处理垃圾填埋场渗滤液的膜的污染控制与清洗研究

1、处理垃圾填埋场渗滤液的膜的污染控制与清洗研究摘要用膜法处理垃圾渗滤液，对膜的污染控制与清洗的研究表明：超滤预处理、调节pH值、冲洗、添加阻垢剂等方法都能够在一定程度上减轻无机纳滤膜的污染状况。其中，超滤预处理和调节pH值的影响大于冲洗和添加阻垢剂的影响。常温下，采用水洗+酸洗+碱洗+酸洗的综合化学清洗方法能使超滤膜通量恢复到新膜通量的97.8%；采用水洗+酸洗+酸洗的方法能使纳滤膜通量恢复到新膜通量的98.5%，并有良好的重复性。论文关键词：渗滤液,纳滤,超滤,膜污染,清洗1 实验装置和材料1.1 实验装置试验工艺流程中主要包括超滤系统和两级纳滤系统（本实验省去了絮凝沉淀预处理过程，直接用渗滤

2、原液试验）。工艺流程图如图1所示：图1 膜法处理垃圾渗滤液的工艺流程本试验中共使用到两种无机膜，无机超滤膜（截留分子量为8000Da）、无机纳滤膜（截留分子量为1000Da），膜组件为法国进口，材质由氧化锆、氧化铝及氧化钛组成，膜管外径25mm，通道内径2.5mm，管长1178mm。最大工作压力1.0MPa，PH值适用范围014。1.2渗滤液渗滤液原液取自广东某垃圾卫生填埋场。所取样的水质如下表1：表1 渗滤液原液的COD值项目COD/mgL-1pH色度/倍范围1890-28987.58.5>8002 无机膜的污染控制2.1超滤预过滤对无机纳滤膜的污染影响图2 无机纳滤不同水样膜通量随时

3、间的衰减情况 图3 表面冲洗对膜通量的影响从图2可以看出，在同等操作条件下，直接对渗滤液原液进行纳滤，膜通量下降很快，而经超滤预处理之后的水样进行纳滤时，膜通量随时间的衰减较为缓慢。说明超滤预处理对于减轻无机纳滤的膜污染具有一定的效果。2.2表面冲洗对无机膜的污染影响本实验只进行表面冲洗的研究。结果表明，第一次冲洗后，膜通量提高了23.3%，第二次冲洗后提高了17.4%，随着时间的增加，冲洗效果越来越差。运行到150分钟时，有表面冲洗和没有表面冲洗的膜通量基本相同(图3)。2.3调节pH值对无机膜的污染影响在压差0.32 MPa、温度2225、膜面流速4.2m/s的条件下对超滤出水进行无机纳滤

4、分离试验。试验分两批次进行：未调pH值(=8.37)及调节pH值(=6.5)的水样。膜通量检测如图4所示。可以看出，酸性水样的膜通量始终大于碱性水样的膜通量。这说明，将渗滤液的pH值调为酸性有利于减轻膜污染，增大膜通量。这可以理解为调解渗滤液成酸性后，减轻了渗滤液中的Ca2+、Mg2+等的沉淀。 图4 不同pH值下膜通量随时间的衰减情况 图5 阻垢剂对膜通量的影响2.4添加阻垢剂对无机膜的污染影响本试验选择了既经济也常见的聚六偏磷酸钠（Na6P6O18）作为阻垢剂，按50 mgL-1的比例在水样中添加聚六偏磷酸钠，并与未添加阻垢剂的水样处理情况对比。试验结果如图5，添加阻垢剂后对提高膜通量具有

5、一定的效果。但是对于减轻膜通量的衰减效果不明显。这主要是因为本试验采用的是超滤出水，水样中的Ca2+已经在超滤预处理中被部分去除，对后续处理中膜污染的影响变小。而且，渗滤液中污染物质种类繁多，数量较大，膜污染的成因应该十分复杂，仅用聚六偏磷酸钠一种阻垢剂可能不足以减轻膜污染状况。 图6 不同清洗用水对膜通量的影响 图7 不同清洗时间对清洗效果的影响3无机膜的清洗再生不同的清洗剂、不同的清洗方式对于同一体系的清洗效果差别很大。对于一种体系的膜的清洗方式可以通过实验研究确定。本研究拟通过改变清洗用水、清洗剂、压力等操作条件，研究适合无机膜+渗滤液体系的膜清洗方法。具体方法是：每次试验之前，采用去离

6、子水进行过滤，测定膜的纯水通量（J0），然后对渗滤液原液进行过滤，当膜通量衰减到初始通量的2030时，停止过滤，再次测定膜的纯水通量（J1）。然后采用稀酸（HNO3）、稀碱（NaOH）、表面活性剂（曲拉通），在不同的浓度下对无机膜进行分别清洗，再用清水在高流速情况下对膜进行冲洗，然后测定膜的纯水通量（J2）。根据下式计算不同清洗剂的膜通量恢复率（WFR）：3.1不同清洗用水对清洗效果的影响为强化对比效果，本试验选择硬度较高的地下水和去离子水两种清洗用水，在操作压差0.36Mpa，温度20，膜面流速4.0m/s的条件下清洗受污染的无机膜。检测两种用水随时间对膜通量的影响如图6所示。可以看出，去离

7、子水的清洗效果明显好于地下水的清洗效果。3.2不同清洗剂对清洗效果的影响根据渗滤液的性质以及表2中对于不同清洗剂的介绍，本试验选择强酸(稀硝酸)，强碱(氢氧化钠)，以及表面活性剂(曲拉通)进行膜清洗的研究。结果如表2所示。从表中可以看出，采用两种清洗剂联合清洗污染超滤膜即采用HNO3+NaOH+ HNO3（即先酸洗再碱洗再酸洗的方法）清洗，清洗效果最好。这主要和膜表面污染物的形成过程有关。在超滤膜表面污染物的形成过程中，胶体粒子和一些有机物质最先形成，碱金属离子所导致的沉淀物随后覆盖在原有污染物质之上。先用酸洗可以首先溶解掉这些碱金属沉淀，提高了之后碱洗的效果。三种清洗剂对无机纳滤膜的清洗效果依次为HNO3曲拉通NaOH。表2 不同清洗剂的清洗效果清洗剂浓度J0J1J2WFR超滤HNO31.00%2703611031.6NaOH1.00%272257821.5曲拉通1.00%27032507.6HNO3+NaOH+ HNO31.00%2691826397.6NaOH+ HNO3+NaOH1.00%2732019870.4纳滤HNO31.00%52184476.5NaOH1.00%5322246.5曲拉通1.00%51172214.73.3