垃圾滲濾液膜污染分析及防治工藝設(shè)計(jì)流程

孫 維 曲 直

（吉林嘉德藍(lán)天環(huán)境技術(shù)有限公司,吉林 吉林132013）

1 垃圾滲濾液膜通量的影響因素分析

1.1 膜通量衰減規(guī)律分析

現(xiàn)階段垃圾滲濾液膜處理中應(yīng)用較廣、效果較好的材料為聚丙烯中空纖維微濾膜。隨著使用時間的延長,膜通量的衰減也會呈現(xiàn)出一定的變化規(guī)律,如圖1 所示。

圖1 膜通量在不同運(yùn)行時間下的衰減規(guī)律

從圖1 可知,該膜生物反應(yīng)器投入運(yùn)行后的70d 內(nèi),膜通量出現(xiàn)了3 次衰減和2 次增加,大體上可以分為三個階段：

階段一：在運(yùn)行后的15d 內(nèi),膜通量急速下降,從初始狀態(tài)的11.5L/m2·h,下降到2 L/m2·h。之后繼續(xù)緩慢衰減,直到低35d時,達(dá)到本階段的最低值,大約是0.8 L/m2·h。

階段二：膜生物反應(yīng)器的出水量大幅度增加,水力停留時間縮短,膜通量在短時間內(nèi)有重新升高,在升高到5 L/m2·h 左右時,膜的透水阻力趨于穩(wěn)定,重新維持平衡狀態(tài),之后隨著運(yùn)行時間的增加又開始衰減。

階段三為重復(fù)階段二,但是因?yàn)槟ど锓磻?yīng)器中大分子有機(jī)物的含量增加,因此衰減速度更快。

1.2 水力停留時間對膜通量的衰減的影響

水力停留時間的長短,也是決定膜通量衰減速率的重要因素。兩者的關(guān)系如圖2、3 所示。

圖2 水力停留21-50h 時膜通量變化

圖3 水力停留51-80h 時膜通量變化

由圖2、3 可知,水力停留時間控制在21-50 小時之間時,隨著反應(yīng)器運(yùn)行時間的增加,膜通量呈現(xiàn)出下降趨勢。從第38 天到第35 天,膜通量從6L/m2·h 降低到1L/m2·h,衰減較為明顯。水力停留時間控制在51-80 小時之間時,運(yùn)行時間與膜通量也呈反比關(guān)系。從第47 天到底66 天,膜通量從6L/m2·h 降低到1L/m2·h。對比可以發(fā)現(xiàn),水力停留時間較短的情況下,相同時間內(nèi)膜通量的衰減趨勢更加明顯。

2 基于恢復(fù)通量效果的清洗技術(shù)

2.1 物理清洗技術(shù)

堵塞是膜污染的一種常見形式,也是導(dǎo)致膜通量明顯衰減的主要因素。針對此類問題可以優(yōu)先考慮物理清洗。采用反沖洗的方式,從膜的反面通入氣或水,在一定的沖擊壓力下使微孔內(nèi)的雜質(zhì)脫離出來,然后通過流動的空氣或清水,將這些雜質(zhì)帶走,達(dá)到清洗效果。物理清洗雖然易于操作,但是也有很強(qiáng)的局限性。例如有些污染物附著力較強(qiáng),物理清洗效果也會大打折扣。

2.2 化學(xué)清洗技術(shù)

將清洗劑（通常是堿液、酸液或次氯酸鈉溶液）加入到清水中,然后以一定的壓力使水流通過待清洗的膜。堿液或清洗液能夠與膜上粘附的有機(jī)物或結(jié)垢發(fā)生化學(xué)反應(yīng),使難溶于水的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易溶于水的物質(zhì),最后使用清水沖洗讓膜通量重新恢復(fù)到理想狀態(tài)。當(dāng)然,化學(xué)沖洗也有可能造成二次污染,以及消耗過多的藥劑而增加成本,實(shí)際中要注意控制化學(xué)清洗的頻率。

2.3 物理清洗和化學(xué)清洗對恢復(fù)通量的影響

為了驗(yàn)證兩種清洗方式的實(shí)際效果,首先選取一塊相同類型的新膜作為參照,如圖4 所示,新膜的通透率為100%。待測膜在清洗前通透率只有5%。使用物理清洗（清水反沖）后,膜的通透率較之前有了一定程度的提升,大約恢復(fù)到了45%左右；而使用化學(xué)清洗后,膜的通透率則恢復(fù)到了80%,效果明顯。試驗(yàn)表明,選擇基于堿液、酸液和次氯酸鈉溶液的化學(xué)清洗,對聚丙烯中空纖維微濾膜進(jìn)行清洗是一種比較理想的方法。

圖4 不同清洗方式的效果對比

3 垃圾滲濾液膜污染防治工藝的創(chuàng)新設(shè)計(jì)流程

3.1 工藝流程設(shè)計(jì)

3.1.1 生物反應(yīng)器參數(shù)選取

以往的設(shè)計(jì)中,習(xí)慣于將污泥負(fù)荷作為設(shè)計(jì)生物反應(yīng)器的主要參數(shù),但是大量的經(jīng)驗(yàn)表明該指標(biāo)并不能客觀反映膜污染防治效果。因此本次試驗(yàn)中創(chuàng)新性地將“水力停留時間”作為主要參數(shù),既保證了試驗(yàn)結(jié)果的可靠性,同時又簡化了工藝流程和降低了操作難度。

3.1.2 泵系統(tǒng)的選擇

試驗(yàn)中需要統(tǒng)計(jì)出水流量和進(jìn)水流量。因此試驗(yàn)裝置中分別需要一臺提升泵和出水泵。泵的功率、揚(yáng)程等具體參數(shù)也要根據(jù)試驗(yàn)需求進(jìn)行科學(xué)確定。

3.1.3 膜組件的選擇

膜的選用是影響該試驗(yàn)質(zhì)量和結(jié)果精度的決定性因素。在選擇膜組件時應(yīng)綜合考慮多種指標(biāo),首先就是膜通量,自然是越高越好,但是也要兼顧成本。理論上來說,只要新膜的通量維持在95%以上,即可滿足一般試驗(yàn)的要求。

3.2 MBR 反應(yīng)池設(shè)計(jì)

在實(shí)際運(yùn)營中,MBR 反應(yīng)池的容量應(yīng)根據(jù)垃圾滲濾液的日均生產(chǎn)量來確定。本次試驗(yàn)選擇某垃圾處理廠作為研究對象,該廠滲濾液的產(chǎn)生情況如表1 所示。

表1 某垃圾處理廠滲濾液的日產(chǎn)量（m3）

通過連續(xù)多天對垃圾滲濾液隨機(jī)取樣并進(jìn)行化學(xué)分析,可知COD 值在1.74×104-3.16×104mg/L 之間波動,變化較為明顯。為了簡化試驗(yàn)流程,取垃圾滲濾液為165m3/d,COD 取2.0×104mg/L,實(shí)驗(yàn)裝置日處理水量取500 m3/d。

3.3 微濾膜組件設(shè)計(jì)

試驗(yàn)中使用的膜為聚丙烯中空纖維微濾膜,參考產(chǎn)品說明書確定膜通量為0.155m3/m2·d。則本次試驗(yàn)中總共要準(zhǔn)備165/0.155=1064.5m2的膜。為了保證膜的充足供應(yīng),可在這一數(shù)值的基礎(chǔ)上適當(dāng)增加,取1200m2。

3.4 曝氣裝置的設(shè)計(jì)以及風(fēng)機(jī)的選擇

進(jìn)水COD 為2.0×104mg/L,按照進(jìn)出水比10:1 計(jì)算,出水COD 為2.0×103mg/L,處理水量為165m3/d。根據(jù)如下公式可以計(jì)算出混合液需氧量W：

上式中,m 是有氧分解過程中分解活動的需氧量,取常數(shù)0.4；Q 是處理水量；A1和A2分別是進(jìn)水COD 與出水COD；n 是有氧分解過程中代謝活動的需氧量；V 是曝氣池的容積；ρ 是滲濾液的密度。根據(jù)上述公式計(jì)算可得實(shí)驗(yàn)裝置需氧量為4.45×103kgO2/d。以氧利用率為20%算,所需空氣量為8.2×104m3/d,即57m3/min。故選擇鼓風(fēng)機(jī)時,最低風(fēng)量應(yīng)不低于60 m3/min。另外需要準(zhǔn)備2 臺,1 臺試驗(yàn)正常使用,1 臺作為備用。

結(jié)束語

在垃圾處理能力日益提升的背景下,垃圾滲濾液的無害化處理引起了各方關(guān)注。膜分離技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對滲濾液中有害物質(zhì)的過濾,從而降低垃圾滲濾液的污染危害。水力停留時間是決定膜生物反應(yīng)器處理效果的核心因素,定期進(jìn)行物理清洗或化學(xué)清洗,可以使膜通量保持在較高狀態(tài),實(shí)踐表明化學(xué)清洗效果更佳。在設(shè)計(jì)基于膜生物反應(yīng)器的垃圾滲濾液處理裝置時,應(yīng)重點(diǎn)從膜組件、泵系統(tǒng)等方面進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì),保證裝置能夠發(fā)揮預(yù)期的效果。