两级DTRO工艺处理寒区垃圾渗滤液的应用
摘要：黑龙江某市垃圾填埋场的渗滤液采用两级DTRO反渗透膜处理工艺，使渗滤液处理达到排放标准，文中介绍了此处理工艺中各个构筑物的设计参数和工程运行情况。
关键词：DTRO；寒冷地区；渗滤液
黑龙江省某市建成一座垃圾填埋场，采用卫生填埋方式，垃圾处理量为300t/d，库容193万m3，平面填埋高度18.0m，库区占地面积11.0hm2，服务年限为12年。渗滤液处理站建在垃圾处理场的下风向，处理规模为100m3/d。
1水量与水质
(1)水量。垃圾渗滤液的产生量取决于卫生填埋场状况(如垃圾成分、填埋量、底部施工状况及填埋场“年龄”等)和填埋场外部环境(如大气降水，地表径流及地下水浸入等)。
表1服务期内各年的渗滤液产生量
由表1可知，在服务期的12年内，渗滤液的最大产量为97.4m3/d，考虑到不可预见因素的影响，本次工程渗滤液设计水量取100m3/d。
(2)水质。进水水质：设计参照国内外及周边地区垃圾填埋场的实测资料，确定渗滤液的水质，主要水质指标为：BOD5=8000mg/L、COD=15000mg/L、SS=1200mg/L、NH3-N=500mg/L。出水水质：根据GB16889-2008《生活垃圾填埋污染控制标准》，生活垃圾填埋场主要水污染物排放浓度限值为：色度(稀释倍数)=40、BOD5=30mg/L、COD=100mg/L、SS=30mg/L、NH3-N=25mg/L、TN=40mg/L、TP=3mg/L。
2工艺流程
垃圾渗滤液成份复杂，含有大量难生化降解的高分子污染物，尤其到填埋晚期，易降解有机物已在垃圾堆体中消耗殆尽，生化工艺难以处理达标。且本工程地处东北寒冷地区，冬季水温很低、微生物活性低，处理效果较差；若停止运行，则再次启动时需重新驯化微生物，运行管理过于复杂。因此，根据水质要求及本工程地处寒冷地区的特点，采用两级碟管式反渗透膜技术(DTRO)的物化处理工艺。工艺流程如图1所示，系统水量平衡如图2所示。
3主要构筑物计算参数
(1)预处理。将渗滤液从调节池提升至反渗透系统的原水罐，并投加H2SO4，投加量为1.0～1.5L/m3去除难溶性碳酸盐类无机物，消除对膜的污染。
原水罐出水由水泵加压后进入石英砂过滤器，过滤精度50μm。砂滤器进、出水压差超过25kPa时执行反冲洗程序，反冲洗周期约100h，对于SS值比较低的原水，砂滤运行100h后若压差未超过25kPa也须进行反冲洗，避免石英砂过度压实及板结现象，两者以先到时间自动激活反冲洗程序。砂滤反冲洗采用气、水结合，先气洗、再水洗，冲洗时间一般为5min、并可根据运行状态另行设定，冲洗废水排至调节池。
砂滤出水后进入芯式过滤器，过滤精度为10μm，采用10μmPP熔喷滤芯，进出口压力达到200kPa时更换滤芯。在芯式过滤器前加入一定量的阻垢剂防止结垢现象对膜系统的污染，阻垢剂为聚合物和盐的混合物，投加量为0115mg阻垢剂和1mg硅酸盐。
(2)一级DTRO。经过芯式过滤器的渗滤液经高压泵进入膜柱。设高压柱塞泵1台，泵后设减震器1个，用于吸收泵产生的压力脉冲，给反渗透膜柱提供平稳的压力；设高压在线泵各2台。由于高压泵流量难以保证膜柱所需水量，故通过在线泵将膜柱出口一部份浓缩液回流至膜柱，以保证膜表面足够的流量(每只膜柱不低于0.8m3/h)。膜材料为有机复合膜，设46支膜柱、单支面积9.405m2。膜柱组出水分为浓缩液和透过液，浓缩液端设控制阀1个，用于控制膜组内的压力。透过液进入二级膜柱进一步处理，浓缩液排入浓缩液储池，用于回灌处理。
(3)二级DTRO。经一级DTRO膜系统处理后的透过液直接通过二级高压泵进入二级DT膜系统，高压泵设变频控制，使其频率和输出流量将根据一级透过液流量传感器反馈值自动匹配，同时在入口管路设浓缩液自补偿装置，使二级系统的运行不受一级系统产水量的影响。
二级DTRO设9支膜柱、单支面积9.405m2。二级浓缩液端也设控制阀1个，用于控制膜组内的压力。第二级膜柱浓缩液排向第一级系统的进水端，以提高系统的回收率，透过液排入脱气塔。
(4)脱气处理。因预处理时酸的投加和CO2的存在，导致出水pH值较低、难以达标，故在二级膜系统后设脱气塔1座将其去除。经脱气塔后的清水通过净水罐排放。但若pH值仍低于排放要求，系统将通过清水排放管中的pH值传感器判断出水的pH值、并自动调节计量泵的频率在净水罐中投加适量的NaOH，使出水pH值达标。
(5)设备冲洗和清洗。系统冲洗：目的是防止渗滤液中的污染物在膜片表面沉积，在每次系统关闭时进行，正常运行状态下需停机时，一般都采取先冲洗后再停机模式。系统故障时自动停机，也执行冲洗程序。系统冲洗分为渗滤液冲洗和净水冲洗：一级DTRO停机时先采用渗滤液原水冲洗，再采用清水冲洗；二级DTRO只需清水冲洗。两种冲洗的时间都可以在操作界面上设定，一般为5～10min，冲洗用水量为5m3/h，冲洗后水排至调节池。
化学清洗：为保持膜片性能，膜组需定期进行化学清洗，定期向储罐添加清洗剂和阻垢剂，并设定清洗执行时间，清洗时自动执行。清洗剂分为酸性和碱性两种，均为专用清洗剂，碱性清洗剂的主要作用是清除脂肪、腐殖酸等有机物的污染，酸性清洗剂的主要作用是清除铁盐、碳酸盐等无机物污染。清洗时间一般为1～2h，清洗后的液体排出系统到调节池。清洗周期取决于污染物浓度，当在相同进水条件下，膜系统透过液流量减少10%～15%或膜组件进出口压差超过允许的设定值时即进行清洗，正常情况下清洗周期为：一级DTRO系统，碱洗5d(pH=10～11)、酸洗10d(pH=2.5～3.5)；二级DTRO系统，碱洗14d(pH=10～11)、酸洗28d(pH=2.5～3.5)。
(6)浓缩液储池。膜处理系统产生的浓缩液产量为22m3/d，先排至浓缩液储池、再通过泵进行回灌处理。浓缩液储池设计停留时间t=15d。
4结语
(1)渗滤液产量受多种因素影响，回灌处理能减少渗滤液的量，节省工程造价。初期BOD、COD、SS、NH4+-N浓度高且变化范围大，但随填埋时间的延长而逐渐递减。渗滤液回灌技术尤其适合在寒冷地区的垃圾渗滤液处理中应用。
(2)从填埋场的实际运行来看，垃圾填埋场所设计的渗滤液处理工艺能达到处理要求。但随着填埋年限的增加，渗滤液的水质将会发生变化，NH4+-N浓度将不断增加，后期应加强NH4+-N的处理，可考虑在渗滤液处理站的前端增加NH4+-N吹脱工艺。
(3)碟管式膜系统的建设主要为机械加工，以及配套的厂房、水池建设，规模小、建设速度快。设备运抵现场后只需两周左右的时间安装调试工作就可完成；膜系统为集成式安装，附属构筑物及设施也是一些小型构筑物，占地面积很小。另外，膜系统可以安装在集装箱内，也可以安装在厂房里，一个项目结束后可以移至其它项目继续使用。