CN116467887A - 用于垃圾渗滤液处理的dtro膜堵塞和污染程度的评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于垃圾渗滤液处理的DTRO膜堵塞和污染程度的评估方法，属于垃圾渗滤液处理技术领域。该评估方法采用DTRO膜归一化膜透水率下降比例(Ri)作为膜堵塞和污染程度的评估指标，划分为3种污染程度，可以去除温度、污泥浓度等因素对膜透水率变化的影响，客观且直接地评估膜透水性能，进而判断膜堵塞和污染程度，为DTRO膜清洗维护方案制定和优化提供依据，有利于科学合理确定膜清洗维护周期，提升膜运行效能，延长膜使用寿命。同时，该方法还设定了将DTRO膜归一化膜透水率下降比例快速增加作为膜发生严重堵塞和不可逆污染的特征指标，实现了有效、准确且快速对膜当前状态的快速评估。

Description

用于垃圾渗滤液处理的DTRO膜堵塞和污染程度的评估方法
技术领域
本发明属于垃圾渗滤液处理技术领域，涉及一种用于垃圾渗滤液处理的DTRO膜堵塞和污染程度的评估方法。
背景技术
垃圾渗滤液成分复杂、污染物浓度高、水质水量变化大，属于高盐、高CODCr废水。为满足排放要求，通常需要采用“预处理+生物处理+深度处理”、“生物处理+深度处理”或“预处理+深度处理”等组合工艺。根据《<生活垃圾填埋场污染控制标准>(征求意见稿)》编制说明》，我国2008年7月1日后建设的渗滤液处理设施共557座，总处理量为40888t/d，其中，采用DTRO膜(RO)工艺的渗滤液处理设施共268座，处理量为22661t/d。RO是渗滤液深度处理的核心工艺，可以有效截留小分子有机物、无机盐，确保渗滤液达标排放。与卷式反渗透相比，碟管式反渗透(DTRO膜)通道宽、流程短、可以形成高速湍流，更适应于垃圾渗滤液处理。
DTRO膜应用过程中存在长期运行膜堵塞和污染造成产水率降低、清洗维护费用高等一系列问题。引起DTRO膜堵塞和污染的物质包括小分子有机物、无机盐、微生物等，这些物质在膜表面或膜孔内附着、沉积、交联，使膜孔径变小、堵塞和发生污染，进而加剧浓差极化，造成膜产水率和过滤性能大幅降低。
膜清洗维护是DTRO膜工艺运行的重要环节，包括物理清洗、化学清洗。目前，海水淡化DTRO膜清洗维护方案主要由工艺技术人员根据膜产品厂家的指导意见，结合原海水进水水质、水量和膜产水量情况进行确定，缺少膜堵塞和污染程度的客观评估方法，无法根据膜堵塞和污染程度精准制定和优化清洗维护方案，造成膜清洗频次过高或过低，清洗效果不佳。因此，建立一种DTRO膜堵塞和污染程度评估方法，用于预测、评估膜堵塞和污染程度，进而精准指导膜清洗维护，对于提升垃圾渗沥液DTRO膜处理效能和保证产水水质具有重要意义。
发明内容
本发明提供了一种用于垃圾渗滤液处理的DTRO膜堵塞和污染程度的评估方法，该方法采用DTRO膜归一化膜透水率下降比例Ri作为膜堵塞和污染程度的评估指标，可客观地直接评估膜的透水性能，进而判断膜堵塞和污染程度，有利于科学合理确定膜清洗维护周期，提升膜运行效能，延长膜使用寿命。
为了达到上述目的，本发明提供了一种用于垃圾渗滤液处理的DTRO膜堵塞和污染程度的评估方法，包括以下步骤：
计算DTRO膜透水率温度归一化系数A、溶解性总固体归一化系数B和化学需氧量归一化系数E；
计算现状DTRO膜实际透水率Li，利用温度归一化系数A溶解性总固体归一化系数B和化学需氧量归一化系数E计算现状DTRO膜归一化膜透水率LinLi×[1+(Ti-20)×A]-1×[1+(Ci-25000)×B]-1×[1+(Ei-1000)×E]-1；
计算一定周期内归一化条件下的标准DTRO膜标准透水率L0a；
计算现状DTRO膜归一化膜透水率Lin与一定周期内的的标准DTRO膜归一化透水率L0a相比的下降比例Ri；
通过Ri值的范围评价DTRO膜堵塞和污染程度。
作为优选，所述DTRO膜透水率温度归一化系数A通过以下方法计算得到：
控制DTRO膜进水溶解性总固体为25000mg/L和化学需氧量为1000mg/L，在5-30℃的温度范围平均取5-8个温度条件，测试DTRO膜在不同温度下的膜通量Ji和跨膜压差ΔPi，计算实际膜透水率Li＝Ji/ΔPi；
以Li为因变量、(Ti-20)为自变量进行线性拟合，得到近似线性拟合公式Li＝L0+L0×(Ti-20)×A，进而计算得到DTRO膜透水率温度归一化系数A单位为℃-1；其中，Ti代表在线仪表采集的温度值，单位为℃；L0为DTRO归一化膜透水率，单位为L·m-2·h-1·KPa-1。
作为优选，所述DTRO膜透水率溶解性总固体归一化系数B通过以下方法计算得到：
控制DTRO膜进水温度为20℃和化学需氧量为1000mg/L，在20000-30000mg/L的溶解性总固体范围平均取5-8个溶解性总固体条件，测试DTRO膜在不同溶解性总固体下的通量Ji和跨膜压差ΔPi，计算实际膜透水率Li；
以Li为因变量、(Ci-25000)为自变量进行线性拟合，得到近似线性拟合公式Li＝L0+L0×(Ci-25000)×B，进而计算得到DTRO膜透水率溶解性总固体归一化系数B，单位为L/mg；
其中，Ci代表在线仪表采集的溶解性总固体值，单位为mg/L；L0为DTRO归一化膜透水率，单位为L·m-2·h-1·KPa-1。
作为优选，所述化学需氧量归一化系数E通过以下方法计算得到：
控制DTRO膜进水温度为20℃和溶解性总固体为25000mg/L，在500-2000mg/L的化学需氧量范围平均取5-8个化学需氧量条件，测试DTRO膜在不同化学需氧量下的通量Ji和跨膜压差ΔPi，计算实际膜透水率Li；
以Li为因变量、(Ei-1000)为自变量进行线性拟合，得到近似线性拟合公式Li＝L0+L0×(Ei-1000)×E，进而计算得到DTRO膜透水率化学需氧量归一化系数E，单位为L/mg；
其中，Ei代表在线仪表采集的化学需氧量值，单位为mg/L；L0为DTRO归一化膜透水率，单位为L·m-2·h-1·KPa-1。
作为优选，一定周期内归一化条件下DTRO膜标准透水率L0a具体为一定周期每次恢复性化学清洗后的DTRO归一化膜透水率L0的平均值；
所述一定周期为2-3个月。
作为优选，DTRO膜归一化膜透水率L0通过以下方法计算得到：
以DTRO膜进水温度20℃、溶解性总固体25000mg/L、化学需氧量1000mg/L为归一化条件，测得DTRO膜归一化膜透水率为L0＝J0/ΔP0。
其中，J0、ΔP0分别代表每次恢复性化学清洗后测量得到的膜通量和跨膜压差，且只有每次清洗后的归一化膜透水率的平均值才能代表DTRO膜未污染和堵塞前的性能。
作为优选，现状DTRO膜归一化膜透水率下降比例Ri计算公式如下：
Ri＝(L0a-Lin)/L0a×100％。
作为优选，通过Ri值的范围评价DTRO膜堵塞和污染程度具体为：
当Ri≤10％，为DTRO膜轻度堵塞和污染；
当10％<Ri≤20％，为DTRO膜中度堵塞和污染；
当Ri>20％，为DTRO膜重度堵塞和污染。
作为优选，在通过Ri值的范围评价DTRO膜堵塞和污染程度之前，还包括判断膜是否已发生断裂或破损的步骤。
作为优选，判断膜是否已发生断裂或破损的步骤具体为：
当DTRO膜通量Ji>Jmax或跨膜压差ΔPi<ΔPmin时，判断膜已发生断裂或破损。
作为优选，当DTRO膜已发生断裂或破损，应及时修补膜丝；DTRO膜处于轻度堵塞和污染状态，应定期反洗和气洗；DTRO膜处于轻度堵塞和污染状态，应进行维护性化学清洗；DTRO膜处于重度堵塞和污染状态，应进行恢复性化学清洗；当一段时间内DTRO膜归一化膜透水率下降比例快速增加(Ri/t数值急剧增加)时，膜可能发生严重堵塞和不可逆污染，应调整优化清洗方案(包括清洗时间、药剂种类、浓度等)。
当然，作为进一步优选，还可以将DTRO膜归一化膜透水率下降比例快速增加Ri/t作为膜发生严重堵塞和不可逆污染的特征指标，具体的，通过比较当前一段时间DTRO膜的Ri/t与历史积累数据的DTRO膜的Ri/t，如果发现现状Ri/t急剧增加，则表明清洗后的DTRO膜迅速被污染和堵塞，发生了不可逆污染。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1、本发明提供的专用于垃圾渗滤液处理的DTRO膜堵塞和污染程度的评估方法采用DTRO膜归一化膜透水率下降比例(Ri)作为膜堵塞和污染程度的评估指标，设定边界条件划分为3种污染程度，可以去除温度、污泥浓度等因素对膜透水率变化的影响，客观且直接地评估膜透水性能，进而判断膜堵塞和污染程度，为DTRO膜清洗维护方案制定和优化提供依据，有利于科学合理确定膜清洗维护周期，提升膜运行效能，延长膜使用寿命。
2、本发明提供的评估方法设定了将DTRO膜归一化膜透水率下降比例快速增加作为膜发生严重堵塞和不可逆污染的特征指标，实现了有效、准确且快速对膜当前状态的快速评估。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的碟管式DTRO膜元件照片。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
某垃圾渗滤液处理项目规模为1000立方米/日，采用两级硝化反硝化+MBR(膜生物反应器)+DTRO膜工艺，DTRO膜功能层材质为芳香族聚酰胺，膜孔径为0.1nm，属于碟管式DTRO膜，设计膜通量为5-12L·m-2·h-1，跨膜压差50-150KPa。
在近3个月周期内，在20℃、溶解性总固体25000mg/L、化学需氧量1000mg/L条件下，测试DTRO膜化学强化清洗后的膜通量(J0)和跨膜压差(ΔP0)，RO膜透水率L0＝J0/ΔP0，RO膜标准透水率L0a为近3个月周期内L0的平均值，L0a＝0.0825L·m-2·h-1·KPa-1。
计算DTRO膜透水率温度归一化系数A
控制DTRO膜进水溶解性总固体和化学需氧量一致(选择Ci＝25000mg/L、Ei＝1000mg/L)，在5-30℃的温度范围平均取5-8个温度条件(8℃、12℃、16℃、20℃、24℃)，测试DTRO膜在不同温度下的膜通量Ji和跨膜压差ΔPi，计算实际膜透水率Li＝Ji/ΔPi；
以Li为因变量、(Ti-20)为自变量进行线性拟合，得到近似线性拟合公式Li＝0.0825+0.0825×(Ti-20)×0.0106，进而计算得到DTRO膜透水率温度归一化系数A＝0.0106℃-1。
计算DTRO膜透水率溶解性总固体归一化系数B
控制DTRO膜进水温度和化学需氧量一致(选择Ti＝20℃、Ei＝1000mg/L)，在20000-30000mg/L的溶解性总固体范围平均取5-8个溶解性总固体条件(21000mg/L、23000mg/L、25000mg/L、27000mg/L、29000mg/L)，测试DTRO膜在不同溶解性总固体下的通量Ji和跨膜压差ΔPi，计算实际膜透水率Li；
以Li为因变量、(Ci-25000)为自变量进行线性拟合，得到近似线性拟合公式Li＝0.0825+0.0825×(Ci-25000)×(-0.000032)，进而计算得到DTRO膜透水率溶解性总固体归一化系数B＝-0.000032L/mg。
计算DTRO膜化学需氧量归一化系数E
控制DTRO膜进水温度和溶解性总固体一致(选择Ti＝20℃、Ci＝25000mg/L)，在500-2000mg/L的化学需氧量范围平均取5-8个化学需氧量条件(600mg/L、900mg/L、1200mg/L、1500mg/L、1800mg/L)，测试DTRO膜在不同化学需氧量下的通量Ji和跨膜压差ΔPi，计算实际膜透水率Li；
以Li为因变量、(Ei-1000)为自变量进行线性拟合，得到近似线性拟合公式Li＝0.0825+0.0825×(Ei-1000)×(-0.00015)，进而计算得到DTRO膜透水率化学需氧量归一化系数E＝-0.00015L/mg。
在线采集运行参数
通过在线监测设备，在线采集DTRO膜进水水温(Ti)、溶解性总固体(Ci)、化学需氧量(Ei)和膜通量(Ji)、跨膜压差(ΔPi)等运行数据。现状DTRO膜进水Ti＝15.2℃、Ci＝22700mg/L、Ei＝950mg/L、Ji＝6.8L·m-2·h-1、ΔPi＝95Kpa。
在上述获得DTRO膜通量Ji和跨膜压差ΔPi后，可先快速进行膜完整性测试，判断是否发生断裂或破损，判断标准为DTRO膜通量Ji>Jmax或跨膜压差ΔPi<ΔPmin。结合实际情况，即DTRO膜通量Ji<12L·m-2·h-1且跨膜压差ΔPi>50KPa，膜完整性良好，可继续进行评估堵塞和污染程度。
计算现状DTRO膜归一化膜透水率Lin
将Ti＝15.2℃、Ci＝22700mg/L、Ei＝950mg/L、Ji＝6.8L·m-2·h-1、ΔPi＝95KPa带入DTRO膜归一化膜透水率公式，如下：
Li×[1+(Ti-20)×A]-1×[1+(Ci-25000)×B]-1×[1+(Ei-1000)×E]-1＝
(6.8/95)×[1+(15.2-20)×0.0106]-1×[1+(22700-30000)×(-0.000032)]-1×[1+(950-1000)×-0.00015]-1＝0.0697L·m-2·h-1·KPa-1。
计算现状DTRO膜归一化膜透水率下降比例
Ri＝(L0a-Lin)/L0a×100％＝(0.0825-0.0697)/0.0825×100％＝15.48％。
结合DTRO膜堵塞和污染程度评判标准(标准如下：当Ri≤10％，为DTRO膜轻度堵塞和污染；当10％<Ri≤20％，为DTRO膜中度堵塞和污染；当Ri>20％，为DTRO膜重度堵塞和污染；当DTRO膜归一化膜透水率下降比例快速增加(Ri/t数值急剧增加)时，为重度堵塞和污染)可知，实施例1所提供的DTRO膜目前为中度堵塞和污染状态，应及时进行维护性化学清洗。结合图1所示的DTRO膜元件和膜片照片可以看出，膜元件进水测和膜表面覆盖了一定量的深褐色污染物。
由上可知，本申请所提供的DTRO膜堵塞和污染程度评估方法以及相应评判标准，可客观地直接评估膜的透水性能，准确获知当前DTRO膜的堵塞和污染程度，有利于科学合理确定膜清洗维护周期，提升膜运行效能，延长膜使用寿命，图1为此也提供了相应的佐证，可见该方法确实客观、准确、高效。

Claims (10)

1.用于垃圾渗滤液处理的DTRO膜堵塞和污染程度的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
计算DTRO膜透水率温度归一化系数A、溶解性总固体归一化系数B和化学需氧量归一化系数E；
计算现状DTRO膜实际透水率Li，利用温度归一化系数A溶解性总固体归一化系数B和化学需氧量归一化系数E计算现状DTRO膜归一化膜透水率LinLi×[1+(Ti-20)×A]-1×[1+(Ci-25000)×B]-1×[1+(Ei-1000)×E]-1；
计算一定周期内归一化条件下的标准DTRO膜标准透水率L0a；
计算现状DTRO膜归一化膜透水率Lin与一定周期内的的标准DTRO膜归一化透水率L0a相比的下降比例Ri；
通过Ri值的范围评价DTRO膜堵塞和污染程度。
2.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，所述DTRO膜透水率温度归一化系数A通过以下方法计算得到：
控制DTRO膜进水溶解性总固体为25000mg/L和化学需氧量为1000mg/L，在5-30℃的温度范围平均取5-8个温度条件，测试DTRO膜在不同温度下的膜通量Ji和跨膜压差ΔPi，计算实际膜透水率Li＝Ji/ΔPi；
以Li为因变量、(Ti-20)为自变量进行线性拟合，得到近似线性拟合公式Li＝L0+L0×(Ti-20)×A，进而计算得到DTRO膜透水率温度归一化系数A单位为℃-1；其中，Ti代表在线仪表采集的温度值，单位为℃；L0为DTRO归一化膜透水率，单位为L·m-2·h-1·KPa-1。
3.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，所述DTRO膜透水率溶解性总固体归一化系数B通过以下方法计算得到：
控制DTRO膜进水温度为20℃和化学需氧量为1000mg/L，在20000-30000mg/L的溶解性总固体范围平均取5-8个溶解性总固体条件，测试DTRO膜在不同溶解性总固体下的通量Ji和跨膜压差ΔPi，计算实际膜透水率Li；
以Li为因变量、(Ci-25000)为自变量进行线性拟合，得到近似线性拟合公式Li＝L0+L0×(Ci-25000)×B，进而计算得到DTRO膜透水率溶解性总固体归一化系数B，单位为L/mg；
其中，Ci代表在线仪表采集的溶解性总固体值，单位为mg/L；L0为DTRO归一化膜透水率，单位为L·m-2·h-1·KPa-1。
4.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，所述化学需氧量归一化系数E通过以下方法计算得到：
控制DTRO膜进水温度为20℃和溶解性总固体为25000mg/L，在500-2000mg/L的化学需氧量范围平均取5-8个化学需氧量条件，测试DTRO膜在不同化学需氧量下的通量Ji和跨膜压差ΔPi，计算实际膜透水率Li；
以Li为因变量、(Ei-1000)为自变量进行线性拟合，得到近似线性拟合公式Li＝L0+L0×(Ei-1000)×E，进而计算得到DTRO膜透水率化学需氧量归一化系数E，单位为L/mg；
其中，Ei代表在线仪表采集的化学需氧量值，单位为mg/L；L0为DTRO归一化膜透水率，单位为L·m-2·h-1·KPa-1。
5.根据权利要求2-4任一项所述的评估方法，其特征在于，一定周期内归一化条件下DTRO膜标准透水率L0a具体为一定周期每次恢复性化学清洗后的DTRO归一化膜透水率L0的平均值；
所述一定周期为2-3个月。
6.根据权利要求5所述的评估方法，其特征在于，DTRO膜归一化膜透水率L0通过以下方法计算得到：
以DTRO膜进水温度20℃、溶解性总固体25000mg/L、化学需氧量1000mg/L为归一化条件，测得DTRO膜归一化膜透水率为L0＝J0/ΔP0。
7.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，DTRO膜归一化膜透水率下降比例Ri计算公式如下：
Ri＝(L0a-Lin)/L0a×100％。
8.根据权利要求7所述的评估方法，其特征在于，通过Ri值的范围评价DTRO膜堵塞和污染程度具体为：
当Ri≤10％，为DTRO膜轻度堵塞和污染；
当10％<Ri≤20％，为DTRO膜中度堵塞和污染；
当Ri>20％，为DTRO膜重度堵塞和污染。
9.根据权利要求8所述的评估方法，其特征在于，在通过Ri值的范围评价DTRO膜堵塞和污染程度之前，还包括判断膜是否已发生断裂或破损的步骤。
10.根据权利要求9所述的评估方法，其特征在于，判断膜是否已发生断裂或破损的步骤具体为：
当DTRO膜通量Ji>Jmax或跨膜压差ΔPi<ΔPmin时，判断膜已发生断裂或破损。
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