DTRO工艺在某垃圾填埋场渗滤液处理中的应用与建议_王清森.pdf

1062023 年第 3 期（总第 167 期）DTRO 工艺在某垃圾填埋场渗滤液处理中的应用与建议王清森1*,金晶2,郑伟1,张亚东2,褚兴飞2,王庆1,廖广东2,王殿二1（1.光大环境修复江苏有限公司，江苏南京，211102；2.上田环境修复有限公司，江苏常州，213000）摘 要：老龄垃圾渗滤液具有高盐、低碳氮比、难生化的特点，传统经典渗滤液处理工艺难以有效处理老龄渗滤液，会导致填埋场渗滤液大量积存。采用两级 DTRO 工艺快速消减积存的老龄渗滤液，工程 运 行 结 果 表 明，进 水 COD 浓 度 为 23003500mg/L，产 水 COD 浓 度 为 310mg/L，COD 的 去 除 率为 99.56%99.91%，进水氨氮浓度为 22003000mg/L，产水氨氮浓度为 0.264.5mg/L，氨氮的去除率为99.79%99.99%，各项指标均能满足生活垃圾填埋场污染控制标准中的表 3 限制要求。200m3/d 的系统建设投资为 320 万元，产水运行成本为 36.03 元/吨。对系统设计优化后，在不改变原进水水质的情况下，可改善 DTRO 系统内部水质，从而提高系统整体产水回收率和最终水质。关键词：DTRO；渗滤液；高盐；低碳氮比；填埋场中图分类号：X705 文献标志码：A 文章编号：1008-3103（2023）03-0106-06Application and Suggestion of DTRO Process in Leachate Treatment of a LandfillWangQing-sen1*，JinJing2，ZhengWei1，ZhangYa-dong2，ChuXing-fei2，WangQing1，LiaoGuang-dong2，WangDian-er1（1.EverbrightEnvironmentalRestorationJiangsu Co.,LTD.,NanjingJiangsu211102,China;2.UedaEnvironmentalRestorationCo.,LTD.,ChangzhouJiangsu213000,China）Abstract：Theoldlandfillleachatehasthecharacteristicsofhighsalt，lowcarbonnitrogenratioanddifficulttobiochemical.Thetraditionalclassicalleachatetreatmentprocessisdifficulttoeffectivelytreattheoldlandfillleachate，whichwillleadtotheaccumulationoflandfillleachate.Thetwo-stageDTROprocesswasusedtorapidlyreducetheaccumulatedagedleachate.TheengineeringoperationresultsshowedthattheinfluentCODconcentrationwas23003500mg/L，theeffluentCODconcentrationwas310mg/L，theremovalrateofCODwas99.56%99.91%，theinfluentammonianitrogenconcentrationwas22003000mg/L，theeffluentammonianitrogenconcentrationwas0.264.5mg/L，andtheremovalrateofammonianitrogenwas99.79%99.99%.Alltheindexescanmeetthetable3limitrequirementsinthepollutioncontrolstandardofdomesticwastelandfill.Theinvestmentof200m3/dsystemconstructionis3.2millionyuan，andtheoperationcostofwaterproductionis31.08yuan/ton.Afterthesystemdesignoptimization，theinternalwaterqualityofDTROsystemcanbeimprovedwithoutchangingtheoriginalinfluentwaterquality，soastoimprovetheoverallwaterrecoveryrateandfinalwaterqualityofthesystem.Keywords：DTRO；leachate；highsalinity；lowc/nratio；landfill作者简介：王清森（1991），中级工程师，硕士，主要从事环境修复及污水处理技术管理工作。0 引言卫生填埋在过去相当长的时间里是我国对生活垃圾的主要处置方式，垃圾在填埋库内发酵及在雨水入渗等作用下会产生垃圾渗滤液，这种渗滤液成分复杂，COD、氨氮浓度较高，若处理不当，可能会污染周边地表水、地下水及土壤。渗滤液处理的经典工艺为“均质-厌氧-MBR-膜深度处理”1-3，产水达到生活垃圾填埋场污染控制标准4要求后排放，将浓DOI:10.14127/ki.jiangxihuagong.2023.03.0141072023 年 6 月DTRO 工艺在某垃圾填埋场渗滤液处理中的应用与建议缩液回灌到垃圾填埋库。随着垃圾填埋场服役时间的延长，渗滤液在填埋库或调节池中厌氧降解，导致 COD浓度逐年降低，氨氮浓度逐年升高，而膜滤浓缩液的回灌会导致盐度累积5，且渗滤液中易降解的 COD 在调节池或生化池中被降解，因此回灌的浓缩液中的 COD大多难以生化降解，也会导致存量渗滤液的可生化性逐渐变差。综上所述，老龄垃圾渗滤液一般具有碳氮比低、盐度高、可生化性差的特点。低碳氮比的渗滤液若采用生化法处理需要额外投加大量碳源用于脱氮6，经济性较差，而渗滤液的盐度越高，盐析作用越强，活性污泥中微生物的活性越低7-10，不利于生化法的应用，因此不宜采用经典工艺处理老龄渗滤液。碟管式反渗透（DTRO）对水质的可生化性、碳氮比无要求，能适应较大的水质波动变化，运行稳定，集成度高，可自动运行，因此适用于老龄垃圾渗滤液的处理11，其他工程案例12-16仅对 DTRO 系统的工程应用效果、影响因素、成本等情况进行了报道，未关注设计有无缺陷的问题。本文不仅报道了 DTRO 工艺在苏州市某垃圾填埋场老龄渗滤液处理中的工程应用情况，而且指出了工艺缺陷，优化了工艺设计，理论上量化了工艺优化后膜内水质改善情况，为工程技改提供参考。1 工程概况该填埋场占地 31.09公顷，设计库容为 292.51 万立方米，2003 年投入运行，2021 年库满停止接收垃圾。填埋场原有 1 套 150m3/d 的渗滤液处理系统，处理工艺为“均质+两级 A/O+超滤+纳滤+反渗透”，清水达到生活垃圾填埋场污染控制标准 中的表 3 标准后排放，浓缩液回灌至垃圾堆体。由于该填埋场龄期较长，碳氮比低，浓缩液长期回灌，导致渗滤液中盐度高。原渗滤液处理系统每日投加大量碳源仅能达标处理 3040m3渗滤液，且产水回收率仅 40%左右，导致该填埋场存量渗滤液多。为快速减少存量渗滤液，工程采用 200m3/d 的两级 DTRO 渗滤液处理设备对存量渗滤液进行快速处理。2 工艺设计2.1 设计进、出水水质设计进水水质以存量垃圾渗滤液水质监测数据的最高值计，出水水质执行生活垃圾填埋场污染控制标准4中的表 3 排放限值（以下简称“达标”），设计进出水水质主要指标如表 1 所示。表 1 设计进、出水水质项目COD（mg/L）TN（mg/L）氨氮（mg/L）总磷（mg/L）pH进水 2800 3100 280010069出水 60 20 8 1.5692.2 工艺流程及水量平衡本项目工艺流程及水量平衡如图 1 所示。图 1 工艺流程及水量平衡图1082023 年第 3 期（总第 167 期）调节池中的渗滤液首先经过篮式过滤器过滤去除直径为 1mm 以上的大颗粒物，再进入砂滤罐过滤进一步去除直径为 50um 以上的悬浮物，之后进入原水罐中调节 pH 至 6 以减少后端膜系统堵塞风险。调节 pH 后的渗滤液进 DTRO 膜之前再经过芯式过滤器过滤去除直径为 10um 以上的胶体，并投加阻垢剂以防止渗滤液在 DTRO 膜中浓缩后钙、镁等离子结晶堵膜。经过上述预处理后的渗滤液首先进入一级 DTRO 膜处理，一级 DTRO 系统的浓缩液一部分在一级 DTRO 系统内循环，大部分浓缩液排入浓缩液池，一级 DTRO 产水进入二级 DTRO 系统进一步处理，产生的浓缩液回流到一级DTRO 重新处理，产水则进入脱气塔经鼓风吹脱去除溶解性酸性气体，使产水 pH 回升后通过离子交换树脂进一步去除氨氮，在离子交换树脂出水管道上设置碱液投加口和管道混合器，并在管道混合器后端设置 pH 监测仪表，通过自控调节加碱量实现 pH 达标。2.3 主要工艺单元设计参数（1）原水调节池。调节池有效容积达60000m3，为四棱台状，底面积 5310m2，顶面积 11708m2，深 7.5m。斜卧井内布置一台潜污泵，Q=15m3/h，H=30m，P=2.2kW。（2）预过滤系统。预过滤系统包括篮式过滤器（219mm，SS304，内置滤袋过滤精度为 1mm）、砂滤罐（12002400mm，纤维增强复合材料，内置石英砂过滤精度为 50um，配砂滤风机，Q=99m3/h，H=1450m，P=5.5kW）、芯式过滤器（300*1450mm，SS304，内置 10 支 40 寸 PP 滤芯，过滤精度为 10um）三部分。每部分的过滤器前后均安装有压力表，当过滤器的前后压差高于 2.5bar 时，篮式过滤器需要人工拆洗滤袋，砂滤罐执行反洗程序，芯式过滤器更换滤芯。其中砂滤罐若运行 100h 后前后压差未超过 2.5bar仍需反洗，防止石英砂的过度压实板结。（3）原水罐系统。原水罐系统包括硫酸加药单元（10m3，Q235 碳 钢，配 套 加 酸 计 量 泵：Q=80L/h，P=0.37kW，背压 10bar）、消泡剂加药单元（200L，PE，配套加药计量泵，Q=2.5L/h，P=20w，背压 20bar）、原水罐（10m3，PE，配套酸循环泵，Q=20m3/h，H=23m，P=2.2kW）。向原水罐中加入硫酸并采用酸循环泵快速循环搅拌，调节原水罐渗滤液 pH 至 6.5。酸循环搅拌过程中由于水力冲击和添加浓硫酸的缘故会产生泡沫，因此需投加消泡剂用于消泡，防止泡沫溢出罐体。（4）两级 DTRO 系统。两级 DTRO 系统包括进水泵 1 台（Q=10m3/h，H=25.5m，P=1.1kW），一级高压泵 2 台（Q=5m3/h，H=800m，P=18.5kW），一级循环泵 2 台（Q=44m3/h，H=85m，P=22kW），二级高压泵1 台（Q=8m3/h，H=600m，P=18.5kW），膜柱 108 支，设计参数如表 2 所示。表 2 DTRO 膜系统设计参数项目单位系统一级二级设计产水回收率%7078.589.17设计进水流量m3/d200200157设计浓缩液流量m3/d604317产水流量m3/d140157140单支膜柱面积m29.4059.405膜柱数量支1088820组合方式44-4414-6膜总过流面积m21015.74827.64188.1高压泵台数台321循环泵台数台220正常操作压力bar40-6535-55最大操作压力bar9075（5）脱气塔。主要由水箱（水箱为 PP 材质，容积8m3）、风机（Q=1000m3/h，2.5kpa，P=2.2kW）、排气筒组成。两级 DTRO 产水排入脱气塔水箱中，使用风机将大量空气充入产水中，将 CO2等酸性气体吹脱出来，使得产水 pH 回升。（6）产水保障单元。主要由离子交换树脂罐（12002400mm，纤维增强复合材料，内置离子交换树脂）和碱液投加单元（200L，PE，配套加药计量泵，Q=2.5L/h，P=20w，背压 20bar）构成。产水经脱气塔吹脱后进入离子交换树脂罐，充分去除氨氮保证产水氨氮达标，之后由碱液投加单元将碱液加入排水管道中与产水经管道混合器混合后将最终排水 pH 值控制在 69。2.4 工艺设计特点（1）DTRO 膜片和导流盘的流道较宽，为 1.3mm，使得 DTRO 膜耐受进水的 SDI（15）值达到 20，远高于卷式膜 SDI（15）5。（2）DTRO 的导流盘表面设计有按一定顺序排列的凸点，使渗滤液在导流盘和膜之间流通时形成湍流，膜表面不易发生严重的浓差极化，污染物不易淤积堵塞。1092023 年 6 月DTRO 工艺在某垃圾填埋场渗滤液处理中的应用与建议（3）DTRO 膜对渗滤液碳氮比、可生化性没有要求，系统集成度高，占地面积小，自动化程度高，运行灵活。2.5 污染物去除率预测分析本系统设计的每个工艺单元对渗滤液中主要污染物的去除率预测见表 3 所示，可知该填埋场渗滤液经本工艺处理后能够达标排放。表3 各工艺单元污染物去除率预测工艺单元项目COD（mg/L）氨氮（mg/L）总氮（mg/L）总磷（mg/L）pH预过滤系统进水2800.00 2800.003100.00100.006.5产水2576.00 2800.003100.0092.006.5去除率8.00%0.00%0.00%8.00%/一级DTRO进水2576.00 2800.003100.0092.006.5产水103.04196.00217.003.686去除率 96.00%93.00%93.00%96.00%/二级DTRO进水103.04196.00217.003.686产水5.1519.6021.700.185.7去除率 95.00%90.00%90.00%95.00%/脱气塔进水5.1519.6021.700.185.7产水5.1515.6819.530.185.8去除率0.00%20.00%10.00%0.00%/产水保障单元进水5.1515.6819.530.185.8产水5.101.573.910.157.3去除率1.00%90.00%80.00%20.00%/限值/608201.52.6 工程应用效果经过 1 个月的运行，二级 DTRO 系统对渗滤液中各污染因子的去除效果较为理想，产水水质稳定达标。以 COD 和氨氮为例，运行期间进水 COD 浓度为23003500mg/L，产水 COD 浓度为 310mg/L，COD 的去除率为 99.56%99.91%；进水氨氮浓度为 22003000mg/L，产水氨氮浓度为 0.264.5mg/L，氨氮的去除率为 99.79%99.99%；进水电导率为 30.432.45ms/cm，一级膜单元产水电导率为 1317.562004.17us/cm，对电导率的平均去除率为 95.32%，二级膜单元产水电导率为 160.23252.38us/cm，对电导率的平均去除率为 87.74%。需要注意的是，若系统末端不加离子交换树脂，二级膜柱产水氨氮为 1020mg/L，去除率为99.09%99.67%，产水氨氮无法达标。2.7 成本分析两级 DTRO 系统设备投资 320 万元，建设安装周期为 20 天，占地面积为 158。以产水计算运行成本，单位产水运行成本为 36.03 元。具体运行成本分析见表 4。表 4 二级 DTRO 系统运行成本分析成本项吨耗量单位单价（元/单位）运行费用（元/吨）备注运行用电14.45kW h0.68.67浓硫酸7.32kg1.510.98阻垢剂0.03kg180.54消泡剂0.003kg550.165片碱0.04kg60.24工业氯化钠0.4kg10.4酸清洗剂0.012kg200.24碱清洗剂0.032kg200.64PP 滤芯0.02支200.4柠檬酸0.026kg7.50.195膜更换0.115片283.223 年更换所有膜片维修费1项0.340.34人工费10项110合计36.033 设计优化讨论目前一级 DTOR 运行方式及不足：本系统为两级DTRO 膜系统，其中第一级 DTRO 系统分为并联的两段膜单元，每段膜单元均由并联的 44 支膜柱组成，由于两级 DTRO 设备总进水流量较低，渗滤液平均分配到一级 DTRO 膜的每段单元时流量仅约 5m3/h，渗滤液又并行均分到 44 支膜柱中进行过滤处理，为了使渗滤液进膜柱时有足够大的流量和流经膜片表面时有足够高的流速防止污染物沉积堵塞，一段膜单元设计了44m3/h 的循环泵，加快渗滤液流经膜面的流速。一级DTRO 膜单元过滤后的浓水与渗滤液原水混合后大部分被循环泵送入一级 DTRO 系统过滤，而浓缩液和原水混合后的多余部分被当作浓缩液排放，排放的浓缩液并非系统内最差的浓水。设备管线见图 2。1102023 年第 3 期（总第 167 期）优化方案及现场改造措施：应对一级 DTRO 膜单元做如下优化，一级 DTRO 膜单元在每支膜柱的浓水出水管上加三通，将浓水分为两路，一路与渗滤液原水混合后被循环泵再次送入一级 DTRO 膜柱再过滤，另一支路直接接入浓水排放管道作为浓缩液排出DTRO 系统。与目前 DTRO 一级膜单元设计相比，优化后一级 DTRO 膜单元内循环水的电导率更低，水质更好，有利于提高产水回收率和系统运行的稳定性。优化后的一级 DTRO 设计如图 3 所示，实际现场改造示意图如图 4 所示。优化前后对比：为对比设计优化前后的差异，现需将 DTRO 系统一级膜单元工艺流程按照优化前/后进行简化（见图 5、图 6），并采用单因素分析法对比优化前后的运行参数。以电导率（代表渗滤液中盐含量）为例，已知一级 DTRO 膜对电导率的拦截率为 95.32%，产水回收率为 70%，高压泵给水流量为 5m3/h，循环泵流量为 44m3/h，则有如下式子成立。优化前：1.5Y=0.95325X40 5545 5.+X=Y式中：X 表示渗滤液原水电导率；Y 表示外排浓缩液电导率（也为膜前水电导率）；表示膜后截留液电导率。则有 Y=3.177X，=3.446X。即设计优化前，外排浓缩液（也为进膜柱前的渗滤液）电导率为原水电导率的 3.177 倍，而出膜柱后的截留液电导率是原水的3.446 倍。图 5 优化前一级膜工艺流程简化示意图优化后：1.5Y=0.95325X44Z=5X+39Y式中：X 表示渗滤液原水电导率；Y 表示外排浓缩液电导率（也为膜后水电导率）；Z 表示膜前水电导率。213图 4 现场改造示意图1.每一支蓝色管子上加三通，将膜柱的截留液直接引流到浓缩液外排管子上；2.浓缩液外排；3.在此处加阀门，系统正常运行时阀门为关闭状态图 3 一级 DTRO 膜单元设计优化图示反渗透膜膜前膜后1.5m3/h45.5m3/h高压泵5m3/h循环泵44m3/h40.5m3/h3.5m3/h产水箱浓缩液渗滤液1234567图 2 目前设备管线走向1.原水；2.黄色为进膜柱的管线；3.蓝色为过滤后截留液的管线；4.进膜前渗滤液；5.原水+过滤后截留液的混合水；6.浓缩液外排；7.循环泵 44m3/h1112023 年 6 月DTRO 工艺在某垃圾填埋场渗滤液处理中的应用与建议则有 Y=3.177X，Z=2.93X。即设计优化后，外排浓缩液电导率为原水电导率的 3.177 倍，而膜前水电导率是原水的 2.93 倍。由上述计算分析可知，设计优化后一级 DTRO 膜单元内部循环水（膜前水）的电导率较优化前降低了7.77%，因此，理论上优化后的一级 DTRO 膜单元内部循环水的水质更好，系统运行更稳定。图 6 优化后一级膜工艺流程简化示意图4 结论与建议4.1 结论两级 DTRO 工艺在某老龄垃圾填埋场渗滤液处理上的工程应用表明：（1）200m3/d 的两级 DTRO 系统设备投资为 320万元，每吨产水运行成本为 36.03 元，现场安装周期为20 天，占地面积为 158。（2）仅采用两级 DTRO 膜过滤处理氨氮浓度大于2000mg/L 的渗滤液不能保证过滤后的氨氮达标，两级膜过滤后氨氮浓度为 1020mg/L，在末端设置阳离子交换树脂单元后，产水各项指标均能达标，产水 COD 浓度为 310mg/L，去除率为 99.56%99.91%，产水氨氮浓度为 0.264.5mg/L，去除率为 99.79%99.99%。4.2 建议（1）通过一级 DTRO 膜单元的设计优化，将单元内膜过滤末端流程中水质最差的浓水设置三通单独引导出来作为浓缩液排放，可以改善膜单元内循环水的水质（以电导率为例，可降低 7.77%），有利于系统的稳定运行；或者优化后外排浓水浓度不变，则定能提高系统整体回收率。（2）阳离子交换树脂作为产水保障单元，通过树脂对氨氮的吸附作用保证外排水达标。但是随着吸附量的增加，有效吸附点位逐渐减少，外排水氨氮浓度逐渐上升，为保证外排水达标排放，建议当在线监测氨氮值到达 5mg/L 左右时（排放限值标准为 8mg/L），及时对离子交换树脂进行再生。参 考 文 献1 李长海，张雅潇，普建国，等.生物法+膜法工艺处理垃圾焚烧电厂渗滤液J.中国给水排水，2022，38（2）：104-109.2 孙廷岳，罗威威，杨天焱.UASB-MBR-反渗透工艺处理垃圾焚烧厂渗滤液的工程实践J.水处理技术，2022，48（1）：153-156.3 PengYao.PerspectivesontechnologyforlandfillleachatetreatmentJ.ArabianJournalofChemistry，2017，10（2）：S2567-S2574.4 中国环境科学研究院，同济大学，清华大学，等.生活垃圾填埋场污染控制标准：GB168892008.S.北京：中国环境科学出版社，2008.5 TaaajIzabela-Anna.QualityofLeachateFromLandfillwithReverseOsmosisConcentrateRecirculationJ.JournalofEcologicalEngineering，2019，20（8）：205-211.6 朱子晗，李天，张瑞娜，等.老龄垃圾渗滤液反硝化脱氮的补充碳源应用进展J.环境污染与防治，2021，43（4）：502-505，509.7 董玉瑛，汪皓琦，汪灵伟，等.盐胁迫对污水处理厂好氧污泥不同酶活性的影响分析J.大连民族大学学报，2017，19（1）：11-13，20.8 ZhaoYiyi.BiotreatmentofHigh-SalinityWastewater：CurrentMethodsandFutureDirectionsJ.WorldJournalofMicrobiologyandBiotechnology，2020，36（37）：1-11.9 古柏铭，金春姬，温淳，等.提盐速率对序批式生物反应器性能和微生物群落结构的影响J.环境科学，2021，42（7）：3413-3421.10 陈李玉，李思潼，欧阳二明，等.盐度对活性污泥去除 NH3-N 及 COD 的影响研究J.水处理技术，2019，45（5）：82-84.11 ZhangZiwei，WuYinhu，LuoLiwei，etal.Applicationofdisktubereverseosmosisinwastewatertreatment：AreviewJ.ScienceoftheTotalEnvironment，2021，792：148291.12 程峻峰，郑启萍，徐得潜.二级 DTRO 工艺在垃圾渗滤液处理中的应用J.工业用水与废水，2014，45（4）：63-65.13 陈新芳.DTRO 处理垃圾渗滤液膜浓缩液的中试研究J.工业用水与废水，2018，49（3）：41-44.14 曹迎军.DTRO 在煤化工高含盐有机废水处理中的应用J.工业用水与废水，2021，52（2）：51-54.15 邵泽岩，冯燕，刘延芳.二级 DTRO 工艺处理垃圾渗滤液工程实例J.工业用水与废水，2016，47（5）：73-75.16 高鑫，付永胜.基于两级 DTRO 膜系统处理垃圾渗滤液的工程应用J.四川环境，2018，37（3）：98-104.反渗透膜膜前膜后44m3/h高压泵5m3/h循环泵44m3/h40.5m3/h39m3/h3.5m3/h1.5m3/h产水箱浓缩液渗滤液