摘要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：
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。最大工作压力≤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，第一次冲洗后，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。
 
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。
 
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）：
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，清洗效果最好。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最先形成，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。
表2 不同清洗剂的清洗效果
清洗剂
浓度
J0
J1
J2
WFR
超滤
HNO3
1.00%
270
36
110
31.6
NaOH
1.00%
272
25
78
21.5
曲拉通
1.00%
270
32
50
7.6
HNO3+NaOH+ HNO3
1.00%
269
18
263
97.6
NaOH+ HNO3+NaOH
1.00%
273
20
198
70.4
纳滤
HNO3
1.00%
52
18
44
76.5
NaOH
1.00%
53
22
24
6.5
曲拉通
1.00%
51
17
22
14.7
3.3清洗时间对清洗效果的影响
图7给出了不同清洗时间对清洗效果的影响。可以看出，清洗时间以20分钟为佳。
3.4清洗压力对清洗效果的影响
图8 不同清洗压力对清洗效果的影响
室温下，选择强酸和强碱分别对两种无机膜进行清洗，研究不同压力下，无机膜的清洗效果。
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