纳滤膜对垃圾场废水渗滤液中COD的去除效果好不好-蓝膜水处理蓝膜

垃圾场作为堆放垃圾的地方，在中国，人口基数也大，日常垃圾的量也是巨大的，那么，垃圾场的垃圾多了以后必定是要燃烧的，然后垃圾场废水渗滤液便是处理垃圾焚烧以后的渗滤液。那么垃圾场废水渗滤液也是成为了日益需要加强处理的废水

关键词：纳滤膜，废水渗透液，COD，去除效果

什么是垃圾场废水渗滤液
垃圾场废水渗滤液组成复杂，有机污染物浓度极高。废水渗滤液中的有机物主要有大分子水溶性腐殖质、中等分子的灰黄霉酸和小分子的挥发性有机酸和水溶性腐殖质。大分子部分可以被膜截取，小分子部分则无法被膜截取，而且水溶性腐殖质很难被微生物降解，这是造成废水COD浓度高的主要原因.垃圾废水渗滤液经过二次处理后，出水COD、浊度等指标仍难以达标排放。

实验思路：
以膜生物反应器二级处理出水为研究对象，考察了操作压力、酸碱度、运行时间、进水流量等因素对纳滤膜分离性能的影响，以及对COD的去除效果。实验结果表明，最佳的操作条件是操作压力为0.6MPa,pH为7，纳滤膜对COD的去除效果可达90%以上，出水达到国家二级排放标准。

另外，实验还表明，该膜运行4小时后性能稳定，进水流量越大，膜通量越大，COD去除效果越高。本文最后对膜污染的原因进行了探讨，并对膜初始通量为16%的膜进行了水力清洗和化学清洗，结果表明：水力清洗使膜初始通量最大仅恢复为40%，而化学清洗则可恢复85%。

当前深部处理主要采用物理和化学方法，如吸附、吹脱、高级氧化、膜分离等。在国外，垃圾废水渗滤液J在深度处理过程中，一般采用一级超滤和二级反渗透的综合处理方法，80%的废水渗滤液可以通过分离膜变成符合排放标准的透过液，其余20%的浓缩液可以回流到垃圾填埋场或进一步蒸发或干燥处理。与其他膜分离技术相比，纳滤技术不仅需要较低的操作压力才能达到相同的渗透量，而且需要较大的膜通量。有鉴于此，本试验以膜生物反应器(MBR)处理焚烧场垃圾废水渗滤液的出水为研究对象，考察了运行压力、pH、运行时间和进水流量对膜通量和COD去除效果的影响，以及膜对COD的去除效果，并对膜污染的原因和膜清洗方法进行了探讨。

实验部分。
1.试验水质。
本文采用MBR处理焚烧厂垃圾废水渗滤液后的出水，MBR采用聚丙稀材料中空纤维膜作为膜组件。出水量的生化指标见表1。
纳滤膜，废水渗透液，COD，去除效果

结果表明，经MBR处理的BODSS、NH、NH3、NH3、NHN、NBR三项污水均达到了国家二级排放标准(即SS≤200mg/L,BOD≤150mg/L,COD≤200mg/L),COD仍需进一步处理。

2.试验方法和材料。
研究了操作压力、酸碱度、操作时间及进水流量等因素对纳滤膜分离效果的影响，确定了采用MBR处理后，出水直接进入纳滤膜装置的最佳操作条件。该试验的纳滤膜处理流程为一级一段循环式处理，即将一部分浓缩水回流到原水箱与原进水混合，然后再由膜组件分离，这样既保证了原水在膜表面有足够的流速，又不会因为回收率过低而浪费原水。

选择的膜材为芳香型聚酰胺卷材，杭州凯洁膜技术有限公司提供的卷材，卷材性能指标见表2，卷膜结构简单，单位膜面积成本低，装填量密度大，拆装方便。

3监测办法。
该试验的主要监测项目为COD、pH。用重铬酸钾法测定COD值，用精密试纸测定pH值。入水原指标均采用国标方法测定。

结论分析。
1.工作压力对纳滤膜分离性能的影响。
以固定流量(20l_./h)和进水浓度(COD为200mg/L)为例，将实验操作压力从0.3Mpa提高到0.8Mpa，并设置为每隔0.1Mpa的压力工作区，每个工作区运行30分钟，然后对不同压力下膜通量和COD去除效果的变化情况进行抽样分析。图1和图2分别显示了工作压力对膜通量和COD截移率的影响曲线。

纳滤膜，废水渗透液，COD，去除效果

如图1所示，随着工作压力的增加，膜流量几乎呈线性增加趋势，这可以用非平衡热力学模型加以解释。

在公式中，IT值、P(m/s)和(m/s·Pa)均为膜的特征参数，称为反射系数，Ax,c为膜厚，而纯水透过系数却(Pa)和△7r(Pa)为膜两侧操作压力差和膜渗透压力差，Ax为膜厚，c为膜内溶质浓度.通过对上述微分方程(2.2)的积分，可求得膜的去除效果R：
其中F=exp(1Jy(1aiIT)/P);c=c=分别是料液侧膜面浓度和透过液面浓度(mol/L)。

如图2所示，COD截流速率随压力的增加而增加，压力小于0.6MPa时，COD截流速率增加，与公式(2.3)的结论一致，但压力大于0.6MPa时，COD截流速率开始下降，其原因可归结为细孔模型-9]。该模型主要用于描述中性分子的纳滤透过特性。

结果表明：在一定浓度范围内，膜对中性分子溶质溶液的去除效果与溶液浓度变化不大，可视为恒定值。加压时，速度将降低，“滞流层”的厚度和浓度将增大。在微孔孔孔压下，“滞流层”COD浓度在微孔孔径模型允许的范围内，COD的透过率变化不大，而膜通量增大，即导致去除效果升高。

在压力大于0.6MPa的情况下，“滞流层”厚度和浓度都达到一定值，但仍有可能不超过细孔模型所允许的值。所以，COD去除效果虽有波动，但总体并未呈现持续下降趋势。
所以综合考虑最优的操作压力应该是0.6MPa。

2.进水pH值对膜分离性能的影响。
在进水流量保持不变的情况下(20L/h)和进水浓度(COD为200mg/L)，将压力调整为0.6MPa，并将NaOH加入进水介质，使pH值由低到高变化。每30分钟运行一次设定pH状态，进行抽样分析。
图3和图4显示了pH值对纳滤分离性能的影响曲线。
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如图3所示，随着pH的升高，膜通量降低，由近于清水通量的19.0L/m·h降至6.5L/m·h。这种现象可能是由于进水pH值的变化而导致了进水子极性的变化。开发人员在制备NF膜时，为了提高膜的分离性能，经常会电化膜。

所以大部分NF膜表面都会有一定的电荷。当分离物质时，由于各物质的pH值不同，其荷电性也会不同，这就导致了各物质与膜的荷电性相互作用而产生差异，进而导致膜的截获率发生变化。当pH值较低时，进水中H+浓度越高，溶液的极性越强，溶剂的活性越强，通过膜的能量越大，因此膜通量越大，而水溶液的极性越弱，溶剂的活性越小，膜通量越小。而由中性到弱碱性，膜流量变化不大。

如图4所示，COD去除效果随pH值的升高而升高，但pH达到7后，COD去除效果趋于稳定，变化不大。其原因可能是：由于膜不用时都是保存在甲醛溶液中，当pH值较小时，溶液中H+的含量较多，H+可能与甲醛分子结合，使甲醛处于强极性状态，其活性也较强，迅速向“滞留层”扩散，所以整体上水分子通过膜的浓度较高，COD在水中的去除效果较低。

随pH升高，甲醛分子的极性减弱，活性下降，扩散到“滞留层”的速度下降，水分子通过纳滤膜的数量减少，COD去除效果逐渐提高。但进入中性环境后，扩散速率接近稳定，且不再下降，去除效果也不再上升。

考虑到pH对膜通量和COD去除效果的影响，可以确定纳滤膜的最佳操作pH值为7.0，即中性环境。

3.短期运行时间对纳滤膜分离性能的影响。
在压力0.6MPa、pH7、恒定流速(20l/h)、进水浓度(COD=2mg/l)的条件下，短时间运行12天，每设定一个时间段取样分析。操作时间对纳滤分离性能的影响曲线如图5和图6所示。

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从图5和图6可以看出，在系统运行的前4小时，膜通量随着时间的延长而降低，而化学需氧量去除效果随着时间的延长而增加。4小时后，膜通量开始稳定，COD去除效果的增长率也开始下降。

这是因为使用膜时，膜表面比较疏松，溶剂和溶质都比较容易透过膜。因此，膜通量较大，化学需氧量的去除效果较低。随着运行时间的延长，膜逐渐被压实，去除效果和通量会逐渐增加。运行4小时后，膜通量和去除效果在压实到一定程度后开始稳定。本实验证实纳滤膜的分离性能在运行4小时后开始稳定。

4.进水流量对纳滤膜分离性能的影响。
操作压力控制在0.6兆帕，进水化学需氧量为200毫克/升，酸碱度约为7。在每个设置的流动部分取样和分析。图7和图8分别是进水流量对膜通量和化学需氧量去除效果的影响曲线。
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从图7和图8可以看出，随着进水流量的增加，膜通量和去除效果都增加。当流量为40L/m·h时，膜通量接近清水通量，去除效果达到最大值72%。这种现象可以用溶液扩散模型来解释。进水流量的增加反映了料液流量的加速，使得料液在膜表面的流动状态变好，浓度极化减小，高压侧膜表面的料液浓度和渗透压变小。因此，从膜通量公式(2.4)和公式(2.5)可以推导出膜通量和去除效果都分别增加。

膜通量公式:
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COD去除效果公式:

纳滤膜，废水渗透液，COD，去除效果

当操作压力为0.6Mpa，pH值为7，进水流量为2ol/h时，进水COD浓度控制在153~289mg/l范围内，图9为COD浓度随运行时间的变化。从图中可以看出，系统出水化学需氧量随着进水化学需氧量的增加而增加，化学需氧量基本在100毫克/升以下..虽然COD波动较大，但从图中可以看出，COD的去除效果可以达到90%。纳滤膜对膜生物反应器系统出水化学需氧量的去除效果显著，主要原因分析如下:

(1) 本实验进水经膜生物反应器处理，悬浮物基本为0毫克/升，化学需氧量降至300毫克/升以下，有利于本实验纳滤膜的进一步处理。

(2) 纳滤膜的分子量在2~2000之间，而MBR出水分子量在1万以下的占55.9%，主要是难降解的腐殖酸和黄腐酸，其分子量大于纳滤膜，因此纳滤处理可以达到很好的去除效果。

膜污染和膜清洗。
1.纳滤膜污染的主要原因及主要污染物的组成。
纳滤膜介于多孔膜和无孔膜之间，浓差极化、膜吸附和颗粒沉积是其应用中的主要污染因素。另外，纳滤膜通常是荷电膜，溶质与膜表面之间的静电效应也会影响纳滤过程中产生的污染，这是纳滤膜与超滤、反渗透等其他膜的重要区别。

纳滤过程中的膜污染是由于截留颗粒、胶体颗粒、乳液、悬浮固体、大分子和盐在膜表面或膜内部的不可逆沉积，包括吸附、堵孔、沉淀和滤饼形成。污染程度主要取决于具体的分离过程和所用膜的类型，污染物大致可分为三类:
(1)有机沉淀，包括大分子和生物物质。
(2)无机沉淀，包括金属盐酸盐和钙盐。
(3)悬浮颗粒。
本实验中纳滤的进水为MBR二级处理后的出水，其SS基本为OG/L，因此前两种物质是造成膜污染的主要原因。
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2.膜的清洁。
本实验运行6O天，操作压力为0.6MPa，进水COD浓度为153~289mg/L，总体上随着运行时间的延长，膜通量逐渐降低。膜的淡水通量为19.3L/m·h，污水中膜的初始通量为10.6L/m·h，从图l0可以看出，前4天内膜通量急剧下降到初始膜通量的52%，这主要是由于过滤初期膜表面迅速形成沉积层，导致膜通透性和膜通量下降。

之后膜通量缓慢下降，基本处于稳定阶段。这是因为膜表面沉积层的形成是一个动态过程。当该过程达到平衡时，膜的透水阻力将稳定，膜通量将稳定。但随着系统中MLSS的不断增加，膜通量仍将长期下降，到第45天，膜通量将降至初始膜通量的16%左右，因此采用水力冲洗。

水力清洗采用高流速蒸馏水循环清洗的方法，漂洗时间为60分钟。清洗后有一部分膜通量恢复，但只达到初始膜通量的40%，然后又开始下降，所以在第54天进行化学清洗。化学清洗使用两种清洗剂交替进行化学清洗。

(1)1%稀盐酸(pH=1):主要去除碳酸钙等沉淀物。
(2)2%三聚磷酸钠加0.8%EDTA钠盐，0.1%表面活性剂(TritonX-100)加硫酸水溶液(pH=8):可去除硫酸钙、微生物(细菌)、有机物。

清洗时，先用低pH值的洗涤液，再用高pH值的洗涤液，这主要与膜上污染物的形成因素有关。系统运行过程中，胶体颗粒和有机污染物首先沉积吸附在膜上，在膜表面形成第一层垢；碳酸盐垢逐渐形成，沉积在胶体垢上，慢慢渗入胶体。

因此，可以先用酸洗液去除上层沉淀物，再疏松下层胶体。然后，可以用碱性洗涤液清洗，清洗效果可以更快达到。从图中可以看出，膜通量已经恢复到初始膜通量的85%，并且相对稳定。

因此，在恢复膜通量方面，化学清洗比水力反冲洗更彻底、更有效。但是化学清洗往往会带来二次污染，所以在实践中应该尽量减少和避免化学清洗。
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结论。
1. 纳滤用于二级出水后垃圾渗滤液的深度处理，可以很好的降低COD，使出水水质完全达到国家二级污水排放标准。

2. 操作压力、酸碱度、运行时间和进水流速对纳滤膜的分离性能有直接影响。本实验的最佳操作条件为操作压力0.6兆帕，酸碱度7。而纳滤膜的性能在不改变其他条件的情况下，4小时内可以保持稳定，进水流量越大，膜通量和COD去除效果越大。

3.实验后期会逐渐出现膜污染，需要清洗膜。相比水力清洗，化学清洗可以恢复较大的膜通量，但会有二次污染，尽量避免。

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