基于碟管式反渗透处理垃圾渗滤液的应用分析

李为实

(合肥工业大学 资源与环境工程学院，合肥 230009)

引 言

为全方位管控各类废弃物排放、推动绿色经济发展、着重解决水污染防控及其相关技术优化，垃圾填埋场产生的垃圾渗滤液其处理问题被作为水污染防治攻坚克难的关键[1-2]。垃圾渗滤液产生于填埋过程中因发酵、降水淋溶及其他水分参与形成的一种高浓度有机废水[3]，其具有水质复杂、金属离子浓度高及营养比例失调等特点，现今国内外在面对垃圾渗滤液处理问题时主要通过三种方法进行解决，分别是：生物处理法、土植法及物化法。传统的生化处理法在处理垃圾渗滤液时，要求进水水力负荷及有机负荷变化小、对系统搭建场地及自身稳定度要求高，土植法处理周期过长，而物化法中膜分离技术手段的处理克服了其他方法在处理污水选用工艺时对水质、水量、场地及系统稳定性的高要求，可在中小型的垃圾填埋场渗滤液的处理中推广使用，其中碟管式反渗透(disc-tube reverse osmosis，简称DTRO)膜系统就是专门针对垃圾渗滤液处理设计的工艺方法[4～6]。

在实现渗滤液处理达标排放的基础上，探求高自动化及更少的运行费用投入，一直是国内外为之探索的目标。但目前理论研究较多，缺少与实际应用相结合的数据对比，为更好的解决渗滤液处理问题，本研究选取泗县垃圾填埋场渗滤液处理站运行情况作为研究对象，从工艺选择、运行流程、运行效果及运行投入进行阐述。通过两级DTRO系统的使用，观察系统渗滤液出水水质、高自动化的运行效果及分析更低的运行成本，从系统配套使用的实时监控系统对比其在减少成本上的优越性。研究成果可为我国建设规模为Ⅲ类、Ⅳ类型(中小型)垃圾填埋场渗滤液的处理工艺选择提供数据参考。

1 工程概况

安徽泗县垃圾填埋场建设规模为日处理生活垃圾220t，通过比对《生活垃圾卫生填埋处理工程项目建设标准》建设规模在200～500t/d的填埋场属于Ⅲ类型填埋场，填埋场总库容为105.22×104m3，库区占地面积11.7hm2，服务年限为14年。于2017年开始运行，场区内产生的渗滤液、地面及车辆清洗水均汇入处理规模为250m3/d渗滤液处理站(15 000m3调节池+两级DTRO+吹脱)处理后，最终排入新濉河。泗县垃圾填埋场渗滤液处理站进水水质设计参考同类型填埋场实测指标，出水水质需满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》中排放要求，化学耗氧量(CODCr)、生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)、总磷(TP)及悬浮物(SS)各项污染因子进出水指标如表1所示。

表1 进出水水质指标Tab.1 Water quality index of inlet and outlet

2 工艺选择

发展前景好运用普遍一直都是膜技术在渗滤液处理上的优势，与其他技术相比，膜技术还具有受原水质变化影响小，出水水质稳定等特点，从而也使这种技术在工程实践中得到广泛应用[7～9]。反渗透则是膜处理方法中最具代表性的一种，其中主要可分为：碟管式反渗透及碟管式纳滤(DTNF)两种，碟管式处理系统对填埋场渗滤液的水质要求相对较低，仅需简单预处理，便可在工程实践中进行运用。

以渗滤液原水水质、出水要求及工程投入为基础，结合实际情况，可按需求在两级DTRO、单级DTRO、膜生物反应器(MBR)+单级DTRO/单级DTNF、DTRO与DTNF组合等工艺中进行选择[10]，各工艺适用情景如表2所示。

表2 工艺适用情景[11]Tab.2 Process application situation

由于泗县填埋场可生化条件较弱，因此需选用适用于生物处理技术受限的处理工艺，结合出水水质要求，选定以两级DTRO系统为工艺核心的处理工艺进行处理渗滤液。

3 运行流程及效果

3.1 处理方法

渗滤液处理站选用“调节池+两级DTRO+吹脱”处理工艺。日处理规模为250m3，原水电导率按20ms/cm(水温>15℃)设计，其中一级DTRO设计回收率为72%，二级设计回收率90%，总回收率为70%。水量平衡及流程图如下图所示。

图 两级DTRO处理系统水平衡及流程图(单位：m3/d)Fig. The process flow and water balance of two-stage DTRO treatment system

3.2 两级反渗透处理系统

表3 系统设计参数Tab.3 The design parameters of system

为降低后续设施的冲击负荷，填埋区产生的渗滤液先汇入调节池内[12]。随后泵送至原水箱，该环节根具实时监控可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC)系统观察原水pH，通过投加酸液的方式使进入膜处理系统的原水pH保持在6～6.5之间。经过滤后进入一级DTRO处理，出水分为两个部分，分别由浓缩液和透过液组成，浓缩液将泵送回灌垃圾山[13]，透过液直接进入二级DTRO膜系统进行处理，处理后还会产生少量浓缩液，将二次产生的少量浓缩液输送回原水箱进行再循环，以提高系统回收率，而出水将进入脱气塔进行吹脱除去二氧化碳等气体，为确保出水pH值在6～9之间，在外排前根据PLC系统实时监控值加碱调节pH，最终泵送外排至外环境。系统各项设计参数如表3所示。

3.3 运行维护清洗

渗滤液中含有大量难溶盐离子，在运行过程中极易在两级膜处理过程中残留在膜柱内结垢，如若不及时处理不仅会造成阻塞，还会降低膜的使用寿命，因此及时的清理这些污垢非常必要。泗县垃圾填埋场渗滤液处理站使用PLC的实时监控系统，通过设定好的时间及提前投加入酸碱罐中的清洗液和阻垢剂，可实现无人现场操作的情况下系统定时自动清洗膜柱，仅需及时增补清洗液阻垢剂就可以实现自动化的操作。

3.4 处理效果

为掌握系统运行效果，对各污染指标进行定期出水检测，指标分别为：pH、COD、NH3-N、TN、TP，检测结果见表4。实时监控系统进出水电导率均值记录如表5所示。

表4 出水定期检测指标Tab.4 The regular monitoring index in effluent water

表5 进出水电导率Tab.5 Conductivity of water inlet and outlet (μs/cm)

从表4及表5中可得出如下结论：

(1)表4的检测结果显示，系统处理后出水CODCr浓度普遍低于26 mg/L，NH3-N浓度低于15 mg/L，出水水质较为稳定，且各项指标均低于《生活垃圾填埋场污染物控制标准》所要求的排放标准。

(2)观察表5可以发现，经过两级DTRO处理后出水电导相较于进水电导有了非常大的降低，由此亦可见该方法对渗滤液的处理高效稳定。

(3)运行期间通过PLC系统可实现在线实时添加阻垢剂，记录每一环节压力泵数值、进出水各阶段电导率及水量，方便观察、维护、可大大减少人工操作成本，全流程可实现高度自动化。

(4)为延长设备使用寿命防止膜柱结垢而影响出水，在运行期间设定PLC实时监控系统，控制定期清洗膜柱，从而保证整个系统在运行期间高效且稳定。

4 初期投入及运行成本

本项目泗县垃圾填埋场渗滤液处理站建设总花费为834万元，包括两级DTRO系统、泵送系统及PLC实时监控系统等。渗滤液处理站在运行过程中，会在用电、人工、清洗剂及设备维护上产生费用。试验期间系统年进水量61 609t，月均处理渗滤液5 134t，运行各项费用及单价如表6所示。

表6 运行成本一览表Tab.6 The project operation cost list

查阅相关文献发现，相似场地条件及设备布置的情况下，处理能力200t/d的安岳垃圾填埋场渗滤液处理站每吨废水处理成本为41.82元，其中电费与药剂费共计34.19元/t[14]，而处理能力250t/d的泗县垃圾填埋场渗滤液处理站处理每吨废水成本为56.18元，其中电费与药剂费共计35.45元/t。造成成本差异的主要原因是由于本项目所采用PLC实时监控系统使得药剂可以按照设定值进行投加，解决了投加过度而导致的浪费及不及时的投加而使得膜片损耗的情况，使用PLC实时监控系统后，用电消耗与药剂费合计占比由未使用PLC系统的81.76%，降至本项目的63.1%，高度自动化处理不仅减少消耗降低了成本，还使膜的使用寿命增长，系统运行更加稳定。

5 结 论

经实践证明，以两级DTRO处理工艺为核心的“预处理+两级DTRO+吹脱”处理系统，解决了部分填埋场生化处理法不适用的问题，相较于土植法其不受场地约束，整套系统高度自动化，实时显示各环节压力泵数值、进出水电导及各环节水量方便记录，自动清洗方便快捷提高了系统稳定性，长期跟踪观察可也以看出整体运行情况稳定，通过对比可得本研究对象运行成本更低。各污染因子的检测数据表明，渗滤液原水经两级DTRO工艺处理后，出水水质可实现各项指标均优于排放标准要求。由此可见，碟管式反渗透处理工艺在解决建设规模为Ⅲ类、Ⅳ类型(中小型)垃圾填埋场渗滤液处理问题上可以做到出水水质达标，且因其高度自动化可大大降低人员投入及运行成本。