平板式陶瓷膜在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用

劉 斌

（上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200240）

垃圾滲濾液是垃圾堆積和填埋過程中滲漏出來的液體，其成分復(fù)雜，有機(jī)物濃度高。尤其在南方地區(qū)，雨水充足，氣溫較高，垃圾滲濾液水量較多，微生物滋生，水質(zhì)復(fù)雜，生化降解困難，處理難度較大。隨著《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889-2008）的頒布與實(shí)施，出水指標(biāo)有了更高的標(biāo)準(zhǔn)，這對處理技術(shù)要求更高。傳統(tǒng)的垃圾滲濾液處理技術(shù)已經(jīng)無法滿足需求，與之相比，基于膜分離和膜生物反應(yīng)的垃圾滲濾液處理技術(shù)不受原水的可生化性影響，具有出水水質(zhì)穩(wěn)定、占地面積小、運(yùn)行成本低、操作簡單和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)[1-2]。

相比于國外的垃圾滲濾液膜處理技術(shù)，我國雖然起步較晚，但是發(fā)展迅速。上海、北京、廣東等地已有實(shí)際應(yīng)用案例，并且取得了較好的成果[3]。在膜的使用上，從有機(jī)膜逐漸向無機(jī)膜發(fā)展。按照成膜材料進(jìn)行分類，無機(jī)膜有金屬膜、陶瓷膜、玻璃膜以及碳分子篩膜，其中陶瓷膜在水處理中應(yīng)用最為廣泛[4-5]。陶瓷膜是以無機(jī)陶瓷材料Al2O3、TiO2、ZrO2和添加劑均勻混合，經(jīng)過成型和高溫煅燒而成[6]。陶瓷膜內(nèi)部含有大量氣孔，孔隙率在30%以上，平均孔徑在0.1～100 μm，膜孔相互連通，呈外密內(nèi)疏的非對稱結(jié)構(gòu)[7]。跟有機(jī)膜相比，陶瓷膜具有耐酸堿、耐腐蝕，化學(xué)穩(wěn)定性好；耐高溫、耐高壓，物理穩(wěn)定性強(qiáng)；可沖洗、不易碎，機(jī)械強(qiáng)度高；防微生物、不易堵，使用壽命長；孔徑分布窄、通量大，除雜分離效果好等優(yōu)點(diǎn)[8-10]。

陶瓷膜過濾分離機(jī)理主要是“篩分機(jī)理”。根據(jù)膜孔徑大小和原料液中所含物質(zhì)分子的直徑大小，直徑小于膜孔的小分子或液體透過濾膜，直徑大于膜孔的大分子或固體將被截留，使原水達(dá)到過濾、分離、凈化等目的[11-12]。其中，平板式陶瓷膜過濾分離技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要采用抽吸方式。平板式陶瓷膜的內(nèi)部有豎狀的集水通道，一端被封閉，一端有橫向的集水管，集水管口與抽吸泵相連，在吸力的作用下，池內(nèi)的原水從膜兩側(cè)進(jìn)入，原水中的大分子物質(zhì)、懸浮顆粒等污染物被平板式陶瓷膜截留，過濾后水流經(jīng)集水通道，在橫向的集水管匯總，從管口由抽吸泵抽出，達(dá)到過濾分離效果[13]。

本垃圾滲濾液處理案例是基于平板式陶瓷膜的綜合處理系統(tǒng)，采用厭氧處理+膜生物反應(yīng)器MBR+納濾工藝NF對垃圾滲濾液進(jìn)行處理。利用厭氧系統(tǒng)EGSB降解有機(jī)物，采用吹脫和厭氧好氧工藝法（A/O工藝）進(jìn)行氨的回收利用和脫氮，采用MBR+NF作為深度處理，達(dá)到排放要求。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)水樣

試驗(yàn)用原水來源于廣東某垃圾場垃圾滲濾液調(diào)節(jié)池，如圖1所示，水樣渾濁，呈棕褐偏深褐色，有刺激性氨味，pH在6.9～8.1，COD濃度在350～2 000 mg/L，NH3-N濃度在3～25 mg/L。

1.2 陶瓷膜組件參數(shù)

本文采用微納瓷膜NanoMem生產(chǎn)的平板式陶瓷膜，具體性能如表1所示。

表1 平板式陶瓷膜性能參數(shù)

1.3 分析項(xiàng)目

試驗(yàn)對進(jìn)水和出水的渾濁度、COD、NH3-N、TN和pH值進(jìn)行檢測，分析方法均按《生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889-2008）進(jìn)行。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 滲濾液初濾效果

將原水通過平板式陶瓷膜的抽濾，初濾的水樣由原始的渾濁，棕褐偏深褐色變成澄清、透明，棕褐色，如圖2所示。這從直觀上說明了陶瓷膜裝置對于原水中的固體物質(zhì)、懸浮顆粒以及大分子具有很好的截留和去除作用。

圖2 垃圾滲濾液初濾后的濾水

2.2 滲濾液處理結(jié)果

將垃圾滲濾液原水經(jīng)過整個(gè)處理系統(tǒng)處理，如圖3所示，運(yùn)行之后，其處理效果如表2所示。

表2 垃圾滲濾液處理前后各項(xiàng)指標(biāo)對比

經(jīng)過膜生物反應(yīng)器和厭氧處理，將垃圾滲濾液中的大部分有機(jī)物進(jìn)行降解，這使得COD降低了70.5%。采用吹脫和A/O工藝，將垃圾滲濾液中的氨進(jìn)行回收處理和對水體中的有機(jī)物進(jìn)行脫氮，轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w排出水體，降低了滲濾液中NH3-N濃度。相應(yīng)地，其TN濃度也隨之降低。相比NH3-N濃度降低了57.5%，TN濃度只降低了40.0%。這一結(jié)果表明了部分的NH3-N在A/O過程中轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄缘暮a(chǎn)物，進(jìn)入了水體。水體的pH值沒有明顯的變化。

圖3 垃圾滲濾液原水處理系統(tǒng)流程

3 結(jié)論

本試驗(yàn)采用平板式陶瓷膜初濾、厭氧處理、吹脫、A/O工藝以及納濾工藝對垃圾滲濾液進(jìn)行處理，實(shí)際運(yùn)行表明，該處理系統(tǒng)對垃圾滲濾液的渾濁度有明顯提升，能夠有效降低水體中的COD、NH3-N和TN濃度，分別降低了70.5%、57.5%和40.0%。這說明了該系統(tǒng)能夠有效去除垃圾滲濾液中的固體懸浮物和大分子，降解其中的有機(jī)物，在原理和技術(shù)上證明了該系統(tǒng)的可行性。通過膜組的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，平板式陶瓷膜能夠更加有效地處理垃圾滲濾液。

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