膜组合工艺处理含铁填埋场渗滤液及膜污染分析_方艺民.pdf

第 43 卷第 7 期2023年 7 月Vol.43 No.7Jul.，2023 工业水处理Industrial Water TreatmentDOI：10.19965/ki.iwt.2022-0771177膜组合工艺处理含铁填埋场渗滤液及膜污染分析方艺民，齐鸣，学贤，邵兰燕，王少东（厦门嘉戎技术股份有限公司，福建厦门 361100）摘要 在某含铁渗滤液卷管式反渗透（STRO）应急减量项目运行期间，膜组件流道内生成不明胶状物，造成了严重的膜污染。通过胶状物酸溶分析及膜酸洗水水质分析，发现该胶状物的生成与水质中的高含铁量相关，同时对膜片的扫描电镜分析进一步证实了膜面发生的污染为有机物-铁的复合污染。根据该污染机理对渗滤液开展浸没式微滤及 PAC 混凝沉淀预处理中试验证实验。实验结果可得，浸没式微滤对原水总铁的去除率约为 50%，然而STRO 系统在 70%回收率下处理微滤产水的污染周期仅为 60 h，换用碟管式反渗透（DTRO）后可将污染周期延长至120 h；采用 1 500 mg/L PAC加药量的混凝沉淀工艺对总铁有 80%的去除率，且混凝产水对后端 STRO污染趋势显著降低，STRO 在 70%回收率下污染周期大于 200 h，并在提高膜回收率至 75%后 STRO 污染周期依然超过 120 h。综合分析可得 STRO、DTRO 对浓水侧浓水的铁耐受质量浓度分别为 8、16 mg/L 左右。现场可根据实际需求采用浸没式微滤+DTRO或 PAC混凝沉淀+STRO的组合工艺，保证整体工艺的稳定运行。关键词 填埋场；渗滤液；膜分离；铁；膜污染中图分类号 X703.1 文献标识码 A 文章编号 1005-829X（2023）07-0177-08Treatment of iron containing landfill leachate and membrane fouling analysis by membrane combined process FANG Yimin，QI Ming，XUE Xian，SHAO Lanyan，WANG Shaodong（Xiamen Jiarong Technology Co.，Ltd.，Xiamen 361100，China）Abstract：During the processing of iron containing leachate emergency treatment case with the spacer tube reverse osmosis（STRO）process，a type of unknown colloids were generated in the channel of membrane module and caused serious membrane pollution.Through the acid dissolution analysis of colloid and the water quality analysis of acid membrane-cleaning water，it was found that the formation of colloid was related to the high iron content of the leachate.Additionally，the membrane SEM analysis further confirmed that the pollution on the membrane surface was a kind of mixed pollution with organic matter and iron.According to their pollution mechanism，the verification experiments of immersion microfiltration pretreatment and PAC coagulation sedimentation pretreatment for the leachate were carried out.The experimental result showed that submerged microfiltration could remove almost 50%total iron of the leachate.However，the pollution cycle of STRO system in treating microfiltration produced water at 70%recovery was only 60 h.Only when changing to disk tube reverse osmosis（DTRO）system could extend the pollution cycle to 120 h.Concurrently，the coagulation sedimentation process with 1 500 mg/L PAC dosage had an 80%total iron removal rate of the leachate，and the pollution trend of STRO treating coagulation produced water was significantly reduced.The pollution cycle of STRO was more than 200 h under 70%recovery，and the system recovery could be further improved to 75%with a pollution cycle exceeding 120 h.Comprehensive analysis showed that the iron tolerance mass concentration of STRO and DTRO at membrane concentrated side was about 8 mg/L and 16 mg/L respectively.The combined process of immersion microfiltration+DTRO or PAC coagulation sedimentation+STRO could be adopted on site based on the actual needs to ensure the stable operation of the whole process.Key words：landfill；leachate；membrane separation；iron；membrane fouling试验研究工业水处理 2023-07，43（7）178卫生填埋以其运营简单、经济等特点，成为我国常见的生活垃圾及其他废物的最终归宿1-2。在填埋场设计过程中，需要合理地设置雨污分流措施，减少渗入填埋区的雨水量，以尽可能控制填埋场的渗滤液总量3-4。然而，在一些早期填埋场的设计修建过程中，由于设计经验缺乏、经费限制、运营管理不善等原因，雨污分流效果较差，从而导致雨季填埋场渗滤液存量激增，为填埋场区渗滤液处理系统带来极大挑战5。因此，在尽可能完善雨污分流措施的同时，对一些填埋场设置针对汛期渗滤液的应急保障单元也是必要的。考虑到汛期渗滤液水量大、处理期限短的特点，反渗透膜分离技术凭借其较短的调试周期和操作灵活性，已成为大多数渗滤液应急减量单元的主流工艺6。同时，碟管式膜组件（DT）及卷管式膜组件（ST）凭借其远超传统卷式膜组件的抗污染性，已成为该领域中最常见的组件形式7-10，得到广泛应用。然而，填埋场渗滤液由于组分复杂，若未经生化处理直接进膜可能造成严重的膜污染，特别是某些填埋场渗滤液中含有铁组分11，Fe2+在水中溶解氧较高时会逐渐被氧化为 Fe3+，而 Fe3+在中等酸性条件下就开始向 Fe（OH）3胶体转化12-14。Fe（OH）3胶团极易与有机物、硅化合物等组分结合，在膜表面形成复杂的复合污染物加剧膜污染。因此，在发现潜在的铁污染倾向时，需要通过适当的方法对渗滤液进行预处理。针对含铁废水，李荧等15利用连续曝气+微滤的处理工艺实现了较高的铁去除率；郑彭生等16采用 PAC 混凝沉淀法也获得了较好的除铁效果。然而，目前鲜有针对含铁垃圾渗滤液相关膜污染的预处理方案效果论证及组合工艺运行效果分析，且对 ST/DT 组件在垃圾渗滤液处理的实际应用中所能耐受的总铁浓度也尚不明朗。本研究旨在通过对某含铁渗滤液处理现场进行膜污染分析及中试实验，在膜污染发生时分析其成因，对耦合了不同预处理工艺及不同形式膜组件的组合工艺进行运行效果验证，以更加全面地了解渗滤液中铁对膜的污染特性，对比 ST、DT 组件对铁的耐受浓度并最终确定技术可行的组合工艺。1 实验背景1.1项目概况国内某填埋场由于早期雨污分流设计不完善，导致渗滤液在雨季和旱季呈现较大水量和水质差异，旱季渗滤液来水量150 t/d，雨季渗滤液来水量常上涨至 300 t/d，具体水质情况见表 1。该填埋场渗滤液处理站自身建有外置式 MBR+卷式 NF+卷式 RO为核心的渗滤液处理系统，满负荷运行处理量为 150 t/d，在旱季可满足现场处理需求，其工艺路线见图 1（a）。在雨季，渗滤液量出现明显增加，该渗滤液处理系统无法满足处理要求，为此，已新增一套两级卷管式反渗透（STRO）系统作为应急减量单元 图 1（b），在雨季对超量的渗滤液进行同步处理。新增两级 STRO 系统处理量 300 t/d，设计回收率 70%。然而，在实际运行过程中，STRO 系统无法保持长时间稳定运行，维持设计膜通量运行的入膜压力短期内快速上升。停运检修化洗期间发现，在膜芯内部有大量胶状物生成并堵塞流道，且该现象在浓缩倍数更高的二段组件中更加显著（图 2），这意味着析出的胶状物与水中某种污染物浓度的上升存在潜在相关性。结合表 1水质分析可知，即使在雨季，水中的悬浮物检测结果依然较高，同时在重金属排查中发现渗滤液中含有较高浓度的铁，这意味着渗滤液可能对膜具有颗粒物胶体及金属污染倾向，加之垃圾渗滤液本身的有机污染性，最终引起膜污染的成因可能较为复杂。该膜污染问题亟待解决以保证现场的可持续生产。为此，需要有效确定污染原因，并开展预处理验证实验及 ST/DT 膜组件污染周期实验，确定可行的工艺改进方案。表 1渗滤液雨季/旱季基本水质参数Table 1 Basic water quality parameters of leachate in rainy season/dry season水样雨季非雨季pH7.88电导率/（mScm-1）19.829.3COD/（mgL-1）1 1762 036氨氮/（mgL-1）1 1021 919总硬度/（mgL-1）586738Ca2+/（mgL-1）6870Mg2+/（mgL-1）100150总碱度/（mgL-1）6 2678 175总铁/（mgL-1）9.815.7总悬浮物/（mgL-1）320480179工业水处理 2023-07，43（7）方艺民，等：膜组合工艺处理含铁填埋场渗滤液及膜污染分析1.2实验方法实验拟通过膜芯内部胶状物分析、膜清洗情况及膜片扫描电镜表征，确定胶状物组分及膜污染成因。之后通过中试实验确定合适的预处理工艺或换用更加耐污染的碟管式反渗透（DTRO）设备，以在保证膜浓缩段70%回收率的前提下，尽可能延长污染周期。最后以实验结果为基础，确定 ST/DT组件对铁的耐受浓度，并从整体运行效果、污染周期及投资运行成本方面对不同组合工艺进行对比，确定可行的工艺路线。1.2.1膜污染分析1）胶状物元素构成分析。将现场膜芯内生成的胶状物样品置于马弗炉中于 550 下烘至恒重后，取出 0.2