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截留液中腐植酸的超滤分离浓缩特性
 
更新日期:2018-07-03   来源:农药学学报   浏览次数:5346   在线投稿
 
 

核心提示:截留液是一类难处理的高浓度有机废水,其所含有机物几乎都是腐植酸,可考虑资源利用。实验室内采用超滤对其所含腐植酸进行分离浓缩。引入分离因子来表征超滤的分离效果。试验结果表明,分离因子与体积浓缩倍数有很好的线性关系,浓缩倍数为5时,超滤截留液中有机碳浓度为9413 mg/L,重金属浓度处于mg/L水平,分离因子达到2.76,表明超滤可有效把MBR-NF截留液中腐植酸与无机盐分离并进行了浓缩。

 

截留液中腐植酸的超滤分离浓缩特性

中图分类号  X705   文献标识  A   文章编号

垃圾填埋场渗滤液极难处理,其主要原因主要含有高浓度的难降解有机物和氨氮。其中氨氮可以通过改进型生物处理技术,如MBR[1,2]、复合生物膜和活性污泥工艺[3]加于高效生物硝化而净化,而难降解有机物,其主要成分是腐植酸[4],通常是采用膜分离技术进行处理。因此就形成了目前处理渗滤液的典型“MBR-NF”组合工艺,即首先通过MBR使渗滤液中高浓度氨氮去除达标,同时可降解有机物也基本净化,而残留的以腐植酸为主的难生物降解有机物通过生化和常规物化工艺均难以有效去除,采用NF来截留[1,2],从而也产生了更加难于处理的富含腐植酸的MBR-NF膜截留液[5,6]。目前这类膜截留液的常用处理方法有回灌、化学氧化、浓缩焚烧、固化等。由于该截留液中有机物主要为难生物降解的腐植酸,回灌到填埋场效果不佳,并可能因截留液中盐类离子浓度相对渗滤液原液较高而可能引起盐类离子累积使系统难以正常运行,而化学氧化、浓缩焚烧、固化等处理方法成本昂贵等。

腐植酸是一类有机肥料,因此MBR-NF膜截留液可考虑进行资源利用[7]。但膜截留液中还含有大量无机盐类物质,对渗滤液或膜截留液直接资源化会因无机盐累积的抑制作用[8]运输成本高于销售价格等而不可行。因此需要对膜截留液中腐植酸进一步分离浓缩,提高腐植酸含量,同时有效脱盐及降低重金属浓度,目前这方面的相关研究鲜见报道。本研究选用截留分子量1 kDa的超滤膜,试验其分离浓缩腐植酸的工艺特性,从而为MBR-NF膜截留液中腐植酸的分离回收提供技术依据。

1      材料与方法

1.1  MBR-NF截留液

MBR-NF截留液取自某填埋场渗滤液处理系统。该填埋场日填埋量1200吨,总库容463m3,渗滤液产生量为200 m3/d。采用以MBR-NF为主体工艺的渗滤液处理工程,最终出水达到了《生活垃圾填埋场污染控制标准》要求,NF的浓缩倍数约为6~8倍。1MBR-NF截留液水质报告。

1.2  超滤试验

超滤膜(GE-Osmonics,美国)材质为聚酰胺。 SCM杯式超滤器(上海亚东核级树脂有限公司)有效容积为300 mL,有效过滤面积为3.63×10-3 m2。压力驱动采用普通氮气,驱动压力为0.3 MPa。将渗滤液截留液用1 kDa超滤膜分离(纳滤膜截留分子量为2002000道尔顿之间,1 kDa就是纳滤膜,不是超滤膜,希作者通篇加以修改),采集透过液和截留液样品,采用单因素分析试验,主要考察浓缩倍数CF)、pHCF=5时)等对超滤分离浓缩效果的影响。。

1.3  分析项目、测定方法及主要仪器

溶解性有机碳(Dissolved Organic CarbonDOC)采用日本岛津公司TOC-5000A分析仪测定;吸光度采用上海精密仪器有限公司的762型紫外可见分光光度计测定;SO42- NO3--N,和Cl-的测定采用美国戴安公司的4500i型离子色谱仪。

Na K Ca Mg和重金属的测定采用美国热电公司的ICP-AES等离子发射光谱仪,测定前采用硝酸消解法进行预处理。

电导率、pH、总溶解性固体(TDS),固定溶解性固体(FDS)等项目采用国家标准方法。

2   结果与讨论

2.1  MBR-NF截留液水质

由表1MBR-NF截留液水质分析结果可知,DOC含量很高,基本成份为腐植酸,从处理角度看是一类高浓度有机废水,。NO3N含量较高(1125 mg/L),这是NH4+-NMBR系统中发生高效生物硝化形成的,NO3--N在测定FDS过程中会分解,造成FDS值偏低。为防止碳酸钙等晶体形成污染NF膜,pH值通常呈弱酸性。因NF对二价及其以上离子有较高的截留率,所以截留液含这类离子如CaMgSO42-浓度较高,但有毒重金属含量仍处于mg/L或更低水平。##end##

1  MBR-NF截留液水质mg/La

Table 1  Characteristics of the concentrate from MBR and NF

treatment system of landfill leachate

项目

数值

项目

数值

pH

6.64

Mn

2.04

电导率

17.76

Co

0.236

DOC

2520

As

0.394

NO3--N

1125

Cd

NDb

TDS

16720

Cr

0.656

FDS

7940

Cu

0.283

Na

1300

Ni

1.28

K

689.0

Pb

0.060

Mg

1045

Zn

1.26

Ca

226.1

Cl-

3509

Fe

12.47

SO42-

416.5

a pH无单位,电导率单位为ms/cm

b ND表示低于检测限

2.2浓缩倍数CF)的影响

浓缩倍数CF定义为进料液体积与超滤器截留液体积(进料液体积与透过液体积之差)的比值。透过率定义为透过液与进料液中物质浓度的比值。CFDOC透过率的影响见图1。由图1可知,随CF提高,DOC透过率上升,CF小于6.5时,两者变化关系近似线性,透过率约在0.3~0.8之间。当CF大于6.5时, 透过率上升速率趋缓,同时可观察到膜通量变小,说明膜截留液中高浓度有机物对超滤过滤速率有不利影响,而过高的CF对回收率(什么物质回收率?)也是不利的。

各种重金属透过率也是随CF的提高而提高(图2),但是不同重金属的透过率及其提高幅度差异很大。在不同CF下,Mn透过率都高于0.7 AsZnPb透过率的变化范围较大,AsZn0.4~1.0之间(As最高也只是约0.7),Pb0.1~0.6之间,而FeCoCrNiCu透过率很小,基本低于0.3。由于腐植酸对重金属有强烈的络合作用,因此重金属与DOC透过率之间存在一定关系,可能为理解上述现象提供一些信息。对比图1和图2 AsZn透过率与DOC透过率的变化趋势较为接近,说明AsZn可能与低分子量腐植酸络合,并部分随低分子量腐植酸一起透过而得到滤除;Mn透过率相对较高且稳定,表明其较多以游离态存在,较易净化;PbFeCoCrNiCu则可能主要与较高分子量腐植酸络合,导致透过率相比较低,较难去除。

 

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