DTRO工艺处理垃圾渗滤液的研究

收稿日期：2014-12-26修回日期：2015-02-03作者简介：刘飞(1989-),男,江苏靖江人,硕士,助理工程师,主要从事环保工程设计工作.DTRO工艺处理垃圾渗滤液的研究刘飞(中蓝连海设计研究院,上海201204)摘要：垃圾渗滤液浓度高、成分复杂,难以处理,常规生化处理方法存在缺点,碟管式反渗透(DTRO)是针对垃圾渗滤液的水质特点而设计的,出水水质好,受进水水质影响很小,在国外的垃圾渗滤液处理中应用广泛。在分析DTRO工艺特点的基础上,探讨了两级DTRO工艺流程、特点、机理和浓缩液的处理方法,并论述了DTRO运行参数对膜片性能的影响。掌握系统运行和膜清洗时各项参数对膜性能的影响趋势,优化预处理工艺对降低处理成本,指导同类工艺的优化操作具有一定的参考价值。关键词：DTRO工艺；垃圾渗滤液；膜过滤；膜污染中图分类号：X7文献标识码：A文章编号：1674-4829(2015)02-0025-05StudyofLandfillLeachatebyDTROProcessLIUFei(ChinaBluestarLehighEngineeringCorp,Shanghai201204,China)Abstract:Theleachatehashighconcentrationandcomplexcomposition,soitisdifficulttodealwith.Conventionalbiochemicaltreatmenthasdisadvantages.Disctubereverseosmosis(DTRO)isdesignedaccordingtothecharacteristicsoflandfillleachate.Ithasgoodwaterquality,anditishardlyaffectedbywaterquality,soitiswidelyusedinlandfillleachatetreatmentinforeigngarbageinfiltration.BasedonanalyzingtheprocessofDTRO,theprocessingmethodoftwostageDTROprocess,characteristics,mechanismandtheconcentratedliquidwerediscussed.ItalsoanalysizestheinfluenceofoperatingparametersontheperformanceofDTROmembrane.Effectsofvariousparametersonmembraneperformancetrendofcontrolsystemoperationandmembranecleaning.Theoptimizationofpretreatmentprocesshasacertainreferencevaluetosavingtreatmentcostandguidingsimilarprocess.Keywords:DTROprocess;Landfillleachate;Membranefiltration;Membranefouling:0引言垃圾渗滤液具有高浓度、成分复杂的性质,极难处理而且会对周围环境造成严重的影响。垃圾渗滤液中含有多种重金属,特别是其中的有毒金属如果隔离措施不当则会渗入到地下影响地下水,对周围的居民和植物的生存有很大的影响,渗出的渗滤液味道十分难闻也会产生沼气,影响大气环境。针对垃圾渗滤液的常规处理方法有活性污泥法、厌氧生物处理、上向流式厌氧污泥床(UASB)处理、厌氧与好氧的结合等。以上方法均建立在生物处理的基础上,生物处理的缺点主要是占地面积大、微生物受水质波动的影响较明显,由于垃圾渗滤液的水质组成相对复杂,特别是含有多种重金属,对微生物存在不利影响。为了解决常规处理方法的缺点,引入了碟管式反渗透﹙DTRO﹚技术。早在1976年CHIAN[1]就提出,反渗透是降低渗滤液COD的最有效方法。此后,SAMAELEP,PIATKIEWICZW等[2-3]的工作研究成果也相继证实了反渗透技术处理在垃圾渗滤液处理中应用的可行性。CHAUDHARILB等[4-8]利用卷式反渗透膜在各种压力下对渗滤液COD去除效率进行了中试。得出了COD去除率达到98%的结论,同时发现原水COD浓度的增加将导致膜前运行压力加大。1DTRO工艺DT﹙碟管式﹚膜技术是专门针对渗滤液处理开发的[9]。它独具专利的开放式流道与传统的卷式膜组件构造截然不同：原水通过膜柱底部下法兰和套筒第28卷第2期2015年4月环境科技EnvironmentalScienceandTechnologyVol.28No.2Apr.2015环境科技2015年4月之间的通道达到膜柱上法兰,从上法兰进入导流盘,原水以极高的速度从安装在导流盘之间膜片的a面流入到另外的b面,然后从下面导流盘中心的槽口流出,进入下一膜片,从剖面看形成一个双“S”形行进路线,膜柱末端最后的出水就是浓缩液。值得一提的是,导流盘间距很近且导流盘的上下表面存在着不规则的凸点突起,这种独特的构造使得进水极易形成湍流,可以提高透过率、降低膜堵塞和膜表面浓差极化现场现象,降低膜污染的几率,延长膜片的使用寿命,具体安装构造等见图1、图2。基于以上结构的特点,DTRO膜系统的出水受预处理环节的影响较小,即使不用预处理也可以直接处理渗滤液[10-11]。通过上述描述可以得知,与其他工艺相比DTRO工艺优势明显,主要表现在以下几个方面。﹙1﹚可以适应填埋场不同填埋阶段的渗滤液水质,不受可生化性影响,出水水质稳定；﹙2﹚出水水质好,不受C/N比影响,总氮和重金属可轻松达标,完全满足新标准要求；﹙3﹚系统运行灵活,启动快,冬季可停机,维护方便,尤其适合北方寒冷地区；﹙4﹚运行费用低,自动化程度高,操作简单,适于任何地区使用。我国第一座渗滤液DTRO渗滤液处理工程于2003年在重庆长生桥垃圾卫生填埋场启动运行,性能稳定,出水效果良好。随着GB16889-2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》表2标准的实施,2009年后国内垃圾场引进DTRO的项目逐渐增多。2两级DTRO工艺两级DTRO处理垃圾渗滤液的工艺流程见图3。2.1预处理通过水泵将调节池内渗滤液送入原水罐,通过回流搅拌的方式加酸调节进水的pH值,调节好pH值的渗滤液经离心泵泵入沙滤罐进行初次过滤,精度为50μm[12]。砂滤出水后进入芯式过滤器。为防止硅酸盐垢和硫酸盐垢的发生,在进入芯式过滤器前需根据渗滤液的实际水质按一定比例投加阻垢剂。2.2两级DTRO采用单独DTRO处理垃圾渗滤液的工艺多采用两级设计,芯式过滤器的出水经高压泵加压后进入第1级膜柱,第1级透过液出水经高压泵加压进入第2级膜柱。一级反渗透系统设串联方式的2组膜柱,第1组反渗透的浓液进入串联后置的第2组,各组处理的原水浓度及盐含量依次增加。因为第1级膜柱接触的进水浓度很高,所以为每组膜柱配备1台高流量的在线循环泵,推动进水以高流量和高流速的形态流经膜片组件,预防膜片污染；一级反渗透的出水浓度较低,所以二级系统依靠高压柱塞泵的推动足以完成反渗透过程。为达到预想的净水回收率在一级和二级反渗透浓缩液出水端都有一个VS阀,以调节膜组内进水压力。经反渗透作用后,每级膜柱出水端都存在浓缩液和透过液。一级浓缩液排入浓缩液池,等待喷淋回灌,透过液则作为二级反渗透的进水；二级反渗透的浓缩液因为浓度不高,会并入一级的进水,进行下一步处理,而出水则直接进入清水罐,等待排放,一级图1DTRO的导流盘和膜片安装示意图2DT膜柱构造及流道示意图3DTRO处理垃圾渗滤液的工艺流程透过液流道O型橡胶垫圈膜片导流盘进料水透过液浓缩液浓缩液回灌原水罐预处理第一级反渗透浓缩液储池提升填埋场渗滤液调节池第二级反渗透清水池净水达标排放26第28卷第2期DTRO工艺流程示意见图4。2.3物理冲洗和化学清洗系统的清洗分为物理冲洗和化学清洗2种[13]。﹙1﹚物理冲洗指利用透过液通过机械冲刷的方式去掉弱吸附、沉积于膜片表面的悬浮颗粒等轻度污染物,污染物的性质并没有被改变。物理清洗常用的有正向渗透和水力冲洗2种方式。正向渗透：反渗透膜不能承受过高反向压力的结构特征决定了其不能经水力反洗去除膜表面污染物。但是在反渗透进行过程中向进水中添加高浓度NaCl溶液,在给水中会产生透过液反向流的波动,通过这种正向渗透,可以形成反渗透膜透过液侧向原水侧的径流,实现水力反洗。水力冲洗：利用低压、高速的水流将膜片表面沉积、附着的污染物去除的清洗方法。﹙2﹚化学清洗常规的化学清洗剂分为酸性清洗剂和碱性清洗剂2种。酸性清洗剂：酸性清洗剂一般为一种低pH值的液体配方,也有固体存在,pH值基本2.5~3.5,主要用于去除碳酸钙和其它类结垢。碱性清洗剂：碱性清洗剂是一种高pH值的液体配方,pH值一般在11左右,主要用于去除有机物、污泥以及其它附着于膜表面的颗粒。2种清洗剂均适用于目前市场上绝大多数反渗透膜、中空纤维膜、纳滤及超滤膜。一般情况下,碱性清洗剂会与酸性清洗剂共同使用。正常的清洗顺序是每2次碱性清洗搭配1次酸性清洗,碱性清洗要在酸性清洗之前进行。在清洗时,保证清洗药剂在膜组内部高速循环流动,利用导流盘间的特殊构造形成的紊流来提高清洗药剂和膜片表面污染物的接触时间和接触面积。执行化学清洗操作时,系统采用内循环的清洗操作,确保清洗剂的高效利用。2.4浓缩液处理浓缩液的处理有控制回灌、焚烧、固化、蒸馏干燥和真空干燥等方法,但是和回灌法相比,其他方法的设备投资和运行费用都非常昂贵,相当于膜处理设备总投资的1/2。浓缩液并不是一种粘稠液体,具有很好的流动性和渗透性,完全适于垃圾填埋场回灌。作为垃圾渗滤液反渗透处理工艺的一个重要组成部分,从1986年开始浓缩液回灌就在德国被广泛应用[14]。3DTRO系统运行参数对膜片性能的影响膜法处理渗滤液工艺对主要污染物的去除率主要取决于膜的截留率,膜的截留率主要与以下几个因素有关。﹙1﹚所选用膜本身的截留率；﹙2﹚污染物的组成及其分子量分布；﹙3﹚运行参数：进水水温、操作压力、回收率等。影响反渗透系统运行的因素很多,以下几个因素至关重要。﹙1﹚预处理反渗透系统的效率和寿命与原水的预处理效果密切相关。通过预处理可以有效地减少进水对膜的污染、结垢、损伤风险,使膜的使用寿命延长,降低运行费用。﹙2﹚进水的pH值pH值的高低对膜系统的性能也有很大的影响,垃圾渗滤液在进入DTRO之前需将pH值调为酸性,一方面可以防止难溶无机盐结垢,另一方面可以使渗滤液中游离氨与加入的酸形成二价氨盐,而DTRO对类似多价离子的截留率很高,这就能提高最难去除的氨氮的去除率,透过液通量随进水pH值的变化趋势见图5。图4一级DTRO工艺流程示意图5透过液通量随进水pH值的变化趋势透过液透过液阻尼器脱气风机吹脱塔+清水管砂滤前清水池高压泵二级DTRO阻尼器循环泵垃圾渗滤液高压泵一级DTRO浓缩液至浓缩液池二级浓缩液返回一级VS阀87.97.87.77.67.57.47.32.533.544.555.566.577.58pH值刘飞DTRO工艺处理垃圾渗滤液的研究27环境科技2015年4月9.59.08.58.07.57.06.56.05.559594.59493.593透过液通量脱盐率1520253035/℃由图5可知,改变进水pH值会对反渗透膜的透过性产生影响,随着pH值的逐渐升高,透过液的流量与pH值成反比,pH值越高,透过液流量越小,但在pH值大于7后出现了拐点,之后pH值继续升高,透过液流量反而增大。因此,进水pH值偏酸性或偏碱性均有利于提高产水通量。垃圾渗滤液水质本身极为复杂性且含盐量高,随着系统的运行,难溶盐易在系统末端积聚最终使膜片结垢影响透水量。所以,反渗透处理进水的pH值需控制为酸性,同时考虑后续减少加碱量,可将进水pH值范围控制在6左右。﹙3﹚系统的运行压力反渗透系统的运行压力是影响反渗透技术运行成本的最重要因素,