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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

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

发布者:蓝膜 2020-12-03 |

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

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
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。
纳滤膜,废水渗透液,COD,去除效果 
 
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。
 
纳滤膜,废水渗透液,COD,去除效果 
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。
纳滤膜,废水渗透液,COD,去除效果 
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:
纳滤膜,废水渗透液,COD,去除效果 
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。
纳滤膜,废水渗透液,COD,去除效果 
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。
纳滤膜,废水渗透液,COD,去除效果 
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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