1、端面自锁连接卷式反渗透膜元件用于垃圾渗滤液深度处理回用童晓岚 1，王瑾 2，杨光兴 2，阳华衡 1（1陶氏化学水处理产品事业部，上海 200120；2惠民环境技术有限公司渗滤液处理厂，广州 510540）摘 要：生化、物化和膜技术组合工艺是垃圾渗滤液深度处理回用的有效方法。广州市兴丰生活垃圾填埋场结合自身水质特点，采用先进的 UASB、SBR、CMF 和 RO 组合工艺处理渗滤液进行废水回用。采用的卷式反渗透膜元件能有效去除有机和无机污染物，出水水质符合国家回用水标准。该类端面自锁连接卷式反渗透膜元件在严重污染的进水水质条件下性能稳定，具有很好的清洗恢复性能。关键词：垃圾渗滤液；卷式反渗透膜；
2、废水回用Application of iLEC Spiral Wound Reverse Osmosis Membrane elements in Landfill Leachate Treatment spiral wound reverse osmosis; wastewater reuse渗滤液水质特点及主要处理工艺填理场渗滤液是一种污染威胁大、性质复杂、难于处理的高浓度有机废水。从填埋场的运行到封场后管理，都需要对渗滤液的产生进行有效控制，对排出的渗滤液进行妥善处理。渗滤液不仅有机物浓度高，而且 NH3-N 浓度也很高，其中的重金属离子和有毒有机物还可能对微生物产生毒性抑制作用，同时，
3、其水质随填埋场的填埋时间和稳定程度而不断变化，从而给渗滤液的处理带来额外的困难 1。渗滤液的主要水质特点如下: 水质复杂，而且变化大。COD cr 和 BOD5 浓度高。金属含量高。氨氮含量高。色度大且有恶臭。微生物营养元素比例失调 2。国内外的垃圾渗滤液处理技术主要包括综合处理法和单独处理法。综合处理法是将渗滤液直接排入城市污水厂与城市污水合并处理的方法，是最为简单、经济的方法。但它容易给污水厂造成冲击负荷，影响污水厂的运行，使用时应加以控制。单独处理法主要有物化处理、生化处理、土地处理和回灌法等。生化法包括厌氧处理、好氧处理和两者结合的方法,它具有处理效果好、运行成本低等优点，适于处理生化
4、性较好的渗滤液。物化法具有水质水量影响小、处理效果稳定的特点，尤其适于处理“老化”垃圾渗滤液。以物化为主的渗滤液深度处理技术，如人工湿地法、深度氧化法、膜处理技术等亦日益受到关注。尤其是膜分离技术在国外垃圾填埋场渗滤液处理中已经相当成熟，主要包括超滤、纳滤、反渗透（卷式或碟管式）以及组合膜工艺 3-8。但在国内这一技术尚未得到充分的推广和应用。卷式反渗透膜元件应用于垃圾渗滤液处理的历史回顾早在 1976 年 Chian9就提出，反渗透是降低渗滤液 COD 的最有效的方法。此后，Krug， Kinman，Bilstad 等人 10-12的工作分别证实了反渗透技术处理垃圾渗滤液的可行性。Chian
5、ese 等人对卷式反渗透在各种压力下去除渗滤液 COD 的效率进行了中试。实验表明，Filmtec SW30-2521 对 COD 的去除率能达到 98%，同时 COD 的增加会使渗透压大大增加12。Piatkiewicz 13研究了“预处理MF(微滤) UF(超滤) RO”的膜组合处理工艺处理垃圾渗滤液。Ahn 等 14报导了韩国 Chung-Nam 省垃圾渗滤液处理场将原来的物理化学处理工艺改进为膜生物反应器和反渗透（MBR+RO）组合膜工艺，以利用卷式反渗透(Filmtec)改进系统对于难生物降解物质和无机氮的脱除率。MBR+RO 工艺对于 COD 和 BOD5 的脱除率高达 97%，分
6、别达到 672 mg/l 和 17 mg/l，NH 3-N 和硝基分别达到 1047 mg/l 和 723 mg/l，出水达到排放标准。法国北部的 Hersin-Coupigny 渗滤液处理场也采用了类似的MBR+RO 工艺 15。反渗透的优势在于工艺简单、占地面积小和处理效果好。渗滤液经反渗透膜处理后可同时高效地去除有机和无机污染物从而使渗滤液得到净化，达到国家相应的排放标准，可直接排放。出水的回收率能到达 80%，而浓缩液则可通过蒸发、固化或回灌工艺处理。该法能连续操作，机械化程度高，对水质和水量负荷的变化有较强的适应性。但膜材料成本高，且在处理这种受污染较严重的水体时易被污染。为了防止膜
7、表面污染、结垢及受机械化学损伤，必须对渗滤液进行一定的预处理，同时进行及时的清洗和维护，以使膜有良好的性能和足够长的使用寿命。端面自锁连接卷式反渗透膜元件在垃圾渗滤液深度处理中的应用案例1单元流程和进出水指标广州市兴丰生活垃圾填埋场是目前国内仅有的几家采用膜法深度处理工艺处理垃圾渗滤液用于回用的填埋场之一，运营单位为惠民（广州）环境技术有限公司（Onxy） 。该渗滤液处理系统采用了目前国内最为先进的厌氧、好氧和膜技术组合工艺，其单元流程如图1：浓缩液填埋场渗滤液均 衡 池EQUALIZATIONTANK上流式厌氧污泥床UASBLEACHATE沼 气METHANE燃 烧 器TORCH序批式生物反
8、应器SBRLEACHATE污泥脱水SLUDGE DEHYDRATION填 埋 区LANDFILL SITE 连续微滤CMF 反 渗 透REVERSE OSMOSIS 回用水池REUSE WATER ERVOIR 图 1 渗滤液处理流程工艺Fig. 1 Flow chart of leachate treatment plant渗滤液处理厂设计进水水质采用的参数如下：pH: 6.5-9.0温度 40BOD5 =12000mg/lCOD = 20000mg/lSS = 2000 mg/l凯氏氮 = 2100mg/l TP = 60mg/l渗滤液经处理后，其出水水质符合国家回用水标准生活杂用水水质标
9、准中规定的洗车用水标准，如表 1 所示。表 1 污水厂出水水质与国家标准的比较Tab. 1 Comparison between LTP effluent and different Standards至 2007 年 2 月生活饮用水生活标准GB5749-2005(Tap water standard)饮用净水水质指标CJ94-1999(Purified drinking water standard)生活杂用水水质标准CJ/T48-1999 (Reuse water standard)污水厂反渗透出水水质（平均值）LTP RO effluent quality (average)TDS (
10、mg/L) 1000 500 1000/1200 655总硬度(以 CaCO3 计)(mg/L)450 300 450 5硫酸盐SO42-(mg/L) 250 100 无要求 14氯化物Cl-(mg/L) 250 250 300/350 247总大肠菌群Coliform(个/L) 0 0 3 3耗氧量COD(mg/L) CODMn3 CODMn2 CODCr50 CODCr18注：RO 出水中含有 COD 并残留 1mg/L 以下的氨氮，因此不适于饮用。2. 厌氧、好氧、膜法组合工艺及其特点渗滤液由调节池泵入均衡池，进行水质水量的均衡和 pH 调节，均衡池出水进入UASB 反应池中，在反应池中
11、 COD 负荷为 1015 kgCOD/(m3d) ，BOD 降解可达75%，COD 降解可达 70%。经厌氧后渗滤液进入 SBR 池，在此利用生物反应进行BOD、 COD 以及 NH3-N 的去除。SBR 反应器的操作以好氧，缺氧交替运作，在好氧情况下，微生物会产生硝化作用；在缺氧情况下，微生物会进行反硝化作用以去除氨氮。 经生化处理后的渗滤液进入连续微滤（CMF）系统，此系统作为反渗透系统的前处理，采用 0.2m 中空纤维膜，隔除渗滤液中大于 0.2m 的悬浮物、细菌和不溶性的有机物。经生化和微滤处理的渗滤液进入 RO 反渗透系统，RO 系统采用宽幅螺旋卷式复合膜，设计最大工作压力：35
12、Bar，最大回收率为 80%，清洗周期为 23 星期，预期膜的工作寿命为2 年。RO 出水可直接进行回用，浓缩液直接回灌到填埋场。该工艺的技术特点是：（1）对于垃圾填埋场前期较为新鲜的渗沥液污水，可生化性高，COD 浓度大，采用厌氧技术处理，能够节约能耗，减少土建占地与投资，厌氧酸化还能改善污水可生化性，既为好氧处理减轻负荷，又有利于后续好氧生化降解。兴丰填埋场采用能耗低效率高的UASB 厌氧单元配合处理可减少 SBR 好氧单元的负荷，减少好氧单元的池容，降低运行费用。 （2）好氧处理工艺是降解有机污染物最彻底、最经济的处理方式，可以通过流程的安排进行硝化和反硝化来达到降解氨氮的目的。高效的
13、SBR 处理体系通过灵活地控制厌氧-好氧交替操作，可在不投加化学药剂的情况下实现除磷脱氮，十分简便，从而可在较长时间内节省氨吹脱设施的投资费用。对于兴丰填埋场渗滤液，目前乃至今后多年内，有机污染物浓度将会很高，并且可生化性较好，因此，选用低能耗高负荷的 UASB 与 SBR 相结合的处理工艺是既经济又灵活地去除有机物及氨氮的有效方式，且能节约成本，节省占地。（3）经过生化处理后渗沥液剩余的 COD 基本都是难降解的溶解性物质，而一般混凝处理对于该类废水的去除率只有 20左右，并且污泥量较大，处理麻烦。而反渗透是可靠地去除 COD 的技术选择。兴丰采用的 CMFRO 深度处理系统可确保出水水质稳
14、定达标。该系统实际运行处理效果大致如下表 2 所示。表 2 各阶段出水水质平均值Tab. 2 Average water quality of different effluentsCOD (mg/L) 脱除率BOD5 (mg/L) 脱除率NH3-N (mg/L) 脱除率TSS(mg/L) 脱除率TDS(mg/L) 脱除率原水 13850 - 8458 - 1582 - 640 - 17595 -UASB出水 7850 43.3% 4087 51.7% 1567 0.9% 410 35.9% 16620 5.5%SBR出水 863 89% 22.73 99.4% 0 100% 285 30.5
15、% - -CMF出水 - - - - - - 0.8 99.7% 8160 50.9%RO出水 15 98.3% 0.32 98.6% 0.28 - 0.5 37.5% 375 95.4%3. 反渗透系统运行状况该填埋场渗滤液处理厂配有两套反渗透单元。其中一套采用陶氏化学 FILMTEC BW30-400/34i 端面自锁连接耐久型高产水量高脱盐率苦咸水淡化反渗透元件。8 只 6 芯装压力容器按一级两段式排列，两段分别有 4 只压力容器，段间设增压泵。设计最大工作压力为 35 Bar，最大回收率为 80%。对于废水回用的系统，要严格控制平均通量，使元件的污染趋势降到最低。目前进水平均流量 18
16、m3/h，产水平均流量 13.6m3/h，单只膜元件平均通量 7.62 lmh。第一段平均进水压力为 25bar，第二段由于进水的 TDS 和 COD 已被大大浓缩，因此需设增压泵，目前平均进水压力为 30bar。陶氏 FILMTEC BW30-400/34i 是适用于原水状况为高污染或高挑战性条件下的耐久型、高脱盐率、高产水量的反渗透膜元件，可在很低的产水成本下实现无故障运行。采用已得到广泛验证的性能卓越而产水能力极高的 FILMTEC BW30 系列反渗透膜片。以进水流道为 34mil 为其显著特征，降低了污堵对压力容器内压降的负面影响，并明显提高了膜元件的清洗效果。采用 iLEC 端面自
17、锁连接技术，在降低系统运行成本的同时，减少了由于 O形密封圈泄漏所致的产水水质下降的风险。经过 UASB、SBR 、CMF 预处理后的反渗透进水水质大致如表 3 所示。该数据为 2006年 8 月 Filmtec 反渗透膜元件投运时取样结果，但要注意渗滤液水质受到降雨等因素影响波动较大，尤其是 TDS, COD 等值。表 3 反渗透进水水质全分析Tab. 3 Water quality of RO feed项目 反渗透进水水质 项目 反渗透进水水质pH (未加酸) 8.00 TBC 细菌总数(个/ml) 120温度( oC) 30.3 Cl-(mg/L) 2639CODCr (mg/L) 66
18、5 SO42-(mg/L) 270.77TDS (mg/L) 8570 Ca (mg/L) 45.23电导率(us/cm) 16480 Mg (mg/L) 99.77SDI 1.92 HCO3- (mg/L) 1799.77TSS(mg/L) 1.2 总 Fe (mg/L) 0.74TP(mg/L) 0.32 Ni (mg/L) 0硬度(mg/L) 523.73 Cu (mg/L) 0.04Alkalinity(mg/L) 1476.7 Zn (mg/L) 0.07浊度(NTU) 0.87 Cr (mg/L) 0.12经过 11 个月的运行和监测，证实反渗透对于总溶解固体、COD、和 BOD
19、都具有较好的脱除效果。其平均脱除效果如图 2、3 所示。结合表 2 中各阶段出水水质平均值，证实反渗透对于 COD 和 BOD 的脱除率能达到 98%以上。0100200300400500600700800900Y: COD (mg/L)2006/102006/112006/122006/82006/92007/12007/22007/32007/42007/52007/6Y ROCOD ROCOD图 2 反渗透单元进、出水 COD 变化历时曲线Fig. 2 COD of RO influent and effluent-50510152025Y: BOD (mg/L)2006/82006/9
20、2006/102006/112006/122007/12007/22007/32007/42007/52007/6Y ROBOD ROBOD图 3 反渗透单元进、出水 BOD 变化历时曲线Fig. 3 BOD of RO influent and effluent相对于普通的苦咸水系统，渗滤液处理系统中的反渗透元件要承受较大的总溶解固体(TDS)，极高的 COD 和一定程度的氨氮。高 TDS 和 COD 值使得反渗透浓缩液的渗透压很高，反渗透系统需要在较高的压力下运行。同时，高 COD 使得膜系统污染趋势增加。因此，反渗透单元要进行经常的预防性清洗和适当的离线清洗。膜元件的清洗恢复效果显著影响
21、系统的性能。目前的清洗周期为 2-3 星期。清洗方式为碱洗(NaOH)+酸洗(HCl)+碱洗(NaOH)，清洗温度 30oC。对于经过生化处理和微滤处理的渗滤液，膜元件的有机物污染和结垢趋势依然较大，因此采取的清洗酸碱浓度都较高，碱洗 pH 值达 12-12.5，酸洗 pH 值达 1.5-2。Onxy 公司运营人员对该套反渗透单元进行几次大型离线清洗表明 Filmtec 反渗透膜具有很好的清洗恢复性能。0510152025302006-8-22006-8-162006-8-302006-9-132006-9-272006-10-112006-10-252006-11-82006-11-2220
22、06-12-62006-12-202007-1-32007-1-172007-1-312007-2-142007-2-282007-3-142007-3-28日 期压力(bar)一 段 进 水 压 力一 段 浓 水 压 力一 段 压 差图 4 反渗透单元第一段进水压力、浓水压力及压差变化Fig. 4 Feed Pressure, Concentrate Pressure and Pressure Drop of the first stage05101520253035402006-8-22006-8-162006-8-302006-9-132006-9-272006-10-112006-10
23、-252006-11-82006-11-222006-12-62006-12-202007-1-32007-1-172007-1-312007-2-142007-2-282007-3-142007-3-28日 期压力(bar)二 段 进 水 压 力二 段 浓 水 压 力二 段 压 差图 5 反渗透单元第二段进水压力、浓水压力及压差变化Fig. 5 Feed Pressure, Concentrate Pressure and Pressure Drop of the second stage图 4 和图 5 是对反渗透单元第一和第二段进水压力、浓水压力及压差变化的记录。从两张图中可以看出，最初
24、安装的一个月内，两段的进水压力分别显著上升，之后稳定下来。这是新安装膜元件在非常高进水 COD 值下，表面被有机物附着污堵所致。此后，由于冬季温度下降，系统运行温度降低，两段运行压力均逐渐上升，07 年三月之后系统运行压力又有所下降。从图中还可以看出，两段反渗透的进水/浓水压差一直保持在一个稳定的水平，表明通过有规律的对反渗透单元进行清洗，系统的污堵程度始终被控制在较小的范围内。结论广州市兴丰生活垃圾填埋场结合自身水质特点，采用先进的生化、物化和膜技术组合工艺深度处理渗滤液进行废水回用。采用的卷式反渗透膜元件能有效去除有机和无机污染物，出水水质符合国家回用水标准。该类端面自锁连接卷式反渗透膜元
25、件在严重污染的进水水质条件下性能稳定，具有很好的清洗恢复性能。兴丰渗滤液处理场的工程实践证明该厌氧、好氧、微滤、反渗透组合工艺具有很好的灵活性和稳定性，值得探讨和借鉴，同时也为反渗透技术在垃圾渗滤液处理方面的应用提供了新的佐证。参考文献：1 岳东北，刘建国，聂永丰，等. 生活垃圾填埋场渗滤液处理技术研究J. 环境污染治理技术与设备，2004，5(6)：5962.2 袁维芳. 渗滤液的水质特点及处理工艺J. 中国沼气，2004，22(3)：2426.3 魏云梅，赵由才. 垃圾渗滤液处理技术研究进展J. 有色冶金设计与研究，2007，28(23)：176181. 4 Pirbazari M, Ra
26、vindran V, Badriyha B N, et al. Hybrid membrane filtration process for leachate treatment J . Water Res, 1996, 30 (11): 26912706.5 Trebouet D, Schlumpf J P, Jaouen P, et al. Stabilized landfill leachate treatment by combined physicochemical -nanofiltrationJ . Water Res, 2001, 35(12): 29352942.6 Kris
27、tina L, Ann - Sofi S, Wimmerstedt. Treatment of three types of landfill leachate with reverse osmosis J. Desalination, 1995, 101(1): 2130.7 Peters A. Purification of landfill leachate with reverse osmosis and nanofiltrationJ. Desalination, 119: 289293.8 张宏忠，松全元，王淀佐. 垃圾渗滤液膜处理技术J. 膜科学与技术，2004，24(5)：69
28、73.9 Chian E S K, Asce M, De Walle F B. Sanitary landfill leachates and their treatmentJ. Am. Soc.of Civil Eng., Environ. Eng. Div. J., 1976, 102(EE): 411431.10 Krug T A, McDougall S. 1989. Preliminary Assessment of a Microfiltration/Reverse Osmosis Process for the Treatment of Landfill Leachate. In
29、: 43rd Purdue Industrial Waste Conference Proceedings. Lewis Publishers, Inc., Chelsea, Michigan, U.S.A., 185193.11 Kinman R N, Nutini D L. 1991. Reverse Osmosis Treatment of Landfill Leachate. In: 45th Purdue Industrial Waste Conference Proceedings. Lewis Publishers, Inc., Chelsea, Michigan, U.S.A.
30、, 617622.12 Bilstad T, Madland M V. Leachate minimization by reverse osmosisJ. Wat. Sci. Tech., 1992, 25(3): 117120.13 Piatkiewicz W, Biemacka E, Suchecka T. A polish study: treating landfill leachate with membranesJ. Filt. Sep., 2001, 38(6): 2226. 14 Ahn W Y, Kang M S, Yim S K, et al. Advanced landfill leachate treatment using an integrated membrane processesJ. Desalination, 2002, 149: 109114.15 Poitel D, Courant P, Primi C, et al. 1999. Various leachate treatment plants in France. Proceedings of The Seventh International Landfill Symposium, SARDINIA, 135142.
