垃圾滲濾液膜污染分析及防治工藝設計流程

孫 維 曲 直

（吉林嘉德藍天環境技術有限公司,吉林 吉林132013）

1 垃圾滲濾液膜通量的影響因素分析

1.1 膜通量衰減規律分析

現階段垃圾滲濾液膜處理中應用較廣、效果較好的材料為聚丙烯中空纖維微濾膜。隨著使用時間的延長,膜通量的衰減也會呈現出一定的變化規律,如圖1 所示。

圖1 膜通量在不同運行時間下的衰減規律

從圖1 可知,該膜生物反應器投入運行后的70d 內,膜通量出現了3 次衰減和2 次增加,大體上可以分為三個階段：

階段一：在運行后的15d 內,膜通量急速下降,從初始狀態的11.5L/m2·h,下降到2 L/m2·h。之后繼續緩慢衰減,直到低35d時,達到本階段的最低值,大約是0.8 L/m2·h。

階段二：膜生物反應器的出水量大幅度增加,水力停留時間縮短,膜通量在短時間內有重新升高,在升高到5 L/m2·h 左右時,膜的透水阻力趨于穩定,重新維持平衡狀態,之后隨著運行時間的增加又開始衰減。

階段三為重復階段二,但是因為膜生物反應器中大分子有機物的含量增加,因此衰減速度更快。

1.2 水力停留時間對膜通量的衰減的影響

水力停留時間的長短,也是決定膜通量衰減速率的重要因素。兩者的關系如圖2、3 所示。

圖2 水力停留21-50h 時膜通量變化

圖3 水力停留51-80h 時膜通量變化

由圖2、3 可知,水力停留時間控制在21-50 小時之間時,隨著反應器運行時間的增加,膜通量呈現出下降趨勢。從第38 天到第35 天,膜通量從6L/m2·h 降低到1L/m2·h,衰減較為明顯。水力停留時間控制在51-80 小時之間時,運行時間與膜通量也呈反比關系。從第47 天到底66 天,膜通量從6L/m2·h 降低到1L/m2·h。對比可以發現,水力停留時間較短的情況下,相同時間內膜通量的衰減趨勢更加明顯。

2 基于恢復通量效果的清洗技術

2.1 物理清洗技術

堵塞是膜污染的一種常見形式,也是導致膜通量明顯衰減的主要因素。針對此類問題可以優先考慮物理清洗。采用反沖洗的方式,從膜的反面通入氣或水,在一定的沖擊壓力下使微孔內的雜質脫離出來,然后通過流動的空氣或清水,將這些雜質帶走,達到清洗效果。物理清洗雖然易于操作,但是也有很強的局限性。例如有些污染物附著力較強,物理清洗效果也會大打折扣。

2.2 化學清洗技術

將清洗劑（通常是堿液、酸液或次氯酸鈉溶液）加入到清水中,然后以一定的壓力使水流通過待清洗的膜。堿液或清洗液能夠與膜上粘附的有機物或結垢發生化學反應,使難溶于水的物質轉化為易溶于水的物質,最后使用清水沖洗讓膜通量重新恢復到理想狀態。當然,化學沖洗也有可能造成二次污染,以及消耗過多的藥劑而增加成本,實際中要注意控制化學清洗的頻率。

2.3 物理清洗和化學清洗對恢復通量的影響

為了驗證兩種清洗方式的實際效果,首先選取一塊相同類型的新膜作為參照,如圖4 所示,新膜的通透率為100%。待測膜在清洗前通透率只有5%。使用物理清洗（清水反沖）后,膜的通透率較之前有了一定程度的提升,大約恢復到了45%左右；而使用化學清洗后,膜的通透率則恢復到了80%,效果明顯。試驗表明,選擇基于堿液、酸液和次氯酸鈉溶液的化學清洗,對聚丙烯中空纖維微濾膜進行清洗是一種比較理想的方法。

圖4 不同清洗方式的效果對比

3 垃圾滲濾液膜污染防治工藝的創新設計流程

3.1 工藝流程設計

3.1.1 生物反應器參數選取

以往的設計中,習慣于將污泥負荷作為設計生物反應器的主要參數,但是大量的經驗表明該指標并不能客觀反映膜污染防治效果。因此本次試驗中創新性地將“水力停留時間”作為主要參數,既保證了試驗結果的可靠性,同時又簡化了工藝流程和降低了操作難度。

3.1.2 泵系統的選擇

試驗中需要統計出水流量和進水流量。因此試驗裝置中分別需要一臺提升泵和出水泵。泵的功率、揚程等具體參數也要根據試驗需求進行科學確定。

3.1.3 膜組件的選擇

膜的選用是影響該試驗質量和結果精度的決定性因素。在選擇膜組件時應綜合考慮多種指標,首先就是膜通量,自然是越高越好,但是也要兼顧成本。理論上來說,只要新膜的通量維持在95%以上,即可滿足一般試驗的要求。

3.2 MBR 反應池設計

在實際運營中,MBR 反應池的容量應根據垃圾滲濾液的日均生產量來確定。本次試驗選擇某垃圾處理廠作為研究對象,該廠滲濾液的產生情況如表1 所示。

表1 某垃圾處理廠滲濾液的日產量（m3）

通過連續多天對垃圾滲濾液隨機取樣并進行化學分析,可知COD 值在1.74×104-3.16×104mg/L 之間波動,變化較為明顯。為了簡化試驗流程,取垃圾滲濾液為165m3/d,COD 取2.0×104mg/L,實驗裝置日處理水量取500 m3/d。

3.3 微濾膜組件設計

試驗中使用的膜為聚丙烯中空纖維微濾膜,參考產品說明書確定膜通量為0.155m3/m2·d。則本次試驗中總共要準備165/0.155=1064.5m2的膜。為了保證膜的充足供應,可在這一數值的基礎上適當增加,取1200m2。

3.4 曝氣裝置的設計以及風機的選擇

進水COD 為2.0×104mg/L,按照進出水比10:1 計算,出水COD 為2.0×103mg/L,處理水量為165m3/d。根據如下公式可以計算出混合液需氧量W：

上式中,m 是有氧分解過程中分解活動的需氧量,取常數0.4；Q 是處理水量；A1和A2分別是進水COD 與出水COD；n 是有氧分解過程中代謝活動的需氧量；V 是曝氣池的容積；ρ 是滲濾液的密度。根據上述公式計算可得實驗裝置需氧量為4.45×103kgO2/d。以氧利用率為20%算,所需空氣量為8.2×104m3/d,即57m3/min。故選擇鼓風機時,最低風量應不低于60 m3/min。另外需要準備2 臺,1 臺試驗正常使用,1 臺作為備用。

結束語

在垃圾處理能力日益提升的背景下,垃圾滲濾液的無害化處理引起了各方關注。膜分離技術能夠實現對滲濾液中有害物質的過濾,從而降低垃圾滲濾液的污染危害。水力停留時間是決定膜生物反應器處理效果的核心因素,定期進行物理清洗或化學清洗,可以使膜通量保持在較高狀態,實踐表明化學清洗效果更佳。在設計基于膜生物反應器的垃圾滲濾液處理裝置時,應重點從膜組件、泵系統等方面進行科學設計,保證裝置能夠發揮預期的效果。