用膜法處理垃圾滲濾液,對膜的污染控制與清洗的研究表明:超濾預處理、調節pH值、沖洗、添加阻垢劑等方法都能夠在一定程度上減輕無機納濾膜的污染狀況。其中,超濾預處理和調節pH值的影響大于沖洗和添加阻垢劑的影響。常溫下,采用水洗+酸洗+堿洗+酸洗的綜合化學清洗方法能使超濾膜通量恢復到新膜通量的97.8%;采用水洗+酸洗+酸洗的方法能使納濾膜通量恢復到新膜通量的98.5%,并有良好的重復性。
論文關鍵詞:滲濾液,納濾,超濾,膜污染,清洗
1 實驗裝置和材料
1.1 實驗裝置
試驗工藝流程中主要包括超濾系統和兩級納濾系統(本實驗省去了絮凝沉淀預處理過程,直接用滲濾原液試驗)。工藝流程圖如圖1所示:
圖1 膜法處理垃圾滲濾液的工藝流程
本試驗中共使用到兩種無機膜,無機超濾膜(截留分子量為8000Da)、無機納濾膜(截留分子量為1000Da),膜組件為法國進口,材質由氧化鋯、氧化鋁及氧化鈦組成,膜管外徑φ25mm,通道內徑φ2.5mm,管長1178mm。最大工作壓力≤1.0MPa,PH值適用范圍0~14。
1.2滲濾液
滲濾液原液取自廣東某垃圾衛生填埋場。所取樣的水質如下表1:
表1 滲濾液原液的COD值
項目
COD/mgL-1
pH
色度/倍
范圍
1890-2898
7.5~8.5
>800
2 無機膜的污染控制
2.1超濾預過濾對無機納濾膜的污染影響
圖2 無機納濾不同水樣膜通量隨時間的衰減情況 圖3 表面沖洗對膜通量的影響
從圖2可以看出,在同等操作條件下,直接對滲濾液原液進行納濾,膜通量下降很快,而經超濾預處理之后的水樣進行納濾時,膜通量隨時間的衰減較為緩慢。說明超濾預處理對于減輕無機納濾的膜污染具有一定的效果。
2.2表面沖洗對無機膜的污染影響
本實驗只進行表面沖洗的研究。結果表明,第一次沖洗后,膜通量提高了23.3%,第二次沖洗后提高了17.4%,隨著時間的增加,沖洗效果越來越差。運行到150分鐘時,有表面沖洗和沒有表面沖洗的膜通量基本相同(圖3)。
2.3調節pH值對無機膜的污染影響
在壓差0.32 MPa、溫度22~25℃、膜面流速4.2m/s的條件下對超濾出水進行無機納濾分離試驗。試驗分兩批次進行:未調pH值(=8.37)及調節pH值(=6.5)的水樣。膜通量檢測如圖4所示??梢钥闯?,酸性水樣的膜通量始終大于堿性水樣的膜通量。這說明,將滲濾液的pH值調為酸性有利于減輕膜污染,增大膜通量。這可以理解為調解滲濾液成酸性后,減輕了滲濾液中的Ca2+、Mg2+等的沉淀。
圖4 不同pH值下膜通量隨時間的衰減情況 圖5 阻垢劑對膜通量的影響
2.4添加阻垢劑對無機膜的污染影響
本試驗選擇了既經濟也常見的聚六偏磷酸鈉(Na6P6O18)作為阻垢劑,按50 mgL-1的比例在水樣中添加聚六偏磷酸鈉,并與未添加阻垢劑的水樣處理情況對比。試驗結果如圖5,添加阻垢劑后對提高膜通量具有一定的效果。但是對于減輕膜通量的衰減效果不明顯。這主要是因為本試驗采用的是超濾出水,水樣中的Ca2+已經在超濾預處理中被部分去除,對后續處理中膜污染的影響變小。而且,滲濾液中污染物質種類繁多,數量較大,膜污染的成因應該十分復雜,僅用聚六偏磷酸鈉一種阻垢劑可能不足以減輕膜污染狀況。
圖6 不同清洗用水對膜通量的影響 圖7 不同清洗時間對清洗效果的影響
3無機膜的清洗再生
不同的清洗劑、不同的清洗方式對于同一體系的清洗效果差別很大。對于一種體系的膜的清洗方式可以通過實驗研究確定。
本研究擬通過改變清洗用水、清洗劑、壓力等操作條件,研究適合無機膜+滲濾液體系的膜清洗方法。具體方法是:每次試驗之前,采用去離子水進行過濾,測定膜的純水通量(J0),然后對滲濾液原液進行過濾,當膜通量衰減到初始通量的20~30%時,停止過濾,再次測定膜的純水通量(J1)。然后采用稀酸(HNO3)、稀堿(NaOH)、表面活性劑(曲拉通),在不同的濃度下對無機膜進行分別清洗,再用清水在高流速情況下對膜進行沖洗,然后測定膜的純水通量(J2)。根據下式計算不同清洗劑的膜通量恢復率(WFR):
3.1不同清洗用水對清洗效果的影響
為強化對比效果,本試驗選擇硬度較高的地下水和去離子水兩種清洗用水,在操作壓差0.36Mpa,溫度20℃,膜面流速4.0m/s的條件下清洗受污染的無機膜。檢測兩種用水隨時間對膜通量的影響如圖6所示??梢钥闯?,去離子水的清洗效果明顯好于地下水的清洗效果。
3.2不同清洗劑對清洗效果的影響
根據滲濾液的性質以及表2中對于不同清洗劑的介紹,本試驗選擇強酸(稀硝酸),強堿(氫氧化鈉),以及表面活性劑(曲拉通)進行膜清洗的研究。結果如表2所示。從表中可以看出,采用兩種清洗劑聯合清洗污染超濾膜即采用HNO3+NaOH+ HNO3(即先酸洗再堿洗再酸洗的方法)清洗,清洗效果最好。這主要和膜表面污染物的形成過程有關。在超濾膜表面污染物的形成過程中,膠體粒子和一些有機物質最先形成,堿金屬離子所導致的沉淀物隨后覆蓋在原有污染物質之上。先用酸洗可以首先溶解掉這些堿金屬沉淀,提高了之后堿洗的效果。
三種清洗劑對無機納濾膜的清洗效果依次為HNO3>曲拉通>NaOH。