浅谈城市垃圾渗滤液处理的DTRO与MBR两种工艺

孟庆礼孙 征邢雯雯

1.中建一局集团安装工程有限公司；2.长安大学

1 引言

随着城市化进程不断加快，环境问题已经成为民生关注的首要问题[1]，据资料统计，截至2017年，中国城市生活垃圾无害化处理量20138.2万吨，其中卫生填埋量为12183.6万吨，占比约为60%；焚烧量为7589.3万吨，占比约为37.7%。由于成本、技术及土地等因素的限制，城市生活垃圾处理技术中卫生填埋依旧是最广泛、最常用的处理途径，然而，该方式处理弊端是会产生大量色度高，恶臭重，毒性大，污染物成分复杂多变,难处理的渗滤液。

2 垃圾渗滤液特点

2.1 垃圾渗滤液的来源

垃圾渗滤液是一种高浓度有机废水，它的来源主要分为以下三种[2]：一是大气降水，大气降的雨、雪水占渗滤液中的绝大部分，并且具有集中性、短时性和复杂性；二是地下潜水的反渗；三是垃圾中生化反应所产生的水和垃圾本身所含的水。

2.2 垃圾渗滤液的特点

（1）按照不同的分类原则，渗滤液可以进行不同的分类，若根据填埋场的年龄进行分类，可分为年轻渗滤液和老年渗滤液，水质和水量在这两种不同阶段下的变化很大。

（2）成分较复杂，在利用气相色谱技术分析垃圾渗滤液中的有机污染物时，我们发现垃圾渗滤液可检出高浓度的有机废水[3]。共检测出64种主要的有机污染物。

（3）微生物的营养成分比例失衡。（4）渗滤液中大量含有金属离子。（5）填埋时间越长，渗滤液中的氮元素越多，并主要以氨氮形式存在。

2.3 垃圾渗滤液的变化

随着时间的推移，渗滤液的BOD5/coder的比值会产生变化，初期的比值在0.5和0.7之间，而后期的比值仅仅不到0.15。这样导致的问题是垃圾填埋场到中后期时，垃圾渗滤液的可生化性变得很差，无法在无预处理情况下将渗滤液降解。

3 我国垃圾渗滤液处理存在的问题

我国垃圾渗滤液的处理主要存在以下几点问题：第一，在渗滤液处理的过程中，雨水的多少会影响生物处理系统的处理效果。第二，冬季时，渗滤液量减少，反应器重新启动较困难。第三，随着填埋时间的不断延长，有机氮逐渐转化为无机氮，渗滤液中的氨氮浓度也渐渐增大，造成碳氮比例失衡。第四，渗滤液中的含盐量较大，无法进行有效的生物脱盐。最后，还存在比如适应性差、生物降解性不高、脱色困难等其他问题。

4 MBR工艺

膜生物反应器技术是一种新的、高效的污水处理技术[4]，它有机结合了膜分离技术和生物技术，利用膜分离组件在生化反应池中截留活性污泥及大分子有机物。MBR能够大大提高活性污泥的浓度，分别控制水力停留时间和污泥停留时间，使得难降解物质在反应器中不断地发生反应直至降解。MBR法与传统的处理工艺相比的确有非常多的优势，例如膜生物反应器可有效抵抗污泥的膨胀，能够很好地去除污染物，出水的水质稳定可靠，出水中悬浮的颗粒物较少等。

5 DTRO工艺

5.1 DTRO膜的结构及特点

DTRO膜主要应用的就是DT膜技术[5]，全称是碟管式膜技术，根据不同的膜壳结构方式分为两类，即碟管式纳滤和碟管式反渗透。它的工作原理是入口进入的滤料进入容器后，通过导流盘与壳体之间的通道流到另一端法兰处，再经8个通道进入导流盘。独特的水力设计，使处理液在压力作用下流过膜表面时，接触到膜表面的凹凸点，形成紊流，增加传输速率和自洁功能，有效避免浓差极化和膜堵塞，大大延长膜的使用寿命。隔膜上的污垢也容易清洗，该方法可以很好地适应较差的进水条件。

5.2 DTRO膜过滤原理

污水进入膜柱后会沿导流盘与外壳之间的间隙来到滤膜堆[6]。在压力推动下，水分子不断的透过膜片进入净水流道，然后通过中间拉杆上的净水收集孔排出。污水中的污染物由于被过滤膜截留，净水不断透过，使污水随着经过的过滤膜片变得越来越浓，最后从浓液口排出；DT膜切向过滤是使污水在系统中不断地折返形成开放式湍流通道。图1示意了DTRO膜的运行示意图。

图1 DTRO膜运行示意图

5.3 DTRO系统技术特点

DTRO膜法同样拥有非常多的优点[7]，大概可列举为以下几点：第一，它创造式的加宽了料液的流道，以往常见的料液堵塞的问题被很好地处理。第二，独特的结构使得不会产生结垢现象，也防止了污染。第三，DT膜组件更换零件十分便捷，操作简单。第四，DT膜组件的操作压力分别是75bar、150bar、200bar三个等级，应用压力等级可以适应各种条件要求。第五，属于一类集成系统使得整个系统的占地的面积较小。

6 DTRO工艺和MBR工艺的技术对比分析

6.1 运行温度的对比

MBR复合工艺是一种生化处理工艺，生化反应受气温影响较大。然而，DTRO工艺是物理化学处理，温度要求较低，处理效果不取决于进水的生物降解性，出水水质好，系统稳定。

6.2 硬度和碱度的条件比较

硬度过高会导致堵塞的MBR膜组合工艺系统，增加膜的清洗频率系统；DTRO的特殊通道设计使水流紊流和减少形成小范围的可能性。因此，DTRO对进水的硬度要求低于MBR膜结合工艺。

6.3 系统稳定性比较

MBR组合工艺不适合中后期的垃圾渗滤液处理，只适合早期的垃圾渗滤液处理。而DTR0工艺作为一种物理化学处理方法[8]，不受填埋年限的影响，可以保证出水稳定达标。因此，DTRO工艺系统比MBR组合工艺系统更适合我国国情。

6.4 各指标去除效果比较

研究表明[9]，DTRO对硬度、COD和盐的去除率均在96%以上，氨氮去除率约为85%。由于盐的粒径、COD、硬度等分子或离子都比膜孔的开口大，它们的保留率较高。DTRO膜系统可以有效地去除渗滤液中的盐，使盐不会在系统中积累，该系统产生的精矿被送回焚化炉，以避免二次污染。MBR膜对氨氮、COD、BOD5的去除率均超过85%；出水浊度小于1.0NTU。

6.5 系统运行比较

DTRO工艺和MBR组合工艺都可以有效地处理垃圾渗滤液，一种是采用物化法处理，另一种是采用生化法处理。对比二者的处理过程和成效可得出结论：由于DTRO具有独特的开放

式流道设计结构，因此在处理垃圾渗滤液时能大大减少内部结垢和二次污染的现象，适合处理生化性较差的渗滤液。同时，膜柱使用寿命长，易于更换及维护，经济效益较高。而MBR组合工艺的灵活性强，适合处理生化性较强的污水，但系统运行比起DTRO工艺就变得复杂，对环境影响大，处理效果好。

7 MBR+DTRO组合工艺

7.1 MBR+DTRO组合工艺流程特点

利用MBR+DTRO组合工艺处理垃圾渗滤液[10]，使处理过程更加的灵活高效，主要的优势有三点：第一，占地面积小、耐冲击性能强；第二，水力停留时间与泥龄分离。膜技术可以全部截留水中的微生物，实现了水力停留时间和污泥龄的分离；第三，出水水质高于传统生化工艺。但该组合工艺也存在弊端，会产生高浓度的浓缩液，增加深度处理成本[11]。

7.2 MBR+DTRO组合工艺在垃圾渗滤液处理中的应用

目前我国正在大力推进城市垃圾分类及处置政策，垃圾渗滤液的处理研究已成为环保领域的研究重点，MBR+DTRO组合工艺也已经在一些地方有所应用。李丽等[12]采用MBR+两级DTRO系统对渗滤液进行处理。经该工艺处理后，出水水质能够满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）标准要求。高斌等[13]通过对南通市垃圾填埋场渗滤液提标改造工程进行设计，认为采用DTRO膜处理MBR出水和蒸发工艺处理浓缩液使最终清液产率达到95.4%。

8 结束语

本文末提出的MBR+DTRO组合工艺是将生化处理与膜技术相结合，即生化与物理相结合，充分利用两种处理方式的优势，使MBR代替DTRO进水的预处理工序。弥补了单独使用MBR或DTRO工艺的不足，减少工艺流程，节省工程投资，充分发挥双膜的组合优势，同时能克服各自的缺点。使处理效果稳定可靠地满足排放要求，达到排放标准。此外，该组合工艺还能易于运行管理，便于操作调试，具有较高的经济效益和应用价值。