DTRO膜工程设计与污染堵塞清洗方案.docx
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DTRO膜工程设计与污染堵塞清洗方案
DTRO膜管式膜工程设计与污染堵塞清洗案
DTRO膜（碟管式反渗透膜）是反渗透的一种形式，是专门用来处理高浓度垃圾渗滤液的膜组件，主要用于垃圾渗滤液垃圾渗滤液处理，其核心技术是碟管式膜片膜柱。
把反渗透膜片和水力导流盘叠放在一起，用中心拉杆和端板进行固定，然后置入耐压套管中，就形成一个膜柱。
有一级和两级DTRO处理系统，两级DTRO处理系统，包括中央控制系统、砂滤器、第一级反渗透系统、第二级反渗透系统、渗滤液储罐、硫酸储罐、净水储罐、清洗剂储罐、脱气塔等，也可根据水质情况前端设置超滤系统和纳滤系统。
碟管式反渗透系统是其核心部分碟管式膜柱由碟式RO膜片、导流盘、O型橡胶垫圈、中心拉杆和耐压套管所组成。
膜片和导流盘间隔叠放，O型橡胶垫圈放在导流盘两面的凹槽，用中心拉穿在一起，置入耐压套管中，两端用金属端板密封。
设计规模及设计水质
1.1设计规模
本工程设计日处理垃圾渗滤液15吨，设计开机率90%，满负荷运行时日处理量可达16.7吨以上。
1.2设计进水水质
垃圾填埋场的渗沥液原水水质的变化围大，我们根据本项目垃圾填埋场所在区域其它填埋场渗滤液的水质特点，将渗滤液进水水质按如下指标进行设计：
项目
设计进水水质
CODcr（mg/l）
≤15000
BOD5（mg/l）
≤5000
NH3－N（mg/l）
≤1200
TN（mg/l）
≤1500
SS（mg/l）
≤800
pH值
≤6～9
电导率（μS/cm）
≤20000
水温（℃）
15-35
1.3设计出水水质
渗沥液处理后出水水质执行《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-2008）中的一般地区标准，其出水水质指标如下表中所示：
序号
控制污染物
排放浓度限值
1
色度（稀释倍数）
≤40mg/L
2
化学需氧量CODcr
≤100mg/L
3
生化需氧量BOD5
≤30mg/L
4
悬浮物SS
≤30mg/L
5
氨氮NH4-N
≤25mg/L
6
总氮TN
≤40mg/L
7
总磷
≤3mg/L
8
粪大肠菌群数
≤10000个/L
9
总汞
≤0.001mg/L
10
总镉
≤0.01mg/L
11
总铬
≤0.1mg/L
12
六价铬
≤0.05mg/L
13
总砷
≤0.1mg/L
14
总铅
≤0.1mg/L
污染源分析
1.4垃圾填埋场渗滤液的来源
垃圾填埋场渗滤液是由垃圾分解后产生的液体与外来水分渗入（包括降水、地表水、地下水）所形成的流水，包含多种代物质和水分，形成的成分极为复杂的高浓度有机废水。
垃圾填埋场渗滤液产生及水量平衡，如下图所示。
图3.11垃圾填埋场水量平衡示意图
从上图可以看出，渗滤液的主要来源有：
1）降水的渗入：
降水包括降雨和降雪，它是渗滤水产生的主要来源。
2）外部地表水的流入：
这包括地表径流和地表灌溉。
3）地下水的渗入：
当填埋场渗滤水水位低于场外地下水水位，并没有设置防渗系统时，地下水就有可能渗入填埋场。
4）垃圾本身含有的水分：
这包括垃圾本身携带的水分以及从大气和雨水中的吸附量。
5）垃圾在降解过程中产生的水分：
垃圾中的有机组分在填埋场分解时会产生水分。
由以上渗沥液来源分析可知，垃圾渗滤水的产生量是受多种因素的影响，如降雨量、蒸发量、地面径流、地下水渗入、垃圾的特性、地下层结构、表层覆土和下层排水设施的设置情况等。
1.5垃圾填埋场渗滤液的特性
垃圾渗滤液的性质与垃圾的种类、性质、垃圾的填埋式、覆盖情况、降雨及蒸发等都有很大的关系，其浓度和性质也随时间呈高度的动态变化关系，主要取决于垃圾场的使用年限和取样时填埋场所处的阶段。
其特征主要体现在以下面：
1）有机污染物种类繁多，水质复杂
垃圾渗滤液中含有大量的有机物，主要有77种，含量较多的有烃类及其衍生物、酸酯类、醇酚类、酮醛类和酰胺类等。
一般而言，垃圾渗滤液中的有机物可分为三类：
低分子量的脂肪酸类、中等分子量的灰黄霉酸类物质；腐殖质类高分子的碳水化合物。
2）污染物浓度高、变化围大
垃圾渗滤液中BOD和COD浓度最高可达每升几万毫克，其产生主要是在酸性发酵阶段，pH值达到或略低于7，BOD与COD比值介于0.5-0.6之间；一般而言，COD、BOD、BOD/COD比值随垃圾填埋场的“年龄”增长而降低，碱度则上升。
3）水质水量变化大
垃圾渗滤液水质水量的变化主要体现在如下面：
产生量随季节变化大，雨季明显大于旱季；污染物组成及其浓度也随季节变化；污染物组成及其浓度随填埋时间而变化。
4）氨氮含量较高
垃圾渗滤液中氨氮浓度随垃圾填埋年限的增加而增加，可以高达2000mg/L左右，氨氮含量过高会影响微生物的活性，降低生物处理的效果。
5）金属离子种类较多
金属含量高渗滤液中含有多种金属离子，其浓度不仅与垃圾组分有关，也与垃圾填埋时间密切相关。
6）营养元素比例失衡
渗滤液中后期，氨氮含量较高，而BOD含量偏低，一般渗滤液中BOD/TN大都小于4，碳源含量偏低不利于微生物的生长，不利于渗滤液的生化处理。
1.6垃圾渗滤液水质变迁规律
在同一填埋场中，渗滤液性质及其化学组成随时间呈高度相关，如图3.31填埋场稳定化过程中渗滤液水质的变迁所示。
在填埋初期，渗滤液中的有机酸浓度较高，而挥发性有机酸占有量不到1%；随着时间的推移，挥发性脂肪酸的比例增加。
在填埋场酸化阶段，渗滤液pH值较低，而BOD、TOC、COD、营养物质和重金属的含量均较高；至产甲烷阶段，渗滤的pH值上升到6.5-7.5，甚至更高，而BOD、TOC、COD、营养物质和重金属的含量明显降低。
图3.31填埋场稳定化过程中渗滤液水质的变迁
Ⅰ-初始调整阶段；Ⅱ-过渡阶段；Ⅲ-酸化阶段；Ⅳ-甲烷发酵阶段；Ⅴ-成熟阶段
1.7影响渗滤液成分和性质的因素
对于特定的垃圾填埋场，其渗滤液的成分和性质不仅与气候、水文条件有关，还与垃圾成分、填埋场结构、填埋时间等密不可分。
1）垃圾成分对渗滤液性质的影响
由于渗滤液中的有机污染负荷主要来自城市生活垃圾中有机废物的含量，因此，生活垃圾中有机废物的含量，特别是厨余垃圾的含量对垃圾渗滤液的成分有着很大的影响。
2）垃圾填埋场结构对渗滤液性质的影响
填埋场的结构直接影响到渗滤液的生物降解及稳定化进程。
填埋场结构分为厌氧填埋、好氧填埋及准好氧填埋三种型式，垃圾填埋场结构的不同直接影响到填埋场渗滤液的降解速度，使渗滤液的水质有较大的差别。
3）垃圾填埋式对渗滤液性质的影响
垃圾填埋式对渗滤液的水质具有一定的影响，如增加垃圾的填埋密度，即可减少垃圾的含水量和土壤的渗水量，限制外来水进入填埋场，由此可推迟垃圾中有机成分的降解作用，使渗滤液的浓度降低，延长渗滤液的产生时间；而在垃圾的透水性能相同时，填埋场越深，渗滤液在填埋场滞留时间越长，渗滤液所含组分的浓度越高。
4）填埋时间对渗滤液性质的影响
垃圾填埋后，随着填埋时间的增长，垃圾中有机物的降解速率、垃圾的持水能力和水渗透性能均发生变化，所产生的渗滤液性质在不同填埋时间是不同的。
图3.41为国某垃圾填埋场新旧填埋场渗滤液成分对比，图3.42～3.43为行业有关研究渗滤液特征随填埋场填埋年限的变化规律统计。
由图中数据可清楚地看出，渗滤液中主要污染物指标随填埋场填埋年限增长而变化的规律。
图3.41新旧垃圾渗滤液成分对比表
图3.42垃圾渗滤液pH及COD值随填埋年限变化规律
图3.43垃圾渗滤液B/C比及VFA/TOC填埋年限变化规律
四、五年以下为初期填埋场，填埋场处于产酸阶段，渗沥液中含有高浓度有机酸，此时BOD5、TOC、营养物和重金属的含量均很高、NH3-N浓度相对较低，可生化性较好，且C/N比协调，相对而言，此阶段的渗沥液较易处理。
五年至十年为成熟填埋场，随着时间的推延，填埋场处于产甲烷阶段，COD和BOD浓度均显著下降，但B/C比下降更为明显，可生化性变差，而NH3-N浓度则上升，C/N比相对而言不甚理想，此一时期的垃圾渗沥液较难处理。
十年以上为老龄填埋场，此时COD、BOD均下降到了一个较低的水平，B/C比处于较低的水平，C/N比处于不协调，虽然此阶段污染程度显著减轻，但远远达不到直接排放的要求，随着填埋年限的增加，氨氮浓度不断增加，COD不断下降，难以再进行生化处理。
1.8垃圾渗滤液的危害
垃圾在运输、堆放、填埋过程中，由于厌氧发酵、有机物分解、雨水淋洗、地下水浸泡等原因产生多种代物质和水分，形成了成分极为复杂的高浓度有机废水——垃圾渗滤液；未经处理的垃圾渗滤液流经地表或渗入地下水后，将对环境造成重的二次污染。
1）垃圾渗滤液对地表水、地下水的危害
垃圾渗滤液属高浓度有机废水，由于其所含有机污染物浓度高，流动缓慢，渗滤液持续时间长，如果填埋场不能采取良好的渗滤液收集、导排、处理等措施，一旦进入地表水体或渗入地下水，都会对水体造成重的污染，其对地下水的污染程度取决于渗滤液的量、渗滤的速度、垃圾的填埋年限、垃圾性质、填埋垃圾的量及垃圾填埋场的工程措施及管理等。
2）垃圾渗滤液对土壤的危害
垃圾填埋场防渗工程措施采取不当时或没有采取防渗措施时，渗滤液会渗入土壤，如果其渗入速度超过了净化速度，则会破坏自然动态平衡，导致土壤正常功能的失调，土壤质量下降，重的会造成土壤使用功能下降或丧失。
1.9渗沥液的水质特点
综上所述，垃圾填埋场渗沥液水质具有如下特点：
（1）污染物成份复杂、水质波动较大。
由于垃圾组份复杂，渗沥液中的污染物成份复杂。
渗沥液的污染成分包括有机物、无机离子和营养物质。
其中主要是氨氮和各种溶解态的阳离子、重金属、酚类、可溶性脂肪酸及其它有机污染物。
水质波动主要受两个因素影响：
填埋时间和气候因素。
填埋时间是影响渗沥液水质的主要因素之一。
填埋初期渗沥液BOD/COD一般在0.4-0.6。
但随着填埋时间的增加，垃圾层日趋稳定，垃圾渗沥液中的有机物浓度降低，可生化性差的相对分子质量大的有机化合物占优势，BOD/COD比降低即可生化性降低，同时渗沥液中的氨氮浓度在填埋堆体的稳定化过程中将逐渐增加，C/N比下降，即使在同一年，由于季节和气候的变化也会造成渗沥液水质波动变化较大，垃圾渗沥液的这一特性是其它污水无法比拟的，造成了处理和处理工艺选择的难度大，因此，渗沥液处理系统要有很强的抗冲击负荷能力。
（2）有机物浓度高即COD、BOD浓度高。
垃圾渗滤水中的BOD和COD浓度最高可达几万mg/l，但随填埋时间的推移将逐步降低，即使如此，仍然达到几千mg/l，相对其它废水而言仍然较高。
并且渗沥液中含有大量的腐殖酸，采用传统的生化处理工艺，很难将之处理至二级甚至一级标准以下，一般来讲，渗沥液中的COD中将近有500～600mg/l无法用生物处理的式处理。
而对于新填埋场渗沥液来讲则可生化性较好，但污染物浓度如COD浓度较高。
（3）氨氮浓度高。
氨氮浓度随填埋时间的增加而相应增加，渗沥液中的氮多以氨氮形式存在氨氮含量高垃圾渗滤水中的氨氮浓度随着垃圾填埋年数的增加而增加。
（4）重金属离子浓度和盐份含量高。
生活垃圾单独填埋时，重金属含量会较低；但与工业废物或污泥混埋时，重金属含量和盐份会很高，采用生化处理会因为含盐量过高会对生化产生抑制毒害作用。
造成启动困难，运行不稳，甚至无法运行。
渗滤液处理工艺的选择
1.10对工艺的基本要求
鉴于渗沥液的上述特点，对于填埋场渗沥液处理工艺而言，设计以及工艺的选用需要满足以下条件：
（1）满足水量变化的特点
对于任已经选定规模的水处理工艺而言，其处理能力均有水量处理上限的问题，因此，在设计工艺应具备较大的抗水力冲击负荷能力适应较大的水量波动；
（2）抗水质冲击负荷能力强
由于渗沥液水质波动变化较大，因此，要求处理工艺需要有极强的抗冲击负荷能力。
特别是要重点考虑随着填埋年限的增长，渗沥液的可生化性的大幅下降以及碳氮比的失调。
（3）高COD、BOD去除能力
填埋场渗沥液COD浓度高达4000-20000mg/l，而环保政策对渗沥液处理出水水质要求越来越格，因此处理工艺需要具备极高的有机污染物去除能力。
（4）高效脱氮能力
填埋场渗沥液氨氮浓度一般从数百到几千mg/L不等，与城市污水相比，垃圾渗沥液的氨氮浓度高出数十至数百倍，并且由于本项目执行GB16889-2008标准，对出水氨氮和总氮的排放要求极为格，要求处理工艺对氨氮的去除率达到99%以上。
（5）处理设施运行稳定，操作管理简便；
（6）处理过程安全、无污染；
1.11膜尔碟管式反渗透技术介绍
DiscTube™膜柱（“DT膜柱”）是平板膜柱技术中的最先进产品。
此膜柱由压力外壳、中心拉杆固定的圆形压盘片构成。
八角形膜片布置在两个盘片之间。
膜片由两片滤膜组成，这两片滤膜通过超声波焊接密封且中间采用分离层分离。
DTRO高压反渗透膜是实现淡水和杂质分离的核心元件，由高分子材料制成，而芳香族聚酰胺具有优异的化学性能被选为碟片式膜片的材质。
废水在进水泵增压获得初步压力并经过保安过滤器过滤后即进入高压泵提供压力，而循环泵提供较大流量以满足DTRO膜面的流速要求，液体在碟片式流道正/反“S”向流通，液体中的小分子颗粒物、溶解态的离子等被截留在浓水侧，透过的淡水被收集起来成为清洁的过滤液。
DTRO膜组件构造与传统的卷式膜着截然不同，该组件构造与传统的卷式膜着截然不同，原液流道：
碟管式膜组件具有专利的流道设计形式，采用开放式流道。
料液通过入口进入压力容器中，从导流盘与外壳之间的通道流到组件的另一端，在另一端法兰处，料液通过8个通道进入导流盘中，被处理的液体以最短的距离快速流经过滤膜，然后180º逆转到另一膜面，再从导流盘中心的槽口流入到下一个导流盘，从而在膜表面形成由导流盘圆到圆中心，再到圆，再到圆中心的双”S”形路线，浓缩液最后从进料端法兰处流出。
DTRO组件两导流盘之间的距离为3mm，导流盘表面有一定式排列的凸点。
这种特殊的水力学设计使处理液在压力作用下流经滤膜表面遇凸点碰撞时形成湍流，增加透过速率和自清洗功能，从而有效地避免了膜堵塞和浓度极化现象，成功地延长了膜片的使用寿命；清洗时也容易将膜片上的积垢洗净，保证碟管式膜组适用于恶劣的进水条件。
DTRO流态示意图
盘片/膜片相对位置示意图
渗透液从膜外侧垂直进入膜侧得以分离，由滤膜分离的渗透液通过中心拉杆流出膜柱。
浓缩液及渗透液的分离是借助盘片与膜片之间的密封圈实现的。
采用碟管式反渗透膜处理垃圾渗滤液，具体如下技术优点：
（1）出水稳定达标，不受渗滤液可生化性的影响
由于碟管式反渗透技术分对污染的截留率很高，初期、中期、晚期的渗滤液均能稳定达到排放标准，不受渗液可生化性、炭氮比等因素的影响，对于中期及晚期的老垃圾场渗滤液有着很大的优势；
垃圾渗滤液中含有大量的有机污染物，无机污染物，微生物代物和细菌，污染物在运行过程中被截留在DTRO膜的表面，部分污染物也会进入DTRO膜的中，长时间运行，就会在DTRO膜表面结垢，使DTRO膜污堵。
被污堵的DTRO膜水通量下降，跨膜压差上升，一般DTRO膜每隔70天应进行一次在线清洗，六个月必须进行一次离线再生清洗。
在线清洗是DTRO膜元件保留在系统之上，不用拆卸下来，将清洗剂用泵打入DTRO膜管或DTRO膜片的部，使DTRO膜与清洗剂接触，通过清洗剂的浸泡和渗透，使污染物与DTRO膜分离，在污染重时在线清洗效果一般不理想，这时需要对DTRO膜进行离线再生清洗。
离线再生清洗的法有人工清洗，人工清洗是将污染堵塞的DTRO膜膜片从耐压套管中拆卸下来，先人工冲洗膜片的表面，表面清理之后，将DTRO膜片放入注入清洗剂的箱体里浸泡，浸泡时间为2至6小时，之后用清水反复冲洗，
膜尔系列DTRO膜清洗机，是膜尔环保科技有限公司研发中心最新专利技术产品，DTRO膜清洗专业设备，包括清洗箱，篮筐，过滤装置，药剂加注排空装置和PLC自动化控制系统；节省人工，减少人工的劳动强度，PLC自动化操作，就地和远程控制，不锈钢材料制造，独特的篮筐设计，使单独码放，使膜片的每个部分都能均匀的与清洗剂接触，具有清洗效果好，效率高，通量恢复均匀，不伤膜的特点。
清洗完成的膜片需要进行破损检验，将破损的膜片进行修补，不能修补的膜片要及时的去除，用新的膜片替换，以保证DTRO膜系统的出水水质。
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