淺談城市垃圾滲濾液處理的DTRO與MBR兩種工藝

孟慶禮孫 征邢雯雯

1.中建一局集團安裝工程有限公司；2.長安大學

1 引言

隨著城市化進程不斷加快，環境問題已經成為民生關注的首要問題[1]，據資料統計，截至2017年，中國城市生活垃圾無害化處理量20138.2萬噸，其中衛生填埋量為12183.6萬噸，占比約為60%；焚燒量為7589.3萬噸，占比約為37.7%。由于成本、技術及土地等因素的限制，城市生活垃圾處理技術中衛生填埋依舊是最廣泛、最常用的處理途徑，然而，該方式處理弊端是會產生大量色度高，惡臭重，毒性大，污染物成分復雜多變,難處理的滲濾液。

2 垃圾滲濾液特點

2.1 垃圾滲濾液的來源

垃圾滲濾液是一種高濃度有機廢水，它的來源主要分為以下三種[2]：一是大氣降水，大氣降的雨、雪水占滲濾液中的絕大部分，并且具有集中性、短時性和復雜性；二是地下潛水的反滲；三是垃圾中生化反應所產生的水和垃圾本身所含的水。

2.2 垃圾滲濾液的特點

（1）按照不同的分類原則，滲濾液可以進行不同的分類，若根據填埋場的年齡進行分類，可分為年輕滲濾液和老年滲濾液，水質和水量在這兩種不同階段下的變化很大。

（2）成分較復雜，在利用氣相色譜技術分析垃圾滲濾液中的有機污染物時，我們發現垃圾滲濾液可檢出高濃度的有機廢水[3]。共檢測出64種主要的有機污染物。

（3）微生物的營養成分比例失衡。（4）滲濾液中大量含有金屬離子。（5）填埋時間越長，滲濾液中的氮元素越多，并主要以氨氮形式存在。

2.3 垃圾滲濾液的變化

隨著時間的推移，滲濾液的BOD5/coder的比值會產生變化，初期的比值在0.5和0.7之間，而后期的比值僅僅不到0.15。這樣導致的問題是垃圾填埋場到中后期時，垃圾滲濾液的可生化性變得很差，無法在無預處理情況下將滲濾液降解。

3 我國垃圾滲濾液處理存在的問題

我國垃圾滲濾液的處理主要存在以下幾點問題：第一，在滲濾液處理的過程中，雨水的多少會影響生物處理系統的處理效果。第二，冬季時，滲濾液量減少，反應器重新啟動較困難。第三，隨著填埋時間的不斷延長，有機氮逐漸轉化為無機氮，滲濾液中的氨氮濃度也漸漸增大，造成碳氮比例失衡。第四，滲濾液中的含鹽量較大，無法進行有效的生物脫鹽。最后，還存在比如適應性差、生物降解性不高、脫色困難等其他問題。

4 MBR工藝

膜生物反應器技術是一種新的、高效的污水處理技術[4]，它有機結合了膜分離技術和生物技術，利用膜分離組件在生化反應池中截留活性污泥及大分子有機物。MBR能夠大大提高活性污泥的濃度，分別控制水力停留時間和污泥停留時間，使得難降解物質在反應器中不斷地發生反應直至降解。MBR法與傳統的處理工藝相比的確有非常多的優勢，例如膜生物反應器可有效抵抗污泥的膨脹，能夠很好地去除污染物，出水的水質穩定可靠，出水中懸浮的顆粒物較少等。

5 DTRO工藝

5.1 DTRO膜的結構及特點

DTRO膜主要應用的就是DT膜技術[5]，全稱是碟管式膜技術，根據不同的膜殼結構方式分為兩類，即碟管式納濾和碟管式反滲透。它的工作原理是入口進入的濾料進入容器后，通過導流盤與殼體之間的通道流到另一端法蘭處，再經8個通道進入導流盤。獨特的水力設計，使處理液在壓力作用下流過膜表面時，接觸到膜表面的凹凸點，形成紊流，增加傳輸速率和自潔功能，有效避免濃差極化和膜堵塞，大大延長膜的使用壽命。隔膜上的污垢也容易清洗，該方法可以很好地適應較差的進水條件。

5.2 DTRO膜過濾原理

污水進入膜柱后會沿導流盤與外殼之間的間隙來到濾膜堆[6]。在壓力推動下，水分子不斷的透過膜片進入凈水流道，然后通過中間拉桿上的凈水收集孔排出。污水中的污染物由于被過濾膜截留，凈水不斷透過，使污水隨著經過的過濾膜片變得越來越濃，最后從濃液口排出；DT膜切向過濾是使污水在系統中不斷地折返形成開放式湍流通道。圖1示意了DTRO膜的運行示意圖。

圖1 DTRO膜運行示意圖

5.3 DTRO系統技術特點

DTRO膜法同樣擁有非常多的優點[7]，大概可列舉為以下幾點：第一，它創造式的加寬了料液的流道，以往常見的料液堵塞的問題被很好地處理。第二，獨特的結構使得不會產生結垢現象，也防止了污染。第三，DT膜組件更換零件十分便捷，操作簡單。第四，DT膜組件的操作壓力分別是75bar、150bar、200bar三個等級，應用壓力等級可以適應各種條件要求。第五，屬于一類集成系統使得整個系統的占地的面積較小。

6 DTRO工藝和MBR工藝的技術對比分析

6.1 運行溫度的對比

MBR復合工藝是一種生化處理工藝，生化反應受氣溫影響較大。然而，DTRO工藝是物理化學處理，溫度要求較低，處理效果不取決于進水的生物降解性，出水水質好，系統穩定。

6.2 硬度和堿度的條件比較

硬度過高會導致堵塞的MBR膜組合工藝系統，增加膜的清洗頻率系統；DTRO的特殊通道設計使水流紊流和減少形成小范圍的可能性。因此，DTRO對進水的硬度要求低于MBR膜結合工藝。

6.3 系統穩定性比較

MBR組合工藝不適合中后期的垃圾滲濾液處理，只適合早期的垃圾滲濾液處理。而DTR0工藝作為一種物理化學處理方法[8]，不受填埋年限的影響，可以保證出水穩定達標。因此，DTRO工藝系統比MBR組合工藝系統更適合我國國情。

6.4 各指標去除效果比較

研究表明[9]，DTRO對硬度、COD和鹽的去除率均在96%以上，氨氮去除率約為85%。由于鹽的粒徑、COD、硬度等分子或離子都比膜孔的開口大，它們的保留率較高。DTRO膜系統可以有效地去除滲濾液中的鹽，使鹽不會在系統中積累，該系統產生的精礦被送回焚化爐，以避免二次污染。MBR膜對氨氮、COD、BOD5的去除率均超過85%；出水濁度小于1.0NTU。

6.5 系統運行比較

DTRO工藝和MBR組合工藝都可以有效地處理垃圾滲濾液，一種是采用物化法處理，另一種是采用生化法處理。對比二者的處理過程和成效可得出結論：由于DTRO具有獨特的開放

式流道設計結構，因此在處理垃圾滲濾液時能大大減少內部結垢和二次污染的現象，適合處理生化性較差的滲濾液。同時，膜柱使用壽命長，易于更換及維護，經濟效益較高。而MBR組合工藝的靈活性強，適合處理生化性較強的污水，但系統運行比起DTRO工藝就變得復雜，對環境影響大，處理效果好。

7 MBR+DTRO組合工藝

7.1 MBR+DTRO組合工藝流程特點

利用MBR+DTRO組合工藝處理垃圾滲濾液[10]，使處理過程更加的靈活高效，主要的優勢有三點：第一，占地面積小、耐沖擊性能強；第二，水力停留時間與泥齡分離。膜技術可以全部截留水中的微生物，實現了水力停留時間和污泥齡的分離；第三，出水水質高于傳統生化工藝。但該組合工藝也存在弊端，會產生高濃度的濃縮液，增加深度處理成本[11]。

7.2 MBR+DTRO組合工藝在垃圾滲濾液處理中的應用

目前我國正在大力推進城市垃圾分類及處置政策，垃圾滲濾液的處理研究已成為環保領域的研究重點，MBR+DTRO組合工藝也已經在一些地方有所應用。李麗等[12]采用MBR+兩級DTRO系統對滲濾液進行處理。經該工藝處理后，出水水質能夠滿足《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB 16889—2008）標準要求。高斌等[13]通過對南通市垃圾填埋場滲濾液提標改造工程進行設計，認為采用DTRO膜處理MBR出水和蒸發工藝處理濃縮液使最終清液產率達到95.4%。

8 結束語

本文末提出的MBR+DTRO組合工藝是將生化處理與膜技術相結合，即生化與物理相結合，充分利用兩種處理方式的優勢，使MBR代替DTRO進水的預處理工序。彌補了單獨使用MBR或DTRO工藝的不足，減少工藝流程，節省工程投資，充分發揮雙膜的組合優勢，同時能克服各自的缺點。使處理效果穩定可靠地滿足排放要求，達到排放標準。此外，該組合工藝還能易于運行管理，便于操作調試，具有較高的經濟效益和應用價值。