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陶瓷膜+ 两级反渗透处理垃圾渗滤液的应用研究 摘要 针对垃圾渗滤液氨氮浓度高，可生化性差，营养比例严重失调等特点， 本文研究采用多孔陶瓷膜+ 两级反渗透处理垃圾渗滤液，首先考察陶瓷膜和 反渗透膜在不同工艺条件下的膜通量、脱盐率、c o d 和n h 3 - n 去除率的变 化规律，对膜工艺条件进行选择与优化，为膜分离技术在垃圾渗滤液处理 领域中应用提供运行依据。然后运用实验所得工艺条件分别察多孔陶瓷微 滤膜、一级反渗透和二级反渗透对渗滤液c o d 、n h 3 - n 、电导率及相应去 除率与运行时间的关系以及整个工艺的出水效果。为了保证整个工艺的出 水效果及运行稳定性，还重点考察了多孔陶瓷膜和一级反渗透系统清洗周 期和方法。陶瓷膜与一级反渗透膜的浓缩液采用回灌处理，二级反渗透浓 缩液回流至稳定塘，经济有效的解决浓缩液二次污染问题。最后通过8 p , j f 立冲沟垃圾填埋场污水处理设施和南宁城南垃圾填埋场污水处理实际工程 的处理数据进行验证。 经过4 0 - - - 6 0d ，c o d 的自然降解率达至u 4 9 - - - 7 5 ，说明有一定贮存容 积的稳定塘对于渗滤液水质水量的稳定和降低后续处理工艺负荷有很大益 处。采用多孔陶瓷微滤膜处理垃圾渗滤液，膜通量随压力增大而增大，随 温度的升高而增加，适宜的操作压力和温度可选择0 2 - - 0 3m p a 、5 0 。p h 值改变对c o d 、电导率的去除率影响很小。p h 增加时，膜通量降低。垃圾 渗滤液适宜p h 值范围应为5 - - 6 。最初的膜通量衰减较快，4 5m i n 衰减至1 2 2 0 l m - 2 h ，12 0m i n 基本稳定在2 0 - 21l m - 2 h - 1 。运用变频调速技术，可获得 i 最佳速度参数，提高微滤系统效率。采用碱洗+ 酸洗的联合清洗方法膜通量 可恢复到新膜渗透通量的9 4 。 采用超低压反渗透膜处理垃圾渗滤液，不同压力条件下对应某一输出 频率存在最大膜通量。在输出频率变化方面，压力高的最大膜通量滞后于 压力低的最大膜通量。运用变频调速技术，可实时解决操作压力与泵送流 量的对应关系，确定最佳流量参数，提高反渗透系统运行效率；膜通量和 脱盐率随压力增大而增大，但其增长速度减缓，适宜的操作压力可选择 0 8 - - 一0 9m p a ；p h 值改变对c o d 、n h 3 n 的去除率影响较小，对脱盐率影响 较大。p h 值增加时，膜通量降低。垃圾渗滤液适宜p h 值范围应为7 5 8 5 。 膜通量和脱盐率随进水电导率的增加而降低，进水电导率应 0 4 ) 的垃圾渗滤液，主要以生物法为主。生物 4 广西大学硕士掌位论文 陶瓷膜+ 两级反渗透处理垃圾渗滤液的应用研究 法一般可分为厌氧生物处理和好氧生物处理以及两者相结合的方法。 ( 1 ) 好氧生物处理法 好氧生物处理法可有效降低c o d 、b o d 5 、n h 3 - n 以及f c 、m n 等金属。好氧生物处 理法原理是利用微生物在好氧条件对有机物的降解作用。在渗滤液处理中，好氧处理法 有活性污泥法、生物膜法、稳定塘等，这些处理方法在渗滤液处理中都有成功的案例。 活性污泥法 活性污泥法是利用微生物悬浮絮体处理污水的一种好氧生物处理方法，在处理污水 的领域已经有九十多年的成功运行经验，由于处理效率高、费用低而得到广泛的应用。 浙江杭州的天子岭垃圾填埋场渗滤液处理站处理工艺采用两段式活性污泥法生物 处理。实际运行结果表明：出水c o d 、b o d 5 、t n 、t p 的平均去除率分别为7 7 3 、8 7 8 、 6 5 7 和9 0 5 f 1 3 1 。 生物膜法 生物膜法有抗水力负荷和有机物负荷高的优点，生物膜内含有具有硝化作用、世代 周期长的微生物，有较好的硝化作用，且受温度影响不明显。生物膜法对于有效处理高 浓度氨氮的垃圾渗滤液有明显优势。 董春松等【2 4 】采用动态膜生物反应器对垃圾渗滤液进行了降解试验，此渗滤液是经水 解酸化预处理后进入膜生物反应器的，研究结果表明：膜生物反应器对垃圾渗滤液的 c o d 、b o d 5 和n h a - n 的平均去除率分别为7 1 、9 6 和9 8 。 稳定塘 稳定塘具有体积大，运行费用低，管理简单等优点，渗滤液在稳定塘中的水力停留 时间较长，因此对渗滤液的水质水量起到了有效的控制和缓冲，有利于后续处理工艺的 一 稳定性。 英国的b y mp o s t y c 填埋场渗滤液污水处理站，采用曝气稳定塘处理垃圾渗滤液。该 稳定塘设计最小停留时间为1 0d ，设计水量1 5 0n 1 3 d 1 ，由于渗滤液污染物浓度较高，其 c o d 的去处理高达9 7 2 5 1 。 一( 2 ) 厌氧生物处理法 厌氧生物处理与好氧生物处理比较，有其独有的优势，主要有对进水水质要求不高， 节能、处理费用低，特别是对许多在好氧条件下难降解的卤素多环芳烃等有机化合物有 很好的去除效果【2 6 】。对比好氧生物处理技术，厌氧生物处理法适合处理高浓度的有机废 水，如：垃圾渗滤液。厌氧生物处理法主要有：上流式厌氧污泥反应器( u a s b ) 、厌氧 s 广西大学硕士掌位论文陶瓷膜+ 两级反渗透处理垃圾渗滤液的应用研究 折流板反应器( a b r ) 、混合反应器、厌氧淹没式生物滤池、厌氧接触法和厌氧塘等。 沈耀良等鲫采用a b r 反应器处理垃圾渗滤液，结果表明：a b r 反应器有效的提高了 污水的可生化性( b c ) ，由原有的0 2 0 3 提高到0 4 - - 0 6 ；有利于后续好氧生物处理的 稳定性。 b o r a z a e e o n i 等1 2 8 】采用u a s b 处理垃圾渗滤液，渗滤液c o d 的平均浓度为3 0 0 0 0 m g l 一，其c o d 和氨氮的去除率分别为1 0 - - 6 0 和3 0 - 6 0 。英i 垂i w r c t 2 9 】采用u a s b 处理垃圾渗滤液，其c o d 1 0 0 0 0m g l ，在平均泥龄为1 0 4 3d ，温度为3 0 ，容积 负荷为3 6 - - 9 1 7k g c o d m - 3 d - 1 时，b o d 5 和c o d 的去除率分别达到t 8 5 和8 2 。 1 2 2 土地处理技术 ( 1 ) 人工湿地 人工湿地具有抗水力负荷强，投资省，运行费用和能耗低，操作管理方便的优点， 近年来以人工湿地作为垃圾渗滤液的后续深度处理研究越来越多。 陈玉成等【3 0 】对重庆金刚碑垃圾填埋场渗滤液进行了土壤渗滤和芦苇湿地两级模拟 处理试验研究，原水c o d 为6 5 2 3 - - 1 3 3 3m g l ，n h s - n 为1 8 6 2 - - 2 6 7 8m g l ，色度为 2 5 0 , - - 4 0 0 倍，s s 为4 4 - - , 1 6 3m g l 1 ，处理后的c o d 和n h a - n 去除率均达到9 0 以上，出水 水质达国家一级排放标准。 t j a s ab u l c 等刚在a d r i a t i c 海滨建造了一座中试c w ( c o n s tm e t e dw e t l a n d ) ，处理 d r a g o n j a - - 处公共填埋场的渗滤液，该人工湿地系统包括1 座容积1 0m 3 的均化池，2 座互 联的潜流床，总面积4 5 0i n 2 。在水力负荷) 白2 - - - 4 5e n l 3 c m - 2 d 1 ，进水c o d ：1 2 6 4m g l ， b o d - 6 0m g l 1 ，n h 3 - n ：8 8m g l 以的条件下，从19 9 2 - - 19 9 6 年连续监测，上述几种污 染物的平均去除率分别为6 8 ，4 6 ，8 1 。这表明人工湿地对处理b o d c o d 7 时，膜面覆盖一层致密的黄 色污垢；当料液p h 酸洗 碱洗 热水洗。碱清洗剂的作用主要是能 够清洗造成陶瓷膜污染的有机污染物，酸清洗剂作用主要是溶解陶瓷膜表面及其膜孔内 沉积的难溶性无机盐。所以碱洗和酸洗的方法联合使用更有利于膜通量的恢复，可使膜 出水通量恢复到新膜出水通量的9 4 左右，证明清洗方法有效。 孙 引 力 刀 签 乃 殂 均 ：2 i-q娼1，x=口。口岔口eqg o _ l l 陶瓷膜+ 两鲴u 叉渗透处理垃圾渗滤液的应用研究 2 5 2 0 二 q g 皇1 5 j 口 。 叠 至1 0 g g o l 詈5 0 n e wn o h o t a l k a l i a c i da i k a l i m e m b r a n e w a s h i n g l a u n d e r i n gw a s h i n gp i c k l i n g w a s h i n g + a c i d p i c k l i n g 图2 8 不同清洗剂清洗后膜通量的衰减情况 f i g 2 - 8r e g e n e r a t i o no fc e r a m i cm e m b r a n ea f t e rd i f f e r e n tc l e a n s i n ga g e n tc l e a n i n g 2 5 本章小结 ( 1 ) 不同压力条件下对应某一输出频率存在最大膜通量。压力越大，最大膜通量 增幅越大。在输出频率变化方面，压力高的最大膜通量滞后于压力低的最大膜通量。运 用变频调速技术，可获得最佳速度参数，提高微滤系统效率。 ( 2 ) 膜通量随压力增大而增大，适宜的操作压力可选择0 2 0 3m p a 。 ( 3 ) 膜通量随温度的升高而增加，适宜的操作可选择在5 0 。 ( 4 ) p h 值改变对c o d 、电导率的去除率影响很小。p h 增加时，膜通量降低。垃圾 渗滤液适宜p h 值范围应为5 - - 6 。 ( 5 ) 最初的膜通量衰减较快，4 5r a i n 衰减至r j 2 2 0l m - 2 h - l ，1 2 0m i n 基本稳定在2 0 - 2 1l m - 2 h 1 。 ( 6 ) 碱洗和酸洗的方法联合使用更有利于膜通量的恢复，膜通量可恢复到新膜渗 透通量的9 4 。 陶瓷膜+ 两级反渗透处理垃圾渗滤液的应用研究 第三章超低压反渗透膜处理垃圾渗滤液运行工艺实验 3 1 前言 垃圾渗滤液是氨氮浓度高，营养比例严重失调，生化降解性低的高浓度有机废水。 随着生活垃圾填埋污染控制标准( g b16 8 8 9 2 0 0 8 ) 开始实施，仅依靠传统的生化处 理方法难以达标。膜分离技术在垃圾渗滤液处理领域中具有受原水水质影响小、出水水 质稳定和占地面积小等明显优势而越来越被广泛应用。然而，反渗透膜需要很高的运行 压力，运行费用较高，膜污染较为严重，限制了反渗透技术的应用。膜工艺条件的选择 与优化，直接影响膜分离技术在垃圾渗滤液处理领域中应用。 超低压反渗透膜是近几年迅速发展起来的一项膜技术，是在纳滤的基础上发展起来 的。纳滤膜克服了反渗透膜运行压力高的缺点，但脱盐率较低，所以不能用于除盐。超 低压反渗透膜改进了纳滤膜的表面材质和组成结构，提高了膜的性能，克服了反渗透和 纳滤的缺点，不仅可以在较低的压力下实现对苦咸水的脱盐，还可用于地表水和一些特 殊废水的处理，而且产水量大、抗污染能力和抗微生物冲击的能力强、机械强度好、耐 温、性能稳定。本章采用超低压反渗透膜装置处理垃圾渗滤液，考察在不同工艺条件下 的膜通量、脱盐率、c o d 和n h 3 - n 去除率的变化规律，对膜工艺条件进行选择与优化， 为膜分离技术在垃圾渗滤液处理领域中应用提供运行依据。 3 2 实验材料与方法一 3 2 1 试验水样 实验用渗滤液取自广西南宁市城南生活垃圾卫生填埋场渗滤液调节池，渗滤液在调 节池中自然降解4 0 - - - 6 0d 后，水样呈棕褐色，有刺激性氨味，p h ：7 5 0 8 5 0 ，c o d ： 1 5 0 0 , - - , 3 9 0 0m g - l 1 ，n h 3 - n ：1 3 0 0 , - - , 2 0 0 0m g l - 1 ，电导率：1 0 - - 2 0m s c l l l 1 。为满足反渗 透进水要求，渗滤液需经无机陶瓷微滤膜预处理，微滤预处理后水样为棕灰色澄清液， 有刺激性味道，p h ：8 2 0 - 8 9 0 ，c o d ：8 0 0 - 2 0 0 0m g l 1 ，n h 3 - n ：7 0 0 - - - , 1 3 0 0m g l 一， 电导率：7 - - 1 3 脚c m 1 。 3 2 2 实验装置 陶瓷膜+ 两级反渗透处理垃圾渗滤液的应用研究 超低压反渗透膜实验装置见图3 1 ，本装置为w - u f v i 混装实验超滤系统，在容积为 3 0l 的贮槽内，垃圾渗滤液通过温度控制器保持3 0 恒温，通过循环泵，经止回阀、压 力表，自下而上进入反渗透膜管，以动态过滤方式完成膜过程。滤出清液经取样阀流入 滤出液计量槽，浓缩液则在系统内不断循环。选用变频循环泵可实现水流量平滑地无级 调节，避免水泵长期满负荷工作。采用武汉市协力过滤技术有限公司生产的超低压复合 反渗透半透膜，膜截留分子量1 0 0 以下，孔径约为0 5n n l ，单只膜管有效面积0 3m 2 。超 低压反渗透的压力运行范围在纳滤的运行范围内j 即在反渗透和超滤之间：0 2 1 0 m p a 。 温度 漉爹调节阀 稽 图3 1 超低压反渗透系统实验装置图 f i g 3 - 1t h ee x p e r i m e n t a li n s t a l l a t i o np i c t u r e so fu l t r a - l o wp r e s s u r er e v e r s e o s m o s i sm e m b r a n es y s t e m 3 2 3 实验过程与分析方法 单位时间单位膜通面积所得的滤出液体积称为膜通量。膜通量大小可以反映超低压 反渗透系统处理垃圾渗滤液效率的高低。实验水样可用0 i n a o h 和0 i h c l 溶液调节 p h 值。在设定的操作压力、温度和泵频率条件下进行处理，稳定运行1 0 r a i n 后测定膜通 量等相关数据。电导率反应溶液含盐量，系统脱盐率是反渗透系统对盐的整体脱除率。 在实际运行中，常用电导率近似估算系统脱盐率。具体计算方法见式( 3 1 ) ： f p = 1 一鲁1 0 0 ( 3 1 ) 陶瓷膜+ 两级反渗透处理垃圾渗滤液的应用研究 式( 3 1 ) 中：尸l 系统脱盐率，； 历一出水电导率，m s c m ； 酷一进水电导率，m s c r n 1 。 本文通过测定电导率值，估算得到系统脱盐率。 p h 采用玻璃电极法【l 叫；c o d 采用微波快速消解法【1 0 9 1 ；n h 3 - n 纳氏试剂比色分光光 度法f 1 0 9 1 ；电导率用电导率仪测定。膜通量通过滤出液计量槽测定、泵频通过频率调节 器显示读数测定。 3 3 反渗透系统最佳工况确定 3 3 1 泵的输出频率对膜通量的影响 膜通量与输出频率的关系如图3 2 所示，由图3 2 可见，一定操作压力条件下，存在 着最大膜通量对应的输出频率。如操作压力为o 8m p a 时，4 4h z 输出频率对应的最大膜 通量为1 3 8l m - 2 h 1 。在输出频率变化方面，操作压力高的最大膜通量滞后于操作压力 低的最大膜通量。如操作压力为0 7m p a 的最大膜通量对应输出频率为4 1h z ；操作压力 为0 9m p a 的最大膜通量对应输出频率为4 7h z 。 3 03 2 3 43 6 3 8 4 04 24 44 6鹌5 0 the o u t p u tf r e q u c n c y h z 图3 - 2 泵频率与膜通量的变化关系 f i g 3 - 2c h a n g er e l a t i o no f t h em e m b r a n ef l u xa n dt h eo u t p u tf r e q u e n c y 这是因为较大的切线流速有利于松动和带走沉积在膜表面的微粒、溶质、浓差极化 的影响同时也减小，从而引起膜通量升高。在固定操作压力下，通量增高势必会导致膜 两侧的压差降低，同时过大的通量也易引起与膜孔径尺寸相当或略大的微粒堵塞膜孔， 2 8 墟m m 屹m 8 6 4 2 o i-q皤，ij口q景仁。gqg o q u l 陶瓷膜+ 两级反渗透处理垃圾渗滤液的应用研究 所以导致通量下降。因此，不同的操作压力对应不同的频率，才能更好的提高膜工作效 率。运用变频调速技术，可实时解决操作压力与泵送流量的对应关系，确定最佳流量参 数，提高反渗透系统运行效率。 3 3 2 系统操作压力对反渗透膜的影响 膜通量、脱盐率与压力的变化关系如图3 3 所示，由图3 3 可知，压力从0 6m p a 升高 到1 0m p a 时，膜通量从7 1 1l m - 2 h 0 1 上升到1 7 1 1 2l m - 2 h - 1 ，压力在0 6m p a j ! u o 8m p a 时，膜通量呈直线上升趋势；但当压力大于0 8m p a 时，膜通量上升的趋势开始变缓。 这主要是因为，在压力较低时，浓差极化现象不明显，浓差极化是膜分离过程中的一种 现象，会降低透水率，是一个可逆过程。是指由于水透过膜而使膜表面的溶质浓度增加， 在浓度梯度作用下，溶质与水以相反方向向本体溶液扩散，在达到平衡状态时，膜表面 形成一个溶质浓度分布边界层，它对水的透过起着阻碍作用。此时阻碍渗滤液通过的阻 力主要是膜本身的阻力和膜污染产生的阻力，由于膜阻力占主要部分，所以通量随压力 增加速度较快，随着压力的升高，被截留的溶质在表面和膜孔内的沉积速度加快，浓差 极化明显，导致膜通量增长速度减缓。 二 h 鲁 d 誊 委 量 善 g d l 詈 o 70 80 9 p r e s s u r e m p a 摹 董 皇 2 葛 墨 覆 占 图3 3 膜通量、脱盐率与压力的变化关系 f i g 3 3c h a n g er e l a t i o no f t h em e m b r a n ef l u x , t h ed e s a l i n a t i o nr a t ea n dt h ep r e s s u r e 由图3 3 可知，压力从0 6m p a 到o 8m p a ，脱盐率从6 1 升高到8 6 ，由于随着系统 进水压力的升高，使得超低压反渗透膜的驱动净压力升高，使得系统产水量明显增大， 2 9 帅 哪 蝴 删 删 泓 撕 撕 撕 懒 鼢 掩 拓 m ! m 8 6 4 2 o 陶瓷膜+ 两级反渗透处理垃圾渗滤液的应用研究 盐的透过量增加缓慢，几乎不变，系统增加的产水量对盐分有稀释作用，从而降低了透 盐率，提高脱盐率。压力从0 8m p a 到1 0m p a ，脱盐率几乎没变化，直维持在8 7 左 右，这是由于压力过高会使超低压反渗透膜的浓差极化现象明显，从而导致了盐透过量 的增加明显，伴随这产水量的增加，两者相互有抵消作用，使得系统脱盐率几乎不变。 不同压力下的膜通量与运行时间的变化关系如图3 - 4 所示，由图3 4 可知，系统操作 压力越大，膜的通量下降越明显，说明膜污染越快，膜寿命越低。 o1 0 02 0 03 0 0 4 0 05 0 06 0 0 t i n 舱m i n 图3 - 4 不同压力下膜通量与运行时间的变化关系 f i g 3 - 4c h a n g er e l a t i o no f t h ef l u xa n dt h er u n n i n gt i m eu n d e rt h ed i f f e r e n tp r e s s u r ec o n d i t i o n s 考虑到当压力大于0 8m p a 时，系统脱盐率几乎没有变化，且膜通量的增加趋势开 始变缓，压力越高耗能越大，膜越容易污染，因此，考虑出水水质，处理成本和效率， 本装置压力采用0 8 - - 0 9m p a 。 3 3 3p h 值对反渗透系统去除率和膜通量的影响 膜通量、去除率与p h 值的变化关系如图3 5 所示，由图3 5 可知，c o d 去除率先随着 p h 值的上升而上升，但是p h 值达到7 之后，c o d 去除率稳定在9 5 左右，变化很小。n h 3 - n 去除率在碱性环境比在酸性环境去除率有所提高，从7 6 8 升高到8 1 2 。n h 3 - n 去除率 的提高主要是因为水中的n h 4 + 离子和o h 离子存在电离平衡： n h 4 十+ o h = n h 3 h 2 0( 3 - 2 ) 如式( 3 - 2 ) ：p h 值升高平衡向右移动，使n h 4 + 转化为n h 3 从水中逸出，从而导致 3 0 协 插 m ! m 8 6 4 2 o i二幛、)cjd口壁。92#qii 广西大学硕士学位论文陶瓷膜+ 两级反渗透处理垃圾渗滤液的应用研究 n h 3 - n 去除率提高。 1 0 0 9 5 苓 苦i 童9 0 。, 6 u l 量 。 时 言8 5 g 2 o l 詈 8 0 7 5 e 一0 0 dr e m o v a l * 一n h 3 - nr c l t i o v a l l23 4 567891 0 l l 1 2 p h 图3 - 5 膜通量、去除率与p h 的变化关系 f i g 3 - 5c h a n g er e l a t i o no ft h ef l u x , t h er e m o v a lr a t ea n dp h 1 4 1 2 1 0 l 一筝 8 宅 昌 q 6 l 皇 4 警 u l 詈 2 0 由图3 5 可知，进水p h 值得变化对超低压反渗透系统的脱盐率影响明显。这是由于 p h 值对垃圾渗滤液中溶解的c 0 2 影响较大，当p h 值较低时，溶解的c 0 2 会以气态形式存 在，由于膜允许c 0 2 自由通过【1 1 0 】，所以p h 值低时脱盐率也较低，仅有8 0 0 。随p h 值升 高，气态c 0 2 转化为h c 0 3 。和c 0 3 2 离子，在p h 在7 5 - - - 8 5 间，脱盐率达到最高值8 7 8 。 虽然复合膜运行p h 值可在2 1 1 间，但p h 8 5 时，c o d 和n h 3 - n 去除率、脱盐率都 有所降低。这是由于，过高的p h 值使得渗滤液中的c a c 0 3 垢在膜表面上更易形成，从而 阻塞膜孔，膜更易污染，降低膜的截留能力，正如图3 5 所示，膜通量随着p h 值得升高 而逐渐降低，p i - i 8 5 时膜通量下降较为明显。 由于p h 8 5 时，c o d 和n h 3 - n 去除率、脱盐率都有所降低；p h 值在7 5 8 5 间，脱 盐率达到最高值8 7 8 ；膜通量随着p h 值的增加而降低。进水垃圾渗滤液水样的p h 值为 8 2 - - 8 9 ，为提高处理效果，降低处理成本，进水垃圾渗滤液适宜p h 值范围应为7 5 8 5 。 3 l 陶瓷膜+ 两级反渗透处理垃圾渗滤液的应用研究 3 3 4 进水盐浓度( 电导率) 对反渗透膜的影响 膜通量、脱盐率与进水电导率的变化关系如图3 6 所示，由图3 6 可知，膜通量和脱 盐率随进水电导率的增加而降低，当进水电导率从1 2m s c m 1 增加到1 8m s c m d 时，膜通 量从1 3 9l m - 2 h - 1 下降到8 8l m - 2 1 1 1 ：脱盐率从8 8 0 下降到8 0 。4 ，当进水电导率继续 增加，膜通量和脱盐率开始快速下降，当电导率增加到2 3m s c m 。时，膜通量和脱盐率 分别下降到2 5l m - 2 h - 1 和6 8 5 。 这是由于垃圾渗滤液中的有机物浓度和含盐量都与其系统渗透压成正比，含盐量的 升高会带来系统渗透压的升高，当进水压力固定时，有效静压力降低，导致系统产水量 降低。系统透盐率与反渗透膜正反两侧盐浓度差成正比，进水垃圾渗滤液的含盐量越高， 膜正反两侧盐浓度差也越大，反渗透膜的透盐率就越高，从而导致系统脱盐率的下降。 由于当进水电导率 1 8m s c r r l 。1 时，系统脱盐率和膜通量下降速度很快，所以说明本 实验装置的进水电导率应s l81 1 1 s c m l 。 1 6 1 4 莲1 2 j ：l o j 蓝 差8 o 重 6 q l 詈4 2 0 1 0 1 21 41 61 82 02 22 42 6 i n f l u e n te l e c t r i cc o n d u c t i v i t y n 葛c 秆1 图3 _ 6 膜通量、脱盐率与进水电导率的变化关系 f i g 3 - 6c h a n g er e l a t i o no f t h ef l u x , t h ed e s a l i n a t i o nr a t ea n dt h ei n f l u e n tc o n d u c t i v i t y 3 4 本章小结 ( 1 ) 不同压力条件下对应某一输出频率存在最大膜通量。在输出频率变化方面， 3 2 o藿口。一喜ii霭古 m 毗 砉喜 舭 舭 溉 碱 姗 撇 麟 似 广西大学硕士学位论文陶瓷膜+ 商级反渗透处理垃圾渗滤液的应用研究 压力高的最大膜通量滞后于压力低的最大膜通量。运用变频调速技术，可实时解决操作 压力与泵送流量的对应关系，确定最佳流量参数，提高反渗透系统运行效率。 ( 2 ) 膜通量和脱盐率随压力增大而增大，但其增长速度减缓，适宜的操作压力可 选择0 8 0 9m p a 。 ( 3 ) p h 值改变对c o d 去除率、脱盐率影响很小。p h 增加时，膜通量降低。进水垃 圾渗滤液适宜p h 值范围应为7 5 8 5 。 ( 4 ) 膜通量和脱盐率随进水电导率的增加而降低，因此，应控制进水电导率s 1 8 m s c m 1 。 3 3 陶瓷膜+ 两都皈渗透处理垃圾渗滤液的应用研究 第四章“微滤+ 反渗透工艺在处理垃圾渗滤液中的应用研究 4 1 前言 上述第二、三章通过实验，分别确定了陶瓷微滤膜与超低压反渗透膜处理垃圾渗滤 液的的运行工艺条件。本章针对枯水季节渗滤液氨氮浓度高，可生化性差的特点，采用 “多孔陶瓷微滤+ 两级反渗透”工艺处理垃圾渗滤液。分别考察多孔陶瓷微滤膜、一级 反渗透和二级反渗透对渗滤液c o d 、n h 3 - n 、电导率及相应去除率与运行时间的关系以 及整个工艺的出水效果。为了保证整个工艺的出水效果及运行稳定性，还重点考察了一 级反渗透系统回收率控制及清洗周期和方法。以达到生活垃圾填埋污染控制标准 ( g b 】6 8 8 9 2 0 0 8 ) 。 4 2 实验材料与方法 4 2 1 实验水样 实验用原液取自广西南宁市城南生活垃圾卫生填埋场渗滤液调节池。水样呈棕褐 色，有刺激性氨味，p h ：7 5 0 8 5 0 ，c o d ：1 5 0 0 - - - 3 9 0 0m g l 1 ，n h 3 - n ：1 3 0 0 - - - 2 0 0 0m g l ， 电导率：1 0 - - 2 0m s c m 1 。 4 2 2 实验装置 实验采用w - u f v i 混装实验超滤系统，试验系统由多孔陶瓷微滤膜装置、一级反渗 透装置和二级反渗透装置三个处理单元组成。采用1 9 孑l , 道无机陶瓷膜，微孔孔径0 2 2 1 t m ，单只膜有效面积0 2 3i n 2 。反渗透膜截留分子量1 0 0 以下，孔径约为o 5n l n ，单只膜 有效面积0 3i n 2 。 实验装置如图4 1 所示垃圾渗滤液经稳定塘自然降解3 0 - - 5 0d 后，通过污水泵( 2 ) 提升至渗滤液贮槽( 3 ) 中，打开进液阀，依次流经多孔陶瓷微滤膜装置、一级反渗透 装置和二级反渗透装置，最后达标排放。陶瓷微滤系统出水为一级反渗透系统进水；一 级反渗透系统出水为二级反渗透系统进水。其中循环液贮( 6 ) ( 1 8 ) ( 3 0 ) 槽容积3 0l ， 各处理单元通过循环管流量调节阀( 1 2 ) ( 2 4 ) ( 3 6 ) 控制系统操作压力( 9 ) ( 2 1 ) ( 3 3 ) ， 温度控制器( 5 ) ( 1 7 ) ( 2 9 ) 控制温度。在恒定操作压力和温度条件下，若陶瓷微滤系 统运行1 2 0m i n ，则停止操作进行系统再生清洗。若反渗透处理单元的进水电导率大于 3 4 广西大掌硕士掌位论文 陶瓷膜+ 两级反渗透处理垃圾渗滤液的应用研究 1 8m s c m ，清液回收率在6 5 7 0 ，则停止操作进行系统再生清洗。打开浓缩液排放 阀i ( 7 ) 和排放阀i i ( 1 9 ) ，将浓缩液送至回灌处理。二级反渗透的浓缩液排放阀( 3 1 ) 送回稳定塘( 1 ) 。 1 稳定塘；2 污水泵；3 渗滤液贮槽；4 进液阀( i ) ；5 温度控制器( i ) ；6 循环液贮槽( i ) ；7 浓 缩液排放阀( i ) ；8 变频循环泵( i ) ；9 压力表( i ) ；1 0 渗滤液取样阀( i ) ；1 1 多孔陶瓷微滤膜； 1 2 流量调节阀( i ) ；1 3 温度计( i ) ；1 4 滤出液取样阀( i ) ；1 5 滤液贮槽( i ) ；1 6 进液阀( ) ；1 7 温度控制器( i i ) ；1 8 循环液贮槽( ) ；1 9 浓缩液排放阀( ) ；2 0 变频循环泵( ) ；2 1 压力表( ) ； 2 2 渗滤液取样阀( i i ) ；2 3 一级反渗透膜管；2 4 流量调节阀( i i ) ；2 5 温度计( i i ) ；2 6 滤出液取样阀 ( i i ) ；2 7 滤液贮槽( i i ) ；2 8 进液阀( ) ；2 9 温度控制器( i ) ；3 0 循环液贮槽( ) ；3 1 浓缩液排放 阀( ) ；3 2 变频循环泵( ) ；3 3 压力表( ) ；3 4 渗滤液取样阀( ) ；3 5 二级反渗透膜管；3 6 流量 调节阀( i ) ；3 7 温度计( ) ；3 8 滤出液取样阀( ) 图4 - lt 哆孔陶瓷微滤+ 两级反渗透”处理垃圾渗滤液实验装置图 f i g 4 - 1t h ee x p e r i m e n t a li n s t a l l a t i o np i c t u r e so fl a n d f i l ll e a c h a t et r e a t m e n tb a s e do n p o r o u sc e r a m i c m i c r o f i l t r a t i o n + t w os t e p sr e v e r s eo s m o s i s ” 4 2 3 分析项目与方法 p h 采用玻璃电极法【1 0 9 l ；c o d 采用微波快速消解法【l 唧；n h 3 n 采用纳氏试剂比色分 3 5 广西大学硕士学位沦文陶瓷膜+ 两级反渗透处理垃圾渗滤液的应用研究 光光度法【1 0 9 1 ；总铬和六价铬采用二苯碳酰二肼分光光度法f 1 恻；总铅和总镉采用双硫腙 分光光度法f l 嗍；总汞采用冷原子荧光法1 恻；总砷采用二乙基二硫代氨基甲酸银分光光 度法【1 0 9 1 ；电导率采用电导率仪测定：雷磁d d s j 3 0 8 a 型电导率仪。 将垃圾渗滤液用0 i n a o h 和0 i h c l 溶液调节到指定p h 值后，在设定的操作压力、 温度和泵频率条件下进行错流循环微滤，运行稳定1 0r a i n 后测定不同时间容积的渗滤液 体积，按式( 1 ) 换算膜通量，同时测定渗滤液和滤出液c o d 、n h 3 - n 和电导率值。 = 善 ( 4 1 ) 式( 4 1 ) 中：瑚通量，l r r l - l h - 1 ： 彳膜有效过滤面积，n 1 2 ： 肛滤出液体积，m 3 ： 勰作时间，l a 。 系统脱盐率是反渗透系统对盐的整体脱除率，计算公式为： p - 1 _ 导1 0 。 ( 4 - 2 ) 式( 4 - 2 ) 中：p 一系统脱盐率，； o 一出水含盐量，m g l ； 9 进水与浓缩液含盐量的对数平均，g = 进水含盐量里吐蚴y ，m g l ； 卜回收率，。系统的回收率定义为透过液的体积除以原液体积【1 1 1 1 ，回收率是反 渗透技术中的重要指标，计算公式为： ： 】，：要1 0 0 (4-3) d 式( 4 3 ) 中：卜回收率，； 旷透过液流量，m 3 ； 9 一进水量，m 3 。 在实际运行中，常用电导率近似估算系统脱盐率 p - 1 _ 鲁1 0 。 ( 4 4 ) 式( 4 - 4 ) v - p 一系统脱盐率，； e 卜出水电导率，i l l s c l r l 1 ； 陶瓷膜+ 两级反渗透处理垃圾渗滤液的应用研究 e 卜进水电导率，m s c m 1 。 以公式4 4 估算得到的系统脱盐率往往低于实际系统脱盐率。 4 2 4 实验过程 ( 1 ) 自然降解作用 为了研究渗滤液在稳定塘( 调节池) 中的自然降解作用，本实验分别在旧厂和新厂 排入调节池的排水口取样监测： c o d d e g r a d a t i o no f t h ef i r s ts a m p l i n g c o d d e g r a d a t i o no f t h e s e c o n ds a m p l e o51 01 52 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 5 5 6 0 t i m e d 1 0 0 0 0 9 0 0 0 8 0 0 0 051 0 1 5 2 02 53 03 5 4 04 5 t i n 麓d 1 图4 - 2 垃圾渗滤液c o d 自然降解与天数的关系 f i g 4 - 2t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nl e a c h a t ec o d n a t u r a ld e g r a d a t i o na n dt h en u m b e ro fd a y s 如图4 2 所示，新鲜垃圾渗滤液自然降解显著，但经过一个多月自然降解后降解速 率明显变缓，基本不发生变化，这是因为新鲜垃圾渗滤液中含有大量可降解的有机脂肪 酸，且可生化性好，厌氧条件下能很好的降解。随着其在渗滤液中比例的降低，剩下多 为较难降解的部分，又称为“硬c o d ，并且其中n h 3 - n 浓度过高，抑制了微生物的活 性，c o d 的进一步自然降解比较困难。如图4 2 所示经过4 0 - - - 6 0d ，c o d 的自然降解率 达到4 9 7 5 。从这一现象可以看出，有一定贮存容积的稳定塘( 调节池) 对于渗滤 液水质水量的稳定和降低后续处理工艺负荷有很大益处。 ( 2 ) 陶瓷微滤膜预处理 如图4 - 1 所示，垃圾渗滤液经稳定塘自然降解后，通过污水泵提升至渗滤液贮槽中， 打开进液阀i 后自流到循环液贮槽i ，在变频循环泵i 的驱动下进入多孔陶瓷微滤膜管 3 7 舢舢 姗舢 姗舢 姗o 1鼬置口ou 舢 舢 姗 舢 姗 舢 姗 o -1嚣量qou 广西大学硕士学位论文陶瓷膜+ 两级反渗透处理垃圾渗滤液的应用研究 以错流方式进行动态过滤，滤浓液经循环管在陶瓷微滤膜系统不断循环，滤清液进入一 级反渗透系统滤液贮槽i 。 ( 3 ) 一级反渗透 如图4 1 所示，打开进液阀i i 后自流到循环液贮槽i i ，在变频循环泵的驱动下进 入一级反渗透膜管进行动态过滤，滤浓液经循环管在一级反渗透膜系统不断循环，滤清 液进入一级管式反渗透系统滤液贮槽i i 。 ( 4 ) 二级反渗透 如图4 1 所示，打开进液阀后自流到循环液贮槽，在变频循环泵的驱动下进 入二级反渗透膜管进行动态过滤，滤浓液经循环管在二级反渗透膜系统不断循环，滤清 液则可达标排放。 4 2 5 系统清洗 反渗透膜清洗过程：反渗透清洗前，先用蒸馏水在水温3 0 ，压力o 9m p a ，频率 4 7h z 条件下测量膜通量。清洗时，首先进行水洗，用蒸馏水无压高速水流冲洗3 0m i n ， 使膜表面污染物随高流速水冲走；调整运行参数为压力0 9m p a ，频率4 7h z ，循环水洗 3 0m i n ，使膜内部的污染物得以清洗。再进行酸碱洗，调整泵流量，将0 i n a o h 或 0 i h c l 的清洗液以低流速，低压力进入反渗透系统将原水置换( 低流速，低压力以防 清洗液稀释) 。维持水温 o 3 0 星 日 2 0 与 一 lo i o 4 0 3 铴 3 0 零 2 5 专 o 2 0 垂 日 1 5 与 卜 l o 5 们略 图4 - 3 陶瓷微滤系统对c o d 、n h 3 n 、电导率的去除效果 f i g4 - 3t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o d ，n h 3 - na n dc o n d u c t i v i t yw i t hc e r a m i cm i c r o f i l t r a t i o ns y s t e m 4 3 2 一级反渗透系统运行时间对处理效果的影响 一级反渗透处理过程c o d 、n h 3 - n 、电导率及相应去除率与运行时间的关系如图4 - 4 所示。 3 9 彻 姗 姗 撇 撇 姗 姗 湖 o t1暑glio一_母苫uu口oo苫皇nioh 8 5 3 o 8 5 3 o _l，h岩一_uj勺coo一付。譬_qod oi 广西大掌硕士学位论文 陶瓷朋+ 两级反渗透处理垃圾渗滤液的应用研究 由图4 - 4 可知，c o d 、n h 3 - n 的显著下降，表明渗滤液中有机污染物己被大量去除。 经过一级反渗透处理后，出水的c o d 、n h 3 - n 去除率、脱盐率分别维持在9 4 8 、9 1 3 、 8 1 6 以上。 5 o 5 o l 248 1 1 1 82 42 93 9 t 缸d 1 0 0 9 0 8 0 碱鋈 6 0 罩 o 5 0 垂 4 0 蓦 3 0 2 0 1 0 o 鋈 i 言 g 2 趸 昌 l248l l1 82 4 2 93 9 t i m e d 一l n f l u e n to f f i r s ts t a g er os y s t e m pe f f l u e n to f f t r s ts t a g er os y s t e m r e m o v a lr a t e 图4 - 4 一级反渗透系统对c o d 、n h 3 - n 、电导率去除的效果 f i g 4 - 4t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o d ，n h r na n dc o n d u c t i v i t yw i t hf l r s ts t a g er os y s t e m m 毗 涨 碱 涨 耄喜 舭 姗 撇 慨 卯 册 卯 如 0 姗 枷 枷 珊 瑚 瑚 瑚 渤 m o t1瑚g口。一苞岂oucoq苫墨11=ot_ 强q_皇、参一一_o；墨ou一日u_uoq q _ l l 广西大学硕士学位论丈 陶瓷膜+ 两级反渗透处理垃圾渗滤液的应用研究 4 3 3 二级反渗透系统运行时间对处理效果的影响 二级反渗透处理过程c o d 、n h 3 - n 、电导率及相应去除率与运行时间的关系如图4 5 所示：电导率可间接反映渗滤液中的重金属离子含量。 1 0 0 9 0 o8 0 7 0 a o o 董n 6 0 季5 0 c ，0 4 0 a 罟3 0 蛊2 0 1 0 0 l o 9 l 8 g 蓦7 专6 童5 8 墨4 薹3 o 言2 248l l1 82 4 2 93 9 t i m e d 2481 11 82 42 9 3 9 t i n 笆d 1 0 伪蠕 9 0 8 0 7 0 琴 6 0 鼍 o 5 0 星 4 0 墨 3 0 2 0 1 0 o 1 0 0 9 供唁 8 0 7 0 蓬 6 0 罩 o 5 0 l 4 0 耋 3 0 2 0 1 0 o 图4 - 5 二级反渗透系统对c o d 、n i t 3 - n 、电导率的去除效果 f i g 4 - 5t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o d ，n h 3 - na n dc o