垃圾渗滤液处理纳滤浓缩液的减量试验研究

黄凯兴　雷涛　陈石　王磊　李凯　宋国标

(1深圳市下坪固体废弃物填埋处理场　广东深圳 518023；　2.中钢集团武汉安全环保研究院有限公司　武汉 430081；　3.贵阳市高雁生活垃圾填埋场　贵阳 550002)



垃圾渗滤液处理纳滤浓缩液的减量试验研究

黄凯兴1雷涛2陈石1王磊2李凯2宋国标3

(1深圳市下坪固体废弃物填埋处理场广东深圳 518023；2.中钢集团武汉安全环保研究院有限公司武汉 430081；3.贵阳市高雁生活垃圾填埋场贵阳 550002)

采用1种纳滤膜和2种反渗透膜对垃圾渗滤液处理过程中产生的纳滤浓缩液进行处理，研究进水压力、回收率、膜通量对膜工艺运行稳定性、出水水质的影响。研究结果表明，在试验条件下垃圾渗滤液纳滤浓缩液可减量50%以上，反渗透产水指标满足《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T 18920—2002)城市绿化及娱乐性环境用水-湖泊类的要求。

浓缩液纳滤反渗透

0　引言

垃圾渗滤液是一种高浓度有机废水，若不妥善处理将会造成极大的环境和生态污染[1]。2010年2月，国家环境保护部颁布了《生活垃圾填埋场渗滤液处理工程技术规范》，明确规定深度处理工艺可采用纳滤、反渗透、吸附过滤等方法，处理对象主要是渗滤液中的悬浮物、溶解物和胶体等[2]。由于排放标准的提高、膜技术的广泛使用，带来一种更难处理的副产物——膜过滤浓缩液。膜过滤浓缩液是一种棕黑色液体，一般生化性很差，其体积为原液体积的20%～50%。目前，垃圾渗滤液膜过滤浓缩液的处理方法主要有蒸发、化学氧化、催化氧化等，均存在一定的局限性。本试验以减量化为目的，采用1种纳滤膜和2种反渗透膜，处理深圳市某垃圾填埋场渗滤液纳滤浓缩液，系统研究了3种膜处理纳滤浓缩液的产水水质、运行工艺条件、物耗等。

1　试验部分

1.1水样来源与水质

试验水样来自深圳市某垃圾填埋场。填埋场渗滤液经多级生物处理后，再经超滤和纳滤工艺处理，80%左右的清水外排，产生20%的纳滤浓缩液。纳滤浓缩液水质指标见表1。

表1　试验水质表　mg/L，pH除外

1.2试验装置及工艺流程

试验装置主要包括预处理系统、膜元件(压力外壳和膜组件)、高压泵、循环泵及清洗系统。预处理设施主要是保安滤器，主要去除进水中的悬浮物、胶体等妨碍后续膜分离系统运行的杂质。

纳滤膜、反渗透膜1和反渗透膜2采用4寸规格试验用膜。操作条件为：最高温度45 ℃，最高操作压力4.1 MPa，最高压降0.09 MPa，pH连续运行范围2～11，pH短期清洗(30 min)1～12，最大进水流量3.6 m3/h，最大给水SDI15为5。试验流程图见图1。

图1　试验工艺流程示意图

纳滤浓缩液在进入膜组件前先进行添加盐酸、阻垢剂和还原剂，然后经增压泵及循环泵进行增压后进入膜组件再进行过滤，透过膜组件的液体称为产水，送回产水箱后回收利用。被膜截留的液体称为二次浓缩液。其中部分二次浓缩液回流到循环泵前与进水混合进行再浓缩，剩余二次浓缩液回到浓水箱后待处理。当产水量下降10%或进水侧压力----浓缩液侧压力下降0.1 Mpa时，启动化学清洗。

1.3主要分析指标与方法

COD：重铬酸钾法；NH3-N：纳氏试剂比色法；TN：碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法；pH：数显酸度计测量。

1.4试验方法

先保证膜的回收率达到40%以上，进行不同膜通量的试验。具体操作方法是：分别在固定膜通量为20，30 L/(m2·h)的情况下，试验回收率为40%，50%，60%条件下膜的运行状况及产水水质。

运行期间每间隔1 h记录进水、产水及二次浓缩液电导率、流量及压力等。连续运行12 h后用产水冲洗膜组件。

2　结果与分析

2.1运行结果分析

2.1.1压力

在进水水流侧施加操作压力以克服过膜渗透压，当高于渗透压的操作压力施加在浓溶液侧时，水分子自然渗透的流动方向就会被逆转，部分浓溶液通过膜成为稀溶液侧的净化产水。

膜通量分别为20，30 L/(m2·h)，3种膜在不同回收率条件下进水压力变化见图2。由图2可知，膜通量相同时，回收率提高，3种膜所需的驱动力也相应增大。同一支膜组件回收率相同时，进水压力随膜通量的增大而升高。回收率和膜通量都相同时，进水压力：膜1<膜2<膜3。

2.1.2运行时间

膜通量分别为20，30 L/(m2·h)，3种膜在不同回收率条件下运行时间变化见图3。

由图3可知，膜通量相同时，回收率提高，3种膜的运行时间基本呈下降趋势。当3种膜回收率从40%提升到50%时，运行时间下降趋势较为缓慢；当回收率从50%提升到60%时，运行时间呈急速下降趋势。总体来看，运行时间：膜3>膜2>膜1。

(a)膜通量为20 L/(m2·h)

(b)膜通量为30 L/(m2·h)

(a)膜通量为20 L/(m2·h)

(b)膜通量为30 L/(m2·h)

图3运行时间随回收率的变化

2.1.3处理水量

在固定初始条件下一段时间内，单一膜处理水量越多，代表膜的耐污染程度越高。膜通量分别为20，30 L/(m2·h)，3种膜在不同回收率条件下处理水量变化见图4。

(a)膜通量为20 L/(m2·h)

(b)膜通量为30 L/(m2·h)

图4处理水量随回收率的变化

由图4可知，3种膜的处理水量变化趋势和运行时间变化基本一致。膜通量相同时，回收率提高，3种膜的处理水量基本呈下降趋势。同一支膜在相同回收率条件下，膜通量为30 L/(m2·h)时处理水量更多，膜的耐污染能力更强。不同膜在相同回收率及膜通量条件下，耐污染程度：膜1<膜2<膜3。

2.1.4脱盐率

膜通量分别为20，30 L/(m2·h)，3种膜在不同回收率条件下脱盐率的变化见图5。

由图5可知，在膜通量相同的情况下，回收率提高，3种膜的脱盐率基本呈下降趋势。在回收率相同的情况下，3种膜在膜通量为20 L/(m2·h)的脱盐率低于膜通量为30 L/(m2·h)的脱盐率。在膜通量和回收率相同的情况下，脱盐率：膜1<膜2<膜3。

(a)膜通量为20 L/(m2·h)

(b)膜通量为30 L/(m2·h)

图5脱盐率随回收率的变化

2.1.5其它因素对试验结果的影响

(1)温度。一般情况下，在提高进水温度而其它参数不变时，温度每增加1 ℃，产水量会增加2%～3%。这主要是由于水温升高后水的黏度降低所致。但在试验中产水量受温度的影响表现并不明显。如膜2在膜通量为20 L/(m2·h)、回收率为50%的条件下某一时间段内温度对产水流量的影响(见图6)。

图6温度对产水流量的影响

(2)进水水质。由于渗滤液水质、水量的变化，导致纳滤浓缩液中各项指标改变。如进水电导率越高，进水通过膜组件的净推动力越大等，对试验运行结果有一定的影响。如膜2在膜通量为20 L/(m2·h)、回收率为50%时某一段时间内运行数据见表2。

表2　运行数据表

2.2水质结果分析

试验历时297 d，分析3种膜系统在不同回收率条件下的进、产水水质，其中在膜通量为30 L/(m2·h)、回收率为50%时处理效果见表3。

表3　处理效果表

注：“/”表示未检测出；“-”表示未要求。

由表3可以看出，3种膜对垃圾渗滤液纳滤浓缩液中无机盐及有机物都有很高的截留率。其中膜1产水溶解性固体不能满足《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T 18920—2002)城市绿化标准的要求；膜2和膜3产水所有指标均能满足该标准的城市绿化及娱乐性环境用水-湖泊类的要求。

2.3物耗

膜系统在运行时需投加阻垢剂、还原剂及盐酸。另外，化学清洗时需消耗氢氧化钠及盐酸。3种膜试验期间物耗见表4。

表4　物耗表

由表4可知，膜1(纳滤膜)吨水耗电量小于反渗透吨水耗电量，这主要是由于纳滤膜运行压力低，所需动力也就小。盐酸、氢氧化钠、阻垢剂和还原剂都是由计量泵调好频率后投加到进水中， 3种膜对这几种药品的吨水消耗相同。

3　结论

(1)试验所选用的3种膜对垃圾填埋场渗滤液纳滤浓缩液中各种污染物均有较高的截留率，对垃圾填埋场渗滤液纳滤浓缩液具有一定的适应性。

(2)膜1产水除TDS外，其它指标也都能满足《城市污水再生利用城市杂用水水质》城市绿化标准的要求；膜2和膜3产水所有指标均能满足《城市污水再生利用城市杂用水水质》城市绿化及娱乐性环境用水-湖泊类标准的要求。从最终的处理水质和水量两方面比较，膜3>膜2>膜1。

(3)3种膜在膜通量为30 L/(m2·h)的运行效果要优于膜通量为20 L/(m2·h)的运行效果。同时为了保证膜的回收率在50%以上及产水回用的目的，易选用膜3作为实际工程用膜。

[1]郑可，周少奇，杨梅梅. H2O2/O3体系处理反渗透浓缩垃圾渗滤液[J].化工进展，2011，30(11)：2540-2541.

[2]环境保护部. 生活垃圾填埋场渗滤液处理工程技术规范(试行)： HJ 564-2010 [S].北京：中国环境科学出版社，2010.

Experimental Study on the Treatment for Nanofiltration Filtration Concentrateof Landfill Leachate by Membrane

HUANG Kaixing1LEI Tao2CHEN Shi1WANG Lei2LI Kai2SONG Guobiao3

(1.ShenzhenXiapingSolidWastesLandfillSiteShenzhen，Guangdong518023)

One kind of nanofiltration membrane and two kinds of reverse osmosis membrane technology have been used for the treatment of nanofiltration filtration concentrate and effects of inflow pressure, recovery rate and membrane flux on the stability of nanofiltration and reverse osmosis membrane have also been studied. The research results show that nanofiltration filtration concentrate can be reduced above 50% decrement and the produced water by RO reaches the standards stipulated in the National Standards for Reuse of Urban Wastewater and Miscellaneous Uses (GB/T 18920—2002) of the urban greening and recreational water environment-lakes.

membrane filtration concentratenanofiltrationreverse osmosis

2015-04-27)

黄凯兴，男，1969年生，工程师，主要从事垃圾渗滤液及浓缩液污染治理的研究。