一种处理高盐危废垃圾渗滤液系统及其使用方法与流程

本发明属水处理技术领域，特别是涉及一种处理高盐危废垃圾渗滤液系统及其使用方法。

背景技术：

通常，渗滤液是由垃圾和降水或其他外部水之间的接触产生的污水。危险废物填埋场的渗滤液与一般的垃圾渗滤液相比，高盐且含有大量重金属，且可生物降解的物质含量较低。针对废水的这一特性，膜技术是一种比较可行且有效的方法。

近几年，正渗透(forwardosmosis，fo)由于其对污染物的高截留率、低膜污染和高污染可逆性、低能耗、设备操作简单等特点正被广泛应用于废水回用或水的纯化、海水或苦咸水淡化、石油、发电、食品医药等领域。而与其他分离工艺相比，膜蒸馏(membranedistillation,md)在分子动力学上具有独特的性质，如理论上可100％截留污染物，操作条件温和，在污染物浓度较高时性能依然很稳定。膜蒸馏可被应用于海水淡化、污水处理、挥发性化合物的分离、非挥发性化合物的浓缩及乳制品的加工。结合膜蒸馏技术不仅可维持正渗透稳定持续的运行，还可以提高污染物的去除效率。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种处理高盐危废垃圾渗滤液系统及其使用方法，将正渗透和膜蒸馏技术联合使用，以垃圾渗滤液为原料液，氯化钠溶液为汲取液，达到污染物浓缩和去除及正渗透长时间稳定运行的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种处理高盐危废垃圾渗滤液系统，包括原料液侧、汲取液测及产水侧，其中所述原料液侧包括原料液罐、第一齿轮泵和正渗透膜组件，所述正渗透膜组件的膜活性层测通过第一齿轮泵及原料输入管道与原料液罐连接、输出端通过原料输出管道与原料液罐连接，所述汲取液测包括汲取液罐、第二齿轮泵、恒温水浴锅、膜蒸馏组件、第一高精度低温恒温槽，所述汲取液罐通过第二齿轮泵及汲取液输出管道与恒温水浴锅连接，所述恒温水浴锅与膜蒸馏组件连接，所述膜蒸馏组件的高温侧排出管与第一高精度低温恒温槽连接，所述第一高精度低温恒温槽与正渗透膜组件的汲取液侧连接，所述正渗透膜组件的汲取液侧输出端与汲取液罐连接，所述产水侧包括产水收集罐、第三齿轮泵和第二高精度低温恒温槽，所述产水收集罐通过第三齿轮泵及产水输出管道与第二高精度低温恒温槽连接，所述第二高精度低温恒温槽与膜蒸馏组件低温侧连接，所述膜蒸馏组件排出管与产水收集罐连接，所述水收集罐及原料液罐分别与控制器连接。

本发明的进一步技术方案是，所述第一齿轮泵将原料液中的污水输入到正渗透膜组件的膜活性层测，由原料输出管道回到原料液罐中。

本发明的又进一步技术方案是，所述原料液罐内的原料液为垃圾渗滤液，所述汲取液罐内的汲取液为浓氯化钠溶液。

本发明的再进一步技术方案是，所述正渗透膜组件可为板式或卷式膜，所述正渗透膜组件内的正渗透膜为聚酰胺正渗透膜或三醋酸纤维素正渗透膜。

本发明的再进一步技术方案是，所述膜蒸馏组件的材质为耐高温材质，所述膜蒸馏组件内的膜蒸馏膜为疏水的微滤膜。

一种所述的一种处理高盐危废垃圾渗滤液系统的使用方法，其中包括以下步骤:

(a)原料液侧：以垃圾渗滤液为原料液，通过第一齿轮泵将原料液中的污水输入到正渗透膜组件的膜活性层测，由排出管回到原料液罐中；

(b)汲取液测：以浓氯化钠溶液作为汲取液，通过第二齿轮泵将汲取液罐中的汲取液送入到置于恒温水浴锅的玻璃盘管中，加热后进入膜蒸馏组件高温侧，再由膜蒸馏组件高温侧的排出管通过第一高精度低温恒温槽冷却后进入汲取液罐中；

(c)产水侧：产水罐中一定量的去离子水作为预加的冷却液通过第三齿轮泵、第二高精度低温恒温槽进入到膜蒸馏组件低温侧，由排出管回到产水罐中，且该过程污水中的污染物质被截留在原料液和汲取液中，正渗透被稀释的汲取液通过膜蒸馏得到浓缩，同时去除污染物并使正渗透稳定持续运行。

本发明的再进一步技术方案是，所述步骤(a)中，所述正渗透膜组件运行方式为正渗透膜活性层朝向原料液侧、汲取液侧朝向汲取液侧。

本发明的再进一步技术方案是，所述步骤(a)中，所述原料液为危险废物填埋场渗滤液。

本发明的更进一步技术方案是，所述原料液、正渗透侧汲取液、膜蒸馏低温侧的产水温度和膜蒸馏高温侧的汲取液温度的的流速应保证正渗透和膜蒸馏的水转移率相对应，且使正渗透膜上低压或无压力作用。

有益效果

与现有技术相比，本发明的优点是：

本发明的高盐危废垃圾渗滤液处理方法是低渗透压的高盐危废渗滤液作为原料液、高渗透压的氯化钠溶液作为汲取液，利用氯化钠溶液与渗滤液的渗透压差作为驱动力使得水能自发地从原料液一侧透过选择透过性膜到达汲取液—侧以实现低能耗下污染物质的截留；正渗透结合操作条件温和理论截留率可达100％的膜蒸馏不仅能提高污染物的去除效率，还解决了单一正渗透工艺汲取液被稀释使工艺无法长时间稳定运行的问题；fo-md连用工艺具有出水水质好、无需外加压力、操作简单等优点，可直接有效处理可生化性较低的高盐危废填埋场高盐渗滤液。

附图说明

图1为本发明利用正渗透和膜蒸馏技术相结合的工艺处理垃圾渗滤液的工艺流程图。

图2为正渗透阶段(fostage)和膜蒸馏阶段(mdstage)水转移率。

图3为15000mg/lcl-原料液中toc、tn、nh4+-n的浓度随时间的变化。

图4为原料液中cl-浓度为15000mg/l时，汲取液中toc、tn、nh4+-n的浓度随时间的变化。

图5为原料液中cl-浓度为15000mg/l时，toc、tn、nh4+-n在fo-md的各阶段的去除率对比。

图6为60000mg/lcl-原料液中toc、tn、nh4+-n的浓度随时间的变化。

图7为原料液中cl-浓度为60000mg/l时，汲取液中toc、tn、nh4+-n的浓度随时间的变化。

图8为原料液中cl-浓度为60000mg/l时，toc、tn、nh4+-n在fo-md的各阶段的去除率对比。

图9为在不同cl-浓度的原料液下，fo-md对hg,as和sb的去除率。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

如图1所示，一种处理高盐危废垃圾渗滤液系统，包括原料液侧、汲取液测及产水侧，其中所述原料液侧包括原料液罐1、第一齿轮泵2和正渗透膜组件3，所述正渗透膜组件3的膜活性层测通过第一齿轮泵2及原料输入管道4与原料液罐1连接、输出端通过原料输出管道5与原料液罐1连接，所述汲取液测包括汲取液罐6、第二齿轮泵7、恒温水浴锅8、膜蒸馏组件9、第一高精度低温恒温槽10，所述汲取液罐6通过第二齿轮泵7及汲取液输出管道与恒温水浴锅8连接，所述恒温水浴锅8与膜蒸馏组件9连接，所述膜蒸馏组件9的高温侧排出管与第一高精度低温恒温槽10连接，所述第一高精度低温恒温槽10与正渗透膜组件3的汲取液侧连接，所述正渗透膜组件3的汲取液侧输出端与汲取液罐6连接，所述产水侧包括产水收集罐11、第三齿轮泵12和第二高精度低温恒温槽13，所述产水收集罐11通过第三齿轮泵12及产水输出管道14与第二高精度低温恒温槽13连接，所述第二高精度低温恒温槽13与膜蒸馏组件9低温侧连接，所述膜蒸馏组件9排出管与产水收集罐11连接，所述水收集罐11及原料液罐1分别与控制器15连接。

所述第一齿轮泵2将原料液中的污水输入到正渗透膜组件的膜活性层测，由原料输出管道5回到原料液罐中。

所述原料液罐1内的原料液为垃圾渗滤液，所述汲取液罐6内的汲取液为浓氯化钠溶液。

所述正渗透膜组件3可为板式或卷式膜，所述正渗透膜组件3内的正渗透膜为聚酰胺正渗透膜或三醋酸纤维素正渗透膜，所述膜蒸馏组件9的材质为耐高温材质，所述膜蒸馏组件9内的膜蒸馏膜为疏水的微滤膜。

一种所述的一种处理高盐危废垃圾渗滤液系统的使用方法，其中包括以下步骤:

(a)原料液侧：以垃圾渗滤液为原料液，通过第一齿轮泵2将原料液中的污水输入到正渗透膜组件3的膜活性层测，由排出管回到原料液罐1中，且正渗透膜组件3运行方式为正渗透膜活性层朝向原料液侧、汲取液侧朝向汲取液侧，所述原料液为危险废物填埋场渗滤液。

(b)汲取液测：以浓氯化钠溶液作为汲取液，通过第二齿轮泵7将汲取液罐6中的汲取液送入到置于恒温水浴锅8的玻璃盘管中，加热后进入膜蒸馏组件9高温侧，再由膜蒸馏组件9高温侧的排出管通过第一高精度低温恒温槽10冷却后进入汲取液罐(6)中；

(c)产水侧：产水罐11中一定量的去离子水作为预加的冷却液通过第三齿轮泵12、第二高精度低温恒温槽13进入到膜蒸馏组件9低温侧，由排出管回到产水罐11中，且该过程污水中的污染物质被截留在原料液和汲取液中，正渗透被稀释的汲取液通过膜蒸馏得到浓缩，同时去除污染物并使正渗透稳定持续运行。

所述原料液、正渗透侧汲取液、膜蒸馏低温侧的产水温度和膜蒸馏高温侧的汲取液温度的的流速应保证正渗透和膜蒸馏的水转移率相对应，且使正渗透膜上低压或无压力作用。

如图1-9所示，本实施例中，采用上海市某危险废物填埋场的渗滤液作为原料液，体积为0.5l，汲取液为4.84m氯化钠溶液，体积为0.5l。

所述正渗透膜组件为平板膜组件，且平板膜组件为由两个相同的亚克力板做成，水流通道长为70mm，宽为30mm，深为3mm，运行方式为活性层朝向原料液侧，支撑层朝向汲取液侧，膜有效面积为21cm²，正渗透膜为美国hti公司的商业化tfc-es膜，原料液流速为0.87l/min，温度为15±0.5℃，汲取液流速为0.31l/min，正渗透测汲取液温度为15±0.5℃，膜蒸馏侧汲取液温度根据正渗透水通量而定，膜蒸馏产水侧流速为0.31l/min，温度为15±0.5℃；所述膜蒸馏组件为平板膜组件，亚克力外壳，膜有效面积21cm²，水流通道长为70mm，宽度为30mm，膜所对凹槽深度3mm，疏水微滤膜是上海某化工科技有限公司的0.45μm孔径的ptfe-pvdf疏水膜。水的传输都使用齿轮泵，恒温水浴锅用来加热汲取液，高精度低温恒温槽用来冷却膜蒸馏产水侧的渗透液和回流至正渗透组件前的汲取液。

原料液和渗透液放置在电子天平上，由电脑记录天平数据并保存用于计算正渗透和膜蒸馏水通量。通过测量原料液、最终产水中的电导率值变化计算盐反混通量和截盐率。

在本实施例的操作工况下，如图2-9所示，当原料液中cl^-浓度为15000mg/l和60000mg/l时，md(膜蒸馏)阶段的热侧最佳温度分别为72.5±0.5℃和62.5±0.5℃，正渗透和膜蒸馏的水转移率基本一致，可维持fo-md(正渗透和膜蒸馏)联合工艺的长时间稳定运行。水通量分别为6.86lmh和4.76lmh。cl^-的去除率高于96％，而toc和tn的去除率高于98％。nh4⁺-n、hg、as和sb被完全去除。结果证明优化的fo-md正渗透和膜蒸馏组合系统适用于处理高盐度有害废水。

表1原料液主要组成