垃圾滲濾液處理納濾濃縮液的減量試驗(yàn)研究

黃凱興　雷濤　陳石　王磊　李凱　宋國(guó)標(biāo)

(1深圳市下坪固體廢棄物填埋處理場(chǎng)　廣東深圳 518023；　2.中鋼集團(tuán)武漢安全環(huán)保研究院有限公司　武漢 430081；　3.貴陽(yáng)市高雁生活垃圾填埋場(chǎng)　貴陽(yáng) 550002)

?

垃圾滲濾液處理納濾濃縮液的減量試驗(yàn)研究

黃凱興1雷濤2陳石1王磊2李凱2宋國(guó)標(biāo)3

(1深圳市下坪固體廢棄物填埋處理場(chǎng)廣東深圳 518023；2.中鋼集團(tuán)武漢安全環(huán)保研究院有限公司武漢 430081；3.貴陽(yáng)市高雁生活垃圾填埋場(chǎng)貴陽(yáng) 550002)

采用1種納濾膜和2種反滲透膜對(duì)垃圾滲濾液處理過(guò)程中產(chǎn)生的納濾濃縮液進(jìn)行處理，研究進(jìn)水壓力、回收率、膜通量對(duì)膜工藝運(yùn)行穩(wěn)定性、出水水質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明，在試驗(yàn)條件下垃圾滲濾液納濾濃縮液可減量50%以上，反滲透產(chǎn)水指標(biāo)滿足《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920—2002)城市綠化及娛樂(lè)性環(huán)境用水-湖泊類(lèi)的要求。

濃縮液納濾反滲透

0　引言

垃圾滲濾液是一種高濃度有機(jī)廢水，若不妥善處理將會(huì)造成極大的環(huán)境和生態(tài)污染[1]。2010年2月，國(guó)家環(huán)境保護(hù)部頒布了《生活垃圾填埋場(chǎng)滲濾液處理工程技術(shù)規(guī)范》，明確規(guī)定深度處理工藝可采用納濾、反滲透、吸附過(guò)濾等方法，處理對(duì)象主要是滲濾液中的懸浮物、溶解物和膠體等[2]。由于排放標(biāo)準(zhǔn)的提高、膜技術(shù)的廣泛使用，帶來(lái)一種更難處理的副產(chǎn)物——膜過(guò)濾濃縮液。膜過(guò)濾濃縮液是一種棕黑色液體，一般生化性很差，其體積為原液體積的20%～50%。目前，垃圾滲濾液膜過(guò)濾濃縮液的處理方法主要有蒸發(fā)、化學(xué)氧化、催化氧化等，均存在一定的局限性。本試驗(yàn)以減量化為目的，采用1種納濾膜和2種反滲透膜，處理深圳市某垃圾填埋場(chǎng)滲濾液納濾濃縮液，系統(tǒng)研究了3種膜處理納濾濃縮液的產(chǎn)水水質(zhì)、運(yùn)行工藝條件、物耗等。

1　試驗(yàn)部分

1.1水樣來(lái)源與水質(zhì)

試驗(yàn)水樣來(lái)自深圳市某垃圾填埋場(chǎng)。填埋場(chǎng)滲濾液經(jīng)多級(jí)生物處理后，再經(jīng)超濾和納濾工藝處理，80%左右的清水外排，產(chǎn)生20%的納濾濃縮液。納濾濃縮液水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1　試驗(yàn)水質(zhì)表　mg/L，pH除外

1.2試驗(yàn)裝置及工藝流程

試驗(yàn)裝置主要包括預(yù)處理系統(tǒng)、膜元件(壓力外殼和膜組件)、高壓泵、循環(huán)泵及清洗系統(tǒng)。預(yù)處理設(shè)施主要是保安濾器，主要去除進(jìn)水中的懸浮物、膠體等妨礙后續(xù)膜分離系統(tǒng)運(yùn)行的雜質(zhì)。

納濾膜、反滲透膜1和反滲透膜2采用4寸規(guī)格試驗(yàn)用膜。操作條件為：最高溫度45 ℃，最高操作壓力4.1 MPa，最高壓降0.09 MPa，pH連續(xù)運(yùn)行范圍2～11，pH短期清洗(30 min)1～12，最大進(jìn)水流量3.6 m3/h，最大給水SDI15為5。試驗(yàn)流程圖見(jiàn)圖1。

圖1　試驗(yàn)工藝流程示意圖

納濾濃縮液在進(jìn)入膜組件前先進(jìn)行添加鹽酸、阻垢劑和還原劑，然后經(jīng)增壓泵及循環(huán)泵進(jìn)行增壓后進(jìn)入膜組件再進(jìn)行過(guò)濾，透過(guò)膜組件的液體稱(chēng)為產(chǎn)水，送回產(chǎn)水箱后回收利用。被膜截留的液體稱(chēng)為二次濃縮液。其中部分二次濃縮液回流到循環(huán)泵前與進(jìn)水混合進(jìn)行再濃縮，剩余二次濃縮液回到濃水箱后待處理。當(dāng)產(chǎn)水量下降10%或進(jìn)水側(cè)壓力----濃縮液側(cè)壓力下降0.1 Mpa時(shí)，啟動(dòng)化學(xué)清洗。

1.3主要分析指標(biāo)與方法

COD：重鉻酸鉀法；NH3-N：納氏試劑比色法；TN：堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法；pH：數(shù)顯酸度計(jì)測(cè)量。

1.4試驗(yàn)方法

先保證膜的回收率達(dá)到40%以上，進(jìn)行不同膜通量的試驗(yàn)。具體操作方法是：分別在固定膜通量為20，30 L/(m2·h)的情況下，試驗(yàn)回收率為40%，50%，60%條件下膜的運(yùn)行狀況及產(chǎn)水水質(zhì)。

運(yùn)行期間每間隔1 h記錄進(jìn)水、產(chǎn)水及二次濃縮液電導(dǎo)率、流量及壓力等。連續(xù)運(yùn)行12 h后用產(chǎn)水沖洗膜組件。

2　結(jié)果與分析

2.1運(yùn)行結(jié)果分析

2.1.1壓力

在進(jìn)水水流側(cè)施加操作壓力以克服過(guò)膜滲透壓，當(dāng)高于滲透壓的操作壓力施加在濃溶液側(cè)時(shí)，水分子自然滲透的流動(dòng)方向就會(huì)被逆轉(zhuǎn)，部分濃溶液通過(guò)膜成為稀溶液側(cè)的凈化產(chǎn)水。

膜通量分別為20，30 L/(m2·h)，3種膜在不同回收率條件下進(jìn)水壓力變化見(jiàn)圖2。由圖2可知，膜通量相同時(shí)，回收率提高，3種膜所需的驅(qū)動(dòng)力也相應(yīng)增大。同一支膜組件回收率相同時(shí)，進(jìn)水壓力隨膜通量的增大而升高?；厥章屎湍ね慷枷嗤瑫r(shí)，進(jìn)水壓力：膜1<膜2<膜3。

2.1.2運(yùn)行時(shí)間

膜通量分別為20，30 L/(m2·h)，3種膜在不同回收率條件下運(yùn)行時(shí)間變化見(jiàn)圖3。

由圖3可知，膜通量相同時(shí)，回收率提高，3種膜的運(yùn)行時(shí)間基本呈下降趨勢(shì)。當(dāng)3種膜回收率從40%提升到50%時(shí)，運(yùn)行時(shí)間下降趨勢(shì)較為緩慢；當(dāng)回收率從50%提升到60%時(shí)，運(yùn)行時(shí)間呈急速下降趨勢(shì)?？傮w來(lái)看，運(yùn)行時(shí)間：膜3>膜2>膜1。

(a)膜通量為20 L/(m2·h)

(b)膜通量為30 L/(m2·h)

(a)膜通量為20 L/(m2·h)

(b)膜通量為30 L/(m2·h)

圖3運(yùn)行時(shí)間隨回收率的變化

2.1.3處理水量

在固定初始條件下一段時(shí)間內(nèi)，單一膜處理水量越多，代表膜的耐污染程度越高。膜通量分別為20，30 L/(m2·h)，3種膜在不同回收率條件下處理水量變化見(jiàn)圖4。

(a)膜通量為20 L/(m2·h)

(b)膜通量為30 L/(m2·h)

圖4處理水量隨回收率的變化

由圖4可知，3種膜的處理水量變化趨勢(shì)和運(yùn)行時(shí)間變化基本一致。膜通量相同時(shí)，回收率提高，3種膜的處理水量基本呈下降趨勢(shì)。同一支膜在相同回收率條件下，膜通量為30 L/(m2·h)時(shí)處理水量更多，膜的耐污染能力更強(qiáng)。不同膜在相同回收率及膜通量條件下，耐污染程度：膜1<膜2<膜3。

2.1.4脫鹽率

膜通量分別為20，30 L/(m2·h)，3種膜在不同回收率條件下脫鹽率的變化見(jiàn)圖5。

由圖5可知，在膜通量相同的情況下，回收率提高，3種膜的脫鹽率基本呈下降趨勢(shì)。在回收率相同的情況下，3種膜在膜通量為20 L/(m2·h)的脫鹽率低于膜通量為30 L/(m2·h)的脫鹽率。在膜通量和回收率相同的情況下，脫鹽率：膜1<膜2<膜3。

(a)膜通量為20 L/(m2·h)

(b)膜通量為30 L/(m2·h)

圖5脫鹽率隨回收率的變化

2.1.5其它因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響

(1)溫度。一般情況下，在提高進(jìn)水溫度而其它參數(shù)不變時(shí)，溫度每增加1 ℃，產(chǎn)水量會(huì)增加2%～3%。這主要是由于水溫升高后水的黏度降低所致。但在試驗(yàn)中產(chǎn)水量受溫度的影響表現(xiàn)并不明顯。如膜2在膜通量為20 L/(m2·h)、回收率為50%的條件下某一時(shí)間段內(nèi)溫度對(duì)產(chǎn)水流量的影響(見(jiàn)圖6)。

圖6溫度對(duì)產(chǎn)水流量的影響

(2)進(jìn)水水質(zhì)。由于滲濾液水質(zhì)、水量的變化，導(dǎo)致納濾濃縮液中各項(xiàng)指標(biāo)改變。如進(jìn)水電導(dǎo)率越高，進(jìn)水通過(guò)膜組件的凈推動(dòng)力越大等，對(duì)試驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果有一定的影響。如膜2在膜通量為20 L/(m2·h)、回收率為50%時(shí)某一段時(shí)間內(nèi)運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2　運(yùn)行數(shù)據(jù)表

2.2水質(zhì)結(jié)果分析

試驗(yàn)歷時(shí)297 d，分析3種膜系統(tǒng)在不同回收率條件下的進(jìn)、產(chǎn)水水質(zhì)，其中在膜通量為30 L/(m2·h)、回收率為50%時(shí)處理效果見(jiàn)表3。

表3　處理效果表

注：“/”表示未檢測(cè)出；“-”表示未要求。

由表3可以看出，3種膜對(duì)垃圾滲濾液納濾濃縮液中無(wú)機(jī)鹽及有機(jī)物都有很高的截留率。其中膜1產(chǎn)水溶解性固體不能滿足《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920—2002)城市綠化標(biāo)準(zhǔn)的要求；膜2和膜3產(chǎn)水所有指標(biāo)均能滿足該標(biāo)準(zhǔn)的城市綠化及娛樂(lè)性環(huán)境用水-湖泊類(lèi)的要求。

2.3物耗

膜系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)需投加阻垢劑、還原劑及鹽酸。另外，化學(xué)清洗時(shí)需消耗氫氧化鈉及鹽酸。3種膜試驗(yàn)期間物耗見(jiàn)表4。

表4　物耗表

由表4可知，膜1(納濾膜)噸水耗電量小于反滲透噸水耗電量，這主要是由于納濾膜運(yùn)行壓力低，所需動(dòng)力也就小。鹽酸、氫氧化鈉、阻垢劑和還原劑都是由計(jì)量泵調(diào)好頻率后投加到進(jìn)水中， 3種膜對(duì)這幾種藥品的噸水消耗相同。

3　結(jié)論

(1)試驗(yàn)所選用的3種膜對(duì)垃圾填埋場(chǎng)滲濾液納濾濃縮液中各種污染物均有較高的截留率，對(duì)垃圾填埋場(chǎng)滲濾液納濾濃縮液具有一定的適應(yīng)性。

(2)膜1產(chǎn)水除TDS外，其它指標(biāo)也都能滿足《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》城市綠化標(biāo)準(zhǔn)的要求；膜2和膜3產(chǎn)水所有指標(biāo)均能滿足《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》城市綠化及娛樂(lè)性環(huán)境用水-湖泊類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的要求。從最終的處理水質(zhì)和水量?jī)煞矫姹容^，膜3>膜2>膜1。

(3)3種膜在膜通量為30 L/(m2·h)的運(yùn)行效果要優(yōu)于膜通量為20 L/(m2·h)的運(yùn)行效果。同時(shí)為了保證膜的回收率在50%以上及產(chǎn)水回用的目的，易選用膜3作為實(shí)際工程用膜。

[1]鄭可，周少奇，楊梅梅. H2O2/O3體系處理反滲透濃縮垃圾滲濾液[J].化工進(jìn)展，2011，30(11)：2540-2541.

[2]環(huán)境保護(hù)部. 生活垃圾填埋場(chǎng)滲濾液處理工程技術(shù)規(guī)范(試行)： HJ 564-2010 [S].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2010.

Experimental Study on the Treatment for Nanofiltration Filtration Concentrateof Landfill Leachate by Membrane

HUANG Kaixing1LEI Tao2CHEN Shi1WANG Lei2LI Kai2SONG Guobiao3

(1.ShenzhenXiapingSolidWastesLandfillSiteShenzhen，Guangdong518023)

One kind of nanofiltration membrane and two kinds of reverse osmosis membrane technology have been used for the treatment of nanofiltration filtration concentrate and effects of inflow pressure, recovery rate and membrane flux on the stability of nanofiltration and reverse osmosis membrane have also been studied. The research results show that nanofiltration filtration concentrate can be reduced above 50% decrement and the produced water by RO reaches the standards stipulated in the National Standards for Reuse of Urban Wastewater and Miscellaneous Uses (GB/T 18920—2002) of the urban greening and recreational water environment-lakes.

membrane filtration concentratenanofiltrationreverse osmosis

2015-04-27)

黃凱興，男，1969年生，工程師，主要從事垃圾滲濾液及濃縮液污染治理的研究。