池末端的回流混合液及二级O池(膜池)的回流污泥混合后进入一级A池，根据TN的脱除及A池的DO进行混合液回流量的控制，回流比控制在8～10。根据COD、NH+4－N和TN的负荷调整，通过污泥回流比和排泥量控制A池MLSS为3～8g/L，膜池为8～10g/L。剩余污泥通过叠螺脱水系统脱水后外运处置，污泥含水率为81%～83%。
4、结果与讨论
4.1 容积负荷变化及污泥浓度控制
图2所示为系统启动过程中容积负荷随时间的变化关系。由于启动初期出水NH+4－N浓度过高，为减少进水带入系统的NH+4－N，控制进水量为300m3/d。当NH+4－N浓度降至正常范围后，随即提升系统的处理量，将污泥负荷控制在0.05～0.15kgCOD/(kgMLSS·d)、0.02～0.04kgNH+4－N/(kgMLSS·d)、0.04～0.13kgTN/(kgMLSS·d)，经过40多天，容积负荷逐步提升到设计值。
图3所示为各处理水量对应的MLSS，污泥负荷的控制通过调整系统的MLSS实现，随着废水处理量的提升，MLSS也相应提升。此外，由于废弃菜叶处理有明显的季节性，水量随季节变化幅度较大，运行时需要根据水量调整，以满足不同处理量时的MLSS控制要求。
在启动初期池内泡沫和浮渣现象较为严重，图4所示为O池的泡沫和A池的浮渣情况。分析原因可能与接种污泥量偏多，不适应新环境的污泥死亡较多以及进水SS偏高等因素相关。此外。系统长期在低负荷下运行对泡沫和浮渣的产生也有一定的贡献。因此，通过控制沉淀和气浮系统的运行效果、投加消泡剂、投加磷和调整射流曝气系统等方法消除泡沫对系统正常运行的影响。随着运行负荷的逐步上升，泡沫和浮渣现象逐步减轻并消除。
4.2 对COD的去除效果
图5所示为系统进、出水COD及COD去除率的变化情况。
在运行初期(第1～26天)，系统进水COD为3900～7400mg/L，出水COD为160～430mg/L，COD去除率达到90%以上。从第27天开始，对COD去除率逐渐降低，出水COD逐渐升高。在第40天时，出水COD最高达到1000mg/L以上，COD去除率降到70%。分析认为系统运行初期COD去除率较高可能与调试时池内注入了约2/3的地下水以及新接种污泥对污染物的吸附作用相关。此外，为了控制池内NH+4－N的浓度，在开始运行的前40天内系统的进水量较少，活性污泥的COD负荷平均不到0.03kg/(kgMLSS·d)，这导致微生物长期缺乏营养，开始内源呼吸，所以表现为出水COD升高，COD去除率下降。在系统的氨氮去除率升高后，第46天开始逐步提升进水量，并投加了甲醇作为碳源，污泥的COD负荷约达到0.1kg/(kgMLSS·d)。因此从第47天开始系统对COD的去除率逐步恢复，又经过25天左右的运行(第81天)，对COD的去除率达到了94%以上，出水COD降至300mg/L以下，系统运行稳定。
4.3 对NH+4－N的去除效果
图6所示为系统进、出水NH+4－N浓度和去除率的变化情况。可以看出，系统的进水NH+4－N浓度变化较大(930～1300mg/L)。在系统运行的前15天内，出水NH+4－N逐步上升后趋于平稳，最高达到了740mg/L，NH+4－N去除率较低，平均为40%左右。分析认为运行初期由于系统的污泥龄较短，而硝化菌世代时间较长，增殖较慢，影响了硝化反应的进行。此外，水温相对较低、pH值较高(约8.3)，游离氨(FA)的升高也会在一定程度上抑制硝化菌的活性。第38天时，出水NH+4－N开始出现降低的趋势，经过7天左右的运行，出水NH+4－N逐步降至5mg/L以下，NH+4－N去除率逐步上升并稳定在99%以上，最高达到99.8%，系统硝化效果良好。
4.4 对TN的去除效果
图7所示为系统进、出水TN浓度和去除率的变化情况。
在系统启动初期(第5～41天)，由于硝化反应微弱，所以大部分NH+4－N没有转化为硝酸盐，导致反硝化效果也相对较差，表现为系统对TN的去除率较低，出水TN浓度较高。随着系统内硝化作用的加强，NH+4－N几乎全部转化为硝酸盐，为硝化反应的进行创造了条件。因此从第48～61天，出水TN开始出现缓慢下降的趋势，系统对TN的去除率也相应地逐步提高。但从第59～78天，发现出水TN稳定在200mg/L左右，去除率没有提升。分析认为与A段DO的控制、混合液的回流比以及碳氮比有关。相应地采取控制两个A段的DO＜0.5mg/L、适当加大回流比和投加甲醇作为碳源等措施，从第78天开始，出水TN逐步从200mg/L左右降到最低6mg/L，去除率最高时超过99.5%。
4.5 对TP的去除效果
由于混凝沉淀和气浮处理过程对TP有较高的去除效率，所以进入生物处理系统的TP浓度只有5～10mg/L，经过生物处理后出水的TP维持在2～5mg/L。由于进入生物处理系统COD/TP达到400，考虑碳源增加后系统的COD/TP高达600～800，所以系统表现为活性污泥增长缓慢。解决方案：投加磷酸二氢钠或少量菜叶原汁，系统缺磷的状况有所好转，经过一段时间的运行，池内的浮渣和泡沫问题基本消除。
5、运行费用
废水处理系统的运行费用主要包括药剂费、电费、水费、人工费、在线监测委托费、排污费、设备维修费等。
①药剂费：PAC单价为2元/kg，用量为1.94kg/m3，费用为3.88元/m3；PAM单价为28元/kg，用量为0.06kg/m3，费用为1.68元/m3；消泡剂单价为3元/kg，用量为0.08kg/m3，费用为0.24元/m3；化验药剂费为4400元/月，折合0.073元/m3(处理水量按2000m3/d计)；碳源(甲醇)单价为3.5元/kg，用量为2.1kg/m3，费用为7.35元/m3。
②电费：电价为0.85元/(kW·h)，用量为23500kW·h/d，费用为9.99元/m3。
③水费：单价为3.5元/m3，用量为35m3/d，费用为0.061元/m3。
④人工费：主管1人，操作工9人，化验工1人，主管8000元/月，其余人员5500元/月，折合1.11元/m3。
⑤委托在线监测费：235000元/a，折合0.33元/m3。
⑥排污费：2.7元/m3。
⑦设备维修费：300元/d，折合0.15元/m3。以上合计为27.564元/m3。
6、结论
①采用A2O2工艺处理废弃菜叶厌氧处理出水，对COD的去除率达到90%以上，出水COD＜300mg/L；对NH+4－N的去除率达到99%以上，出水NH+4－N＜10mg/L；对TN的去除率达到97%以上，出水TN＜45mg/L；对TP的去除率达到90%以上，出水TP＜5mg/L，系统运行稳定。
②当废水水量和水质发生变化时，需相应调整系统内MLSS，保证微生物的负荷在合理范围内。（来源：无锡马盛环境能源科技有限公司，江南大学环境与土木工程）