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        膜分離技術(shù)在垃圾滲濾液處理中的研究與應(yīng)用

        2017-03-09 16:39:42孟林君
        環(huán)球市場 2017年15期
        關(guān)鍵詞:超濾膜膜分離濾膜

        孟林君

        光大環(huán)保能源江陰有限公司

        膜分離技術(shù)在垃圾滲濾液處理中的研究與應(yīng)用

        孟林君

        光大環(huán)保能源江陰有限公司

        垃圾滲濾液作為一種高污染有機廢水,如直接排放,將對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的威脅。因此在垃圾處理過程中,國家相關(guān)法律、法規(guī)及規(guī)范明確要求對垃圾滲濾液進行科學(xué)有效的處理,出水水質(zhì)需執(zhí)行《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB16889-2008)標(biāo)準(zhǔn)并滿足當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門的要求。其中膜分離技術(shù)具有低能、高效、穩(wěn)定、出水水質(zhì)好等優(yōu)勢,日漸成為滲濾液處理技術(shù)的主要發(fā)展方向?;谏鲜霰尘?,本文對膜分離技術(shù)處理垃圾滲濾液的方法和膜污染的防治方法進行論述,

        膜分離技術(shù);垃圾滲濾液處理;研究

        近年來生活垃圾產(chǎn)生量日益增多,對生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重威脅。衛(wèi)生填埋、焚燒和堆肥是目前最常用的垃圾處理方式,垃圾堆積過程中經(jīng)過一系列的生物分解與物理化學(xué)過程,產(chǎn)生一種成分復(fù)雜、毒性較大的滲濾液。垃圾滲濾液的性質(zhì)主要受垃圾成分、堆放時間、氣候條件等因素影響,一般具有以下特征:有機物含量高(脂肪酸、灰黃霉酸類、腐殖質(zhì)類等);氨氮含量高,導(dǎo)致C、N、P比例失衡;無機化合物種類多(如Ca2+、Mg2+、NH4+、SO42+等);重金屬種類多(如Cd2+、Cr3+、Cu2+等)。高毒高污染的垃圾滲濾液對自然水源造成嚴(yán)重的威脅,其處理技術(shù)是解決環(huán)境問題的必要技術(shù)之一。

        1 、垃圾滲濾液主要有以下特性

        1.1 污染物種類繁多,水質(zhì)復(fù)雜

        垃圾滲濾液成分非常復(fù)雜,含有可降解的和難降解的有機污染物,重金屬物質(zhì),氨氮及有毒有害物質(zhì).

        1.2 COD和BOD5濃度高,變化范圍大

        垃圾滲濾液中污染物濃度高,其中COD和BOD5濃度最高達幾萬毫克每升,甚至十幾萬毫克每升,垃圾填埋年限會影響滲濾液的可生化性.填埋時間越長,滲濾液的可生化性能越差.

        1.3 氨氮含量高,磷元素缺乏

        垃圾滲濾液中NH3-N濃度很高,且隨著填埋年限的增長,在微生物作用下,有機氮轉(zhuǎn)化為無機氮,滲濾液中的NH3-N濃度也隨之升高.但垃圾滲濾液中的磷元素是缺乏的,滲濾液中的磷元素含量很小,特別是溶解性磷酸鹽濃度更低.(4)金屬含量高.垃圾滲濾液含有十幾種金屬離子,各種金屬離子濃度差異大.垃圾滲濾液的水質(zhì)會隨著填埋年限發(fā)生變化,垃圾滲濾液的水質(zhì)在垃圾填埋初期、中期、后期和封場這幾個階段都各不相同,

        在垃圾滲濾液處理中容易出現(xiàn)膜污染現(xiàn)象,膜污染主要由廢水中的溶膠、無機質(zhì)、有機質(zhì)和膠體物質(zhì)造成,這些物質(zhì)在膜分離過程中會吸附沉積在膜孔內(nèi)部或者膜表面,從而使得膜孔徑縮小,甚至?xí)氯た?,最終降低膜的通量。同時膜污染的位置不盡相同,通常分為膜孔污染和膜外污染兩種。膜污染將嚴(yán)重影響處理結(jié)果,因此在膜分離技術(shù)應(yīng)用中必須結(jié)合實際情況,采取有效措施降低膜污染影響。

        2 、膜技術(shù)在滲濾液處理上的應(yīng)用

        2.1 微濾

        微濾(MF)是以壓力差作為推動力的膜分離技術(shù),其本質(zhì)屬于篩分過程,主要通過溶液中微粒粒徑不同從而實現(xiàn)分離目的。微濾膜孔徑較大,一般為0.02~1.2μm,通常直接用平均孔徑表示其截留 特性。在壓力差的作用下,粒徑小于膜孔的顆粒隨溶液通過微濾膜,粒徑較大的顆粒被截留,從而實現(xiàn)不同粒徑顆粒的分離。膜的截留方式主要包括:機械截留、吸附截留、架橋截留和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部截留。由于微濾膜的截留吸附特性,常被用于去除懸浮物、大的膠體和微生物等。 微濾膜孔徑較大,只能有效地去除滲濾液中粒徑較大的膠體和懸浮物,而對其中的小粒徑污染物去除率較低。因此,在滲濾液處理中微濾膜一般不作為其深度處理工藝,而作為其他膜(UF、NF 和RO)或者其他物理化學(xué)工藝的預(yù)處理工藝。表 1總結(jié)了微濾膜的一些相關(guān)研究,其中一些研究將微濾膜作為反滲透膜的預(yù)處理工藝,結(jié)果表明微濾膜雖然對滲濾液中污染物去除率較低,但經(jīng)微濾膜預(yù)處理的水質(zhì)提高,達到反滲透膜進水要求,減少了反滲透膜的污染,而且有效提高了整個膜系統(tǒng)的產(chǎn)水水質(zhì)和產(chǎn)水率。Moravia 等也將微濾膜處理技術(shù)作為納濾的預(yù)處理技術(shù),結(jié)果也證明了微濾膜預(yù)處理技術(shù)的有效性。在作為其他物理化學(xué)工藝的預(yù)處理工藝方面,Visvanathan 等研究了將微濾膜作為臭氧氧化工藝的預(yù)處理,結(jié)果顯示其組合工藝對滲濾液的著色度和 COD 去除都有較好的去除效果。表1中實例驗證了微濾膜在水處理方面的可實用性,但目前微濾膜對垃圾滲濾液中污染物去除率較低,需要結(jié)合其他工藝同時進行,使處理工藝復(fù)雜化且加大了其處理成本是微濾膜實際應(yīng)用中需解決的問題之一。

        2.2 超濾

        超濾(UF)是介于微濾和納濾之間,以壓力為驅(qū)動力的一種膜分離,膜孔徑在 0.001~0.1μm 之 間[20]。在一定壓力下,超濾膜能截留部分大分子有機物、膠體和微粒,通常其截留相對分子質(zhì)量在1000~300000。根據(jù)超濾膜孔徑對雜質(zhì)進行物理篩分作用,超濾去除處理液中的部分大分子物質(zhì)、膠體和微粒等,從而達到分離、濃縮和凈化的目的。

        超濾可有效地去除滲濾液中的部分大分子物質(zhì)、膠體和微粒等,但其對滲濾液的處理效果較差,難以達到排放標(biāo)準(zhǔn),故較少作為滲濾液的深度處理工藝。近年來,超濾膜在滲濾液處理上應(yīng)用較多。超濾膜在滲濾液處理方面和微濾膜一樣,也通常作為納濾或反滲透的預(yù)處理工藝。Piatkiewicz 等與 Bohdziewicz等將超濾作為反滲透膜的預(yù)處理工藝,結(jié)果顯示滲濾液經(jīng)超濾膜預(yù)處理后 COD 降低,經(jīng)過預(yù)處理提高了進入反滲透膜的滲濾液水質(zhì),減小了反滲透膜的污染,同時也提高了反滲透的產(chǎn)水效率。其中Piatkiewicz 等的研究將滲濾液經(jīng)微濾膜預(yù)處理,再經(jīng)過超濾膜預(yù)處理,而其超濾膜對滲濾液的COD去除率僅為5%~10%,而未能充分發(fā)揮其超濾膜的作用。

        因此在研究中應(yīng)選擇合適且精簡的預(yù)處理工藝,以形成簡單高效的處理工藝,避免高成本低效率的情況發(fā)生。另一方面,滲濾液成分比較復(fù)雜,含有粒徑不同的各種顆粒物、膠體以及大分有機物等,因此在超濾膜處理過程對污染物的去除效果與膜孔徑有密切聯(lián)系。Renou 等通過石灰絮凝-UF組合工藝,結(jié)果表明膜孔徑越小的超濾膜對滲濾液中污染物的去除率越高,其中對 COD 的去除率最高可達66%。然而,在應(yīng)用中超濾膜的孔徑也并不是越小越好,Pi 等利用超濾(UF)-水解酸化(HAR)-好氧生物接觸氧化(ABOR)組合工藝處理垃圾滲液,研究了不同膜孔徑的超濾膜在不同操作壓強的條件下處理滲濾液,結(jié)果表明同一操作壓力下膜孔徑小的超濾膜對污染物去除率較高,但同時也證明了膜孔徑較小的超濾膜需要更大的操作壓力,能量消耗更高,且更容易形成膜污染。因此,在實際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)所處理滲濾液的性質(zhì)以及處理目的,選擇合適超濾膜以及操作條件,避免能量消耗過高、膜污染嚴(yán)重以及濾出液不穩(wěn)定等情況產(chǎn)生。

        結(jié)束語

        綜上所述,垃圾滲濾液具有水質(zhì)變化大、成分復(fù)雜降解難、污染物濃度高等特點,傳統(tǒng)的生物、化學(xué)或者物理方法很難達到有效的處理效果,而膜分離技術(shù)具有操作簡單、高效節(jié)能等特點,保證了垃圾滲濾液處理的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。

        [1]曲磊,楊曉超,陳珊.膜技術(shù)在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問題[J].化工技術(shù)與開發(fā),2017,12:42-44.

        [2]羅丹,晏云鵬,全學(xué)軍.膜分離技術(shù)在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用[J].化工進展,2017,08:3133-3141.

        [3]何麗,李家鵬,李耕宇,何曉曉,張星.膜分離技術(shù)在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用[J].西安文理學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2016,03:66-69.

        [4]陳明.膜分離技術(shù)在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用[J].低碳世界,2017,03:36-37.

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