CN110255757A - 一种用于垃圾渗滤液mbr-ro浓缩液除硬的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于垃圾渗滤液MBR‑RO浓缩液除硬的方法，包括以下步骤：S1：在RO浓缩液中通入空气，以曝气速率为0～200L/L/h进行曝气预处理得到处理液；S2：将处理液进行沉降，在处理液的上清液中加入氢氧化钙或氧化钙充分搅拌后将反应体系的pH值调节至9～9.8，静置一段时间后得到反应液；以及S3：将反应液泵入超滤膜进行过滤得到透过液，并将透过液进行后续处理。通过曝气处理以及化学除硬之后使得反应液生成碳酸钙和氢氧化镁的共沉淀吸附体系，并且有效降低RO浓缩液中的钙离子和镁离子含量，并且加药量少、成本低、对硬度的去除率更高。

Description

一种用于垃圾渗滤液MBR-RO浓缩液除硬的方法及装置
技术领域
本发明属于溶液处理设备，具体涉及一种用于垃圾渗滤液MBR-RO浓缩液除硬的方法及装置。
背景技术
近年来，膜分离处理技术已经在国内渗滤液处理过程中得到广泛应用，当前国内垃圾渗滤液项目主要采用MBR-RO的处理工艺，但反渗透在运行过程中不断产生的RO浓缩液成为垃圾渗滤液处理工程中难以解决的问题。垃圾渗滤液经过MBR-RO工艺处理后的浓缩液具有成分复杂、有机物浓度高、硬度高等特点，目前对于膜浓缩液的处理普遍采用回灌填埋场、高级氧化或蒸发进行处理。RO浓缩液长期回灌势必会造成渗滤液中盐分累积，从而会影响垃圾渗滤液处理系统的稳定运行，甚至造成系统瘫痪，使得膜系统回收率严重下降。而高级氧化，虽然能够降解浓缩液中的部分有机物，但是对于氨氮和盐分没办法处理，因此也存在一定的局限性。蒸发技术在化工分盐领域已经成功应用多年，但是在垃圾渗滤液膜浓缩液的应用过程中存在比较大的难题，RO浓缩液中的硬度偏高，容易导致蒸发器结垢，清洗难，随着渗滤液“趋零排放”目标的提出，寻求经济、有效的垃圾渗滤液RO浓缩液的软化预处理工艺，为后续“零排放”奠定基础，是现阶段十分迫切的任务。
在现有技术中针对渗滤液的软化除硬处理经常采用化学软化除硬的方式，在公开号为CN104787929A的专利提供了一种垃圾渗滤液浓缩液的处理方法及装置，除硬过程中加入大量的碱，将pH值调节到11以上，使钙离子和镁离子进行反应生成碳酸钙、碳酸镁或氢氧化镁沉淀。虽然具有一定的除硬效果，但是同时伴随着一些问题，比如加药稳定性差、加药量偏大、处理成本高、硬度去除率低等。这些问题严重影响了RO浓缩液处理后续工艺的运行，阻碍了渗滤液“趋零排放”处理技术的应用与推广。
发明内容
针对以上问题，本申请的发明人进行了广泛的研究和调查，并且发现一个现象：经过MBR工艺处理的垃圾渗滤液RO浓缩液的碱度约为钙离子或镁离子浓度的10倍左右，例如经过RO膜浓缩后的浓缩液一般钙离子浓度为500-1200mg/L左右，镁离子浓度为500-1000mg/L左右，总碱度为5000-10000mg/L左右，而且碱度大部分是由碳酸氢根离子和碳酸根离子组成。针对垃圾渗滤液RO浓缩液存在的这一水质特点，本申请人创新性地提出了一种用于垃圾渗滤液MBR-RO浓缩液除硬的方法及装置来解决上述存在的问题。
第一方面，本申请的实施例提供了一种用于垃圾渗滤液MBR-RO浓缩液除硬的方法，包括以下步骤：
S1：在RO浓缩液中通入空气，以曝气速率为0～200L/L/h进行曝气预处理得到处理液；
S2：将处理液进行沉降，在处理液的上清液中加入氢氧化钙或氧化钙充分搅拌后将反应体系的pH值调节至9～9.8，静置一段时间后得到反应液；以及
S3：将反应液泵入超滤膜进行过滤得到透过液，并将透过液进行后续处理。
在一些实施例中，步骤S1中的曝气速率为100～200L/L/h。通过曝气预处理以吹脱RO浓缩液中的CO2，在此曝气速率下处理后获得的处理液中钙离子浓度显著降低。
在一些实施例中，步骤S2的反应体系的pH值调节至9.5。反应体系的pH值在9.5时反应液中钙离子和镁离子浓度的去除率最高。
在一些实施例中，步骤S3还包括将超滤膜过滤得到的浓缩液回流至处理液进行沉降。超滤过后的浓缩液可以循环回处理液中继续沉淀。
在一些实施例中，步骤S3的后续处理包括蒸发、电渗析和高压膜浓缩中的一种或多种。经过曝气沉淀与加药混凝沉淀结合的软化预处理后的透过液再进行后续处理不会对后续处理设备造成不良的影响，并且有利于后续处理的效率和产率。
第二方面，本申请的实施例提供了一种用于垃圾渗滤液MBR-RO浓缩液除硬的装置，包括曝气处理单元、化学除硬单元、超滤单元和后续处理单元，曝气处理单元包括曝气池、风机和第一沉淀池，化学除硬单元包括化学除硬池和第二沉淀池，RO浓缩液泵入曝气池，风机与曝气池的下端连接，曝气池的底部与第一沉淀池连接，曝气池的上端连接化学除硬池，化学除硬池的底部与第二沉淀池连接，化学除硬池的上端连接超滤单元，超滤单元的产水进入后续处理单元，超滤单元的浓水进入第二沉淀池。
在一些实施例中，曝气池与风机之间连接有气体流量计，化学除硬池的内侧设有pH测量仪。通过气体流量计可以准确监控曝气池的曝气速率，通过pH测量仪可以精确监控化学除硬池内的pH值。
在一些实施例中，空气通过风机进入曝气池，并通过气体流量计监控曝气速率为0～200L/L/h。曝气速率的调控可以有效控制RO浓缩液中钙离子的去除率。
在一些实施例中，通过pH测量仪监控化学除硬池中的pH值调节至9～9.8。调节化学除硬池中的pH值大小可以有效控制反应液中钙离子和镁离子的去除率。
在一些实施例中，后续处理单元包括蒸发器、电渗析装置和高压膜浓缩装置中的一种或多种。
本申请提供了一种用于垃圾渗滤液MBR-RO浓缩液除硬的方法和装置，通过在RO浓缩液中通入空气，以曝气速率为0～200L/L/h进行曝气预处理得到处理液；将处理液进行沉降，在处理液的上清液中加入氢氧化钙或氧化钙充分搅拌后将反应体系的pH值调节至9～9.8，静置一段时间后得到反应液；以及将反应液泵入超滤膜进行过滤得到透过液，并将透过液进行后续处理。经过曝气沉淀与加药混凝沉淀结合的预处理过程之后使得反应液生成碳酸钙和氢氧化镁的共沉淀吸附体系，并且有效脱除RO浓缩液的硬度，工艺简单、处理效率高、加药量少而且成本低，可实现RO浓缩液的软化预处理，为后续浓缩液减量和“零排放”打下基础。
附图说明
包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。
图1是本发明的实施例的用于垃圾渗滤液MBR-RO浓缩液除硬的方法的工艺流程图；
图2是本发明的实施例的用于垃圾渗滤液MBR-RO浓缩液除硬的装置示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将结合附图1对本发明作详细的介绍，本发明的一个实施例提出了一种用于垃圾渗滤液MBR-RO浓缩液除硬的方法，包括以下步骤：
S1：在RO浓缩液中通入空气，以曝气速率为0～200L/L/h进行曝气预处理得到处理液。
在本实施例中，利用空气与浓缩液充分混合，来吹脱RO浓缩液中的CO2，由于CO2不断被吹脱导致水中的碳酸平衡体系不断向生成CO3 2-的方向进行：
2HCO3 -→CO3 2-+CO2+H2O；
同时，垃圾渗滤液经过MBR-RO工艺产生的浓缩液具有相对较高的碱度，即存在大量的碳酸氢根离子或碳酸根离子，因此针对垃圾渗滤液MBR-RO浓缩液进行曝气处理更加能够促进浓缩液中的钙离子与碳酸根离子反应生成碳酸钙沉淀，具体发生的反应为：
HCO3 -+OH-→CO3 2-+H2O、CO3 2-+Ca2+→CaCO3↓。
在室温下Ksp(CaCO3)＝2.8*10^-9，Ksp(MgCO3)＝7*10^-6，由此可以看出碳酸钙的沉淀平衡常数远小于碳酸镁，因此在曝气处理过程中最先生成的是碳酸钙，最主要降低的是钙离子浓度。在此过程中没有引入任何化学药剂，可以在降低药剂成本的同时，有效的降低水中的钙硬，但是镁硬还没办法去除。
S2：将处理液进行沉降，在处理液的上清液中加入氢氧化钙或氧化钙充分搅拌后将反应体系的pH值调节至9～9.8，静置一段时间后得到反应液。这使得反应液产生碳酸钙和氢氧化镁的共沉淀吸附。
在本实施例中，将处理液中的碳酸钙沉淀进行沉降处理，在处理液的上清液中加入氢氧化钙或氧化钙可以使上清液中pH值升高，OH-增多，这样既能促进Mg2+与OH-发生沉淀反应。上清液中同样具有相对较高的碱度，含有大量的碳酸氢根离子或碳酸根离子，加入氢氧化钙或氧化钙又能使水中的H2CO3、CO2、HCO3 -不断向转化成CO3 2-的方向进行，从而促进CO3 2-与Ca2+发生沉淀反应。而在形成碳酸钙的同时，由于碳酸钙沉淀的比表面积比较大，容易对微量的氢氧化镁形成共沉淀吸附，并有效促进氢氧化镁沉淀的形成，从而在pH值不需要太高的条件下，就能有效的将上清液中的镁离子有效去除，达到有效除镁硬的同时降低药剂的消耗量，具体发生的反应为：Mg2++2OH-→Mg(OH)2↓、CO2+OH-→HCO3 -、CO2+H2O→H2CO3、H2CO3+OH-→HCO3 -+H2O、HCO3 -+OH-→CO32-+H2O、CO3 2-+Ca2+→CaCO3↓。
在反应液产生的沉淀物中加盐酸，溶解产生气泡可以鉴定生成的沉淀物中存在碳酸钙，而且水中的钙离子浓度是降低的；另外对加盐酸溶解后的沉淀物质，通过滴加氢氧化钠，可以形成白色沉淀，判断是有氢氧化镁。而且对用盐酸溶解的沉淀物进行钙镁离子检测，主要就是钙离子和镁离子，由此可以确定最后反应液生成的沉淀物是碳酸钙和氢氧化镁。因此，反应液中生成了碳酸钙和氢氧化镁共沉淀吸附体系，可以通过加入相对少量的药剂有效降低RO浓缩液中的钙离子和镁离子浓度，有效去除RO浓缩液的硬度。
S3：将反应液泵入超滤膜进行过滤得到透过液，并将透过液进行后续处理。
在本实施例中，还可以将超滤膜过滤得到的浓缩液回流至处理液进行沉降。并且可以将透过液进行后续处理，包括蒸发、电渗析和高压膜浓缩中的一种或多种。经过曝气沉淀与加药混凝沉淀结合的软化预处理后的透过液的钙离子和镁离子都得到再进行后续处理不会对后续处理设备造成不良的影响，并且有利于后续处理的效率和产率。
实施例一
以某垃圾填埋场渗滤液RO浓缩液为例，将步骤S1中曝气池中的曝气速率分别设置为0、20、50、100、150、200L/L/h，分别取在这几个曝气速率下处理后的处理液测量钙离子和镁离子的含量如表1所示：
表1
曝气速率(L/L/h) 钙离子(mg/L) 镁离子(mg/L)
0 526.1 571.8
20 436.1 561.7
50 405.6 531.9
100 305.5 527.2
150 241.5 521.9
200 219.6 521.8
注：曝气速率的单位L/L/h表示每小时曝气量与进水量的比值
由上表可以看出，当曝气速率逐渐增大，钙离子含量逐渐降低，镁离子含量降低得并不明新。当曝气池中的曝气速率在100～200L/L/h范围内，处理液中钙离子含量显著降低，镁离子含量降低的幅度并不多。当曝气池中的曝气速率在200L/L/h时，处理液中钙离子含量降到最低219.6mg/L，此时除钙硬的效果最好。
实施例二
取某垃圾渗滤液RO浓缩液，其水质为：pH＝7.96，钙离子：526.14mg/L，镁离子：571.8mg/L，总碱度为9000mg/L。将RO浓缩液进行曝气处理，曝气速率设置为200L/L/h，然后再将曝气后的上清液进行化学除硬，通过加入石灰乳进行调节pH，分别控制pH值为9、9.5、9.8，反应1h后将上清液进行超滤处理，将泥水进行分离，分离后的透过液直接调节pH后进入后续处理。其中原水、曝气后处理液、化学除硬后的反应液的钙离子和镁离子含量如表2所示：
表2
钙离子(mg/L) 镁离子(mg/L)
原水 526.1 571.8
预曝气后 219.2 521.8
曝气后调节pH＝9 60.2 109.3
曝气后加调节pH＝9.5 13.1 2.1
曝气后加调节pH＝9.8 105.1 8.8
由上表可以看出：对曝气处理后的处理液检测水质：钙离子：219.2mg/L，镁离子：521.8mg/L，说明曝气预处理能够有效的降低RO浓缩液的钙离子，但对镁离子没有明显的去除效果。加入石灰乳调节pH值为9时，反应液中的钙离子和镁离子可以得到显著降低。当加入石灰乳调节pH值为9.5时，反应液中的水质中钙离子含量降低到13.1mg/L，镁离子含量降低到2.1mg/L，说明经过“预曝气+化学除硬”工艺处理后，在降低加药成本的同时可以有效的降低RO浓缩液中的总硬。当加入石灰乳调节pH值为9.8时，加入的石灰乳更多，导致反应液中钙离子浓度又有所增加。因此可以看出当调节pH值为9.5时可以有效去除钙离子和镁离子。
此方法相比其他纯加药方式，节省处理药剂成本，而且对于硬度的去除率更高，能够有效保证后续工艺稳定运行。在化学除硬过程中加入氢氧化钙或氧化钙，与氢氧化钠等强碱相比单价低，加入量少，除硬效果好。而且氢氧化钠等强碱在工业处理后产生的废液或废气处理难度大，容易造成二次污染，氢氧化钙或氧化钙则不会产生二次污染。
如图2所示，本申请的另外一个实施例提供了一种用于垃圾渗滤液MBR-RO浓缩液除硬的装置，包括曝气处理单元1、化学除硬单元2、超滤单元3和后续处理单元4，曝气处理单元1包括曝气池11、风机12和第一沉淀池13，化学除硬单元2包括化学除硬池21和第二沉淀池22，RO浓缩液泵入曝气池11，风机12与曝气池11的下端连接，曝气池11的底部与第一沉淀池13连接，曝气池11的上端连接化学除硬池21，化学除硬池21的底部与第二沉淀池22连接，化学除硬池21的上端连接超滤单元3，超滤单3的产水进入后续处理单元4，超滤单元3的浓水进入第二沉淀池22。
在本实施例中，曝气池11与风机13之间连接有气体流量计14，通过气体流量计14可以准确控制风机12的鼓风速度，便于监控曝气池11的曝气速率。空气通过风机13进入曝气池11，并通过气体流量计14监控曝气速率为0～200L/L/h。曝气速率的调控可以有效控制RO浓缩液中钙离子的去除率。
化学除硬池21的内侧设有pH测量仪23，化学除硬池21的上方设置有药剂桶24，石灰乳通过药剂桶24投放进入化学除硬池，并通过pH测量仪23可以精确监控化学除硬池21内的pH值，精确控制石灰乳的投放量，将化学除硬池21中的pH值调节至9～9.8。调节化学除硬池21中的pH值大小可以有效控制反应液中钙离子和镁离子的去除率。
在本实施例中，后续处理单元4包括蒸发器、电渗析装置和高压膜浓缩装置中的一种或多种。
本申请提供了一种用于垃圾渗滤液MBR-RO浓缩液除硬的方法和装置，通过在RO浓缩液中通入空气，以曝气速率为0～200L/L/h进行曝气预处理得到处理液；将处理液进行沉降，在处理液的上清液中加入氢氧化钙或氧化钙充分搅拌后将反应体系的pH值调节至9～9.8，静置一段时间后得到反应液；以及将反应液泵入超滤膜进行过滤得到透过液，并将透过液进行后续处理。经过曝气沉淀与加药混凝沉淀结合的预处理过程之后可以有效脱除RO浓缩液的硬度，工艺简单、处理效率高、加药量少而且成本低，可实现RO浓缩液的软化预处理，为后续浓缩液减量和“零排放”打下基础。
虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于垃圾渗滤液MBR-RO浓缩液除硬的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在RO浓缩液中通入空气，以曝气速率为0～200L/L/h进行曝气预处理得到处理液；
S2：将所述处理液进行沉降，在所述处理液的上清液中加入氢氧化钙或氧化钙充分搅拌后将反应体系的pH值调节至9～9.8，静置一段时间后得到反应液；以及
S3：将所述反应液泵入超滤膜进行过滤得到透过液，并将所述透过液进行后续处理。
2.根据权利要求1所述的用于垃圾渗滤液MBR-RO浓缩液除硬的方法，其特征在于，所述步骤S1中的所述曝气速率为100～200L/L/h。
3.根据权利要求1所述的用于垃圾渗滤液MBR-RO浓缩液除硬的方法，其特征在于，所述步骤S2的所述反应体系的pH值调节至9.5。
4.根据权利要求1所述的用于垃圾渗滤液MBR-RO浓缩液除硬的方法，其特征在于，所述步骤S3还包括将所述超滤膜过滤得到的浓缩液回流至所述处理液进行沉降。
5.根据权利要求1所述的用于垃圾渗滤液MBR-RO浓缩液除硬的方法，其特征在于，所述步骤S3的所述后续处理包括蒸发、电渗析和高压膜浓缩中的一种或多种。
6.一种用于垃圾渗滤液MBR-RO浓缩液除硬的装置，其特征在于，包括曝气处理单元、化学除硬单元、超滤单元和后续处理单元，所述曝气处理单元包括曝气池、风机和第一沉淀池，所述化学除硬单元包括化学除硬池和第二沉淀池，RO浓缩液泵入所述曝气池，所述风机与所述曝气池的下端连接，所述曝气池的底部与所述第一沉淀池连接，所述曝气池的上端连接所述化学除硬池，所述化学除硬池的底部与所述第二沉淀池连接，所述化学除硬池的上端连接所述超滤单元，所述超滤单元的产水进入所述后续处理单元，所述超滤单元的浓水进入所述第二沉淀池。
7.根据权利要求6所述的用于垃圾渗滤液MBR-RO浓缩液除硬的装置，其特征在于，所述曝气池与所述风机之间连接有气体流量计，所述化学除硬池的内侧设有pH测量仪。
8.根据权利要求7所述的用于垃圾渗滤液MBR-RO浓缩液除硬的装置，其特征在于，空气通过所述风机进入所述曝气池，并通过所述气体流量计监控曝气速率为0～200L/L/h。
9.根据权利要求7所述的用于垃圾渗滤液MBR-RO浓缩液除硬的装置，其特征在于，通过所述pH测量仪监控所述化学除硬池中的pH值调节至9～9.8。
10.根据权利要求6所述的用于垃圾渗滤液MBR-RO浓缩液除硬的装置，其特征在于，所述后续处理单元包括蒸发器、电渗析装置和高压膜浓缩装置中的一种或多种。
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