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      处理垃圾填埋场渗滤液的膜的污染控制与清洗研究

      时间:2021-02-09 15:20:54 来源:http://www.imgnix.com 点击:48119次

      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,直接用渗滤原液试验)。工艺流程图如图1所示:

      膜污染

      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φ25mm,通道内径φ2.5mm,管长1178mm。更大工作压力≤1.0MPa,PH值适用范围0~14。

      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-1

      pH

      色度/倍

      范围

      1890-2898

      7.5~8.5

      >800

      2 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,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22~25℃、膜面流速4.2m/s的条件下对超滤出水进行无机纳滤分离试验。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。

      纳滤 超滤

      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。

      清洗 清洗

      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20~30%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):

      纳滤

      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,清洗效果更好。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更先形成,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。


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