超滤提取渗滤液腐殖酸的膜污染行为与清洗方法研究

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卫生填埋是目前国内外垃圾处理的主要方法。在垃圾填埋过程中会产生一种难处理的高浓度有机废水—渗滤液。分析渗滤液处理难度大的原因通常认为由渗滤液的水质波动大、可生化性随填埋时间的增长而下降、氨氮含量高、营养元素失衡等水质特点所致。但已有研究表明渗滤液难处理更本质的原因在于其中含有大量难生物降解有机物—腐殖酸。膜生物反应器(MBR)近些年逐渐应用到垃圾渗滤液中的处理中,在北京、上海及重庆等地填埋场,相继采用MBR处理垃圾渗滤液。但MBR出水中仍含有大量腐殖酸,不能达标排放,因此采用MBR后仍需要配套纳滤或反渗透工艺,以满足排放要求。本文利用超滤膜分离技术分离回收渗滤液MBR出水中的腐殖酸,即解决了MBR出水不能达标的问题,又可以将腐殖酸这一液态肥回收利用,从而替代纳滤技术,经济有效的解决MBR出水的后处理问题。已有学者对超滤膜分离浓缩腐殖酸的可行性进行了验证,本文研究重点是在分离回收腐殖酸过程中超滤膜污染行为和清洗方法研究,主要研究内容包括:膜分离操作温度、操作压力、膜通量随浓缩倍数变化、膜阻力分布情况及膜的清洗效果等几方面。实验原料来自北京北神树垃圾填埋场MBR出水,进水流量控制在1.100m~3/h,清洗时流量为1.140m~3/h,实验采用序批式进料,一次性浓缩至5倍,在不同浓缩倍数处采样分析,并随时监测通量、粘度、温度、压力等指标。实验考察了五个压力条件,0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa和0.7MPa。主要研究结果如下:1.清水膜通量与温度呈线性变化关系,在以MBR出水为料液情况下,膜通量随温度呈指数变化关系。通过公式推导和实验分析,得出不同压力条件下膜通量与温度的换算关系。2.在0.3~0.6MPa时膜通量随压力增加迅速增加,但是0.7MPa时通量增长趋缓,0.6MPa是本实验条件下的临界压力。在0.3~0.6mpa时单位通量的能耗随压力增加下降,0.7mpa时单位通量能耗略有升高,0.6mpa是本实验条件下的单位通量能耗最低的操作压力。3.各压力下,浓缩液中有机物和腐殖酸的浓度均随着浓缩倍数的升高大幅增加,但腐殖酸占有机物百分比却随压力而不同,0.4MPa,0.5MPa,0.6MPa时,腐殖酸占有机物百分比从80%上升到90%左右,0.7MPa时则下降到60%。各压力下无机盐离子均没有在浓缩液侧产生积累。膜通量随着浓缩倍数变化不大。4.本实验装置中膜阻力主要由膜自身所控制,膜污染产生的阻力相对较小,各压力下污染所导致的阻力占总阻力的10%~20%左右。相对于其他压力条件,0.7MPa下膜污染阻力增长较快。5.本实验中造成膜污染的主要原因是浓差极化和无机垢,微生物的吸附等现象不是造成膜污染的主要原因。水力冲洗(总恢复率为78%)和酸洗(总恢复率为97.9%),对膜通量恢复远大于碱液清洗。水力和化学联合清洗膜通量总恢复率能达到99.5%。根据实验,推荐清洗流程为,水力冲洗30min,利用酸洗50min,此时pH=1.65。若污染严重可以选择浸泡1~2h,之后采用清水冲洗30min,以冲洗掉膜表面上的酸液,再利用碱性和表面活性剂清洗50min,pH=11.76,根据污染情况可以浸泡1~2h。清洗后的废碱液和酸液相互中和后排入填埋场调节池。
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