印染廢水深度處理超濾/反滲透雙膜法工藝

　　紡織印染業(yè)是我國(guó)排放廢水量較大的工業(yè)行業(yè)。印染廢水的水質(zhì)特點(diǎn)為高色度、高化學(xué)需氧量、高pH、高鹽度、高硬度、低可生化性等，其有機(jī)污染負(fù)荷大，是一類難處理的工業(yè)廢水。在水資源日益匱乏、環(huán)保要求日益嚴(yán)格的形勢(shì)下，提高水回用率、減少新鮮水使用、降低廢水排放量勢(shì)在必行。常見(jiàn)的印染廢水處理方法主要有物理化學(xué)法、化學(xué)法和生物法。在實(shí)際應(yīng)用中，由于印染廢水水質(zhì)復(fù)雜，使用單一處理方法通常很難獲得理想的處理效果，因此，印染廢水處理常采用多種技術(shù)的組合，以取得最佳凈化效果。盡管如此，目前印染廢水的出水水質(zhì)仍難達(dá)到廢水排放標(biāo)準(zhǔn)和滿足回用要求。膜技術(shù)是新近迅速崛起的一項(xiàng)高新技術(shù)。先進(jìn)的膜技術(shù)產(chǎn)水水質(zhì)好，能直接回用于印染環(huán)節(jié)。近年來(lái)，以膜生物反應(yīng)器(MBR)、超濾(UF)、反滲透(RO)為深度處理核心路線的膜法水處理技術(shù)日益得到推廣應(yīng)用。

　　選擇UF/RO雙膜法，以印染廢水厭氧/好氧(A/O)工藝的二沉池出水為研究對(duì)象，進(jìn)行膜工藝參數(shù)優(yōu)化和污染物去除研究，旨在為膜設(shè)備在印染行業(yè)的應(yīng)用與推廣提供借鑒與參考。

　　1、材料與方法

　　1.1 材料

　　超濾膜，聚偏氟乙烯(PVDF)材質(zhì)，1.2m3?h-1，BW400-FR反滲透膜，美國(guó)陶氏(DOW)。

　　1.2 印染廢水

　　試驗(yàn)用水系紹興某染整有限公司A/O工藝的二沉池出水。水質(zhì)指標(biāo)如下：溫度23~26℃，pH值6.8~9.5，色度32倍，濁度5.93NTU，全鹽量2.53×103mg?L-1，懸浮物(SS)含量12mg?L-1，化學(xué)需氧量(CODCr)219mg?L-1，總氮(TN)含量8.14mg?L-1，總磷(TP)含量0.383mg?L-1，氨氮含量2.79mg?L-1。

　　1.3 膜集成設(shè)備

　　膜系統(tǒng)集成在一個(gè)機(jī)架當(dāng)中，分為超濾系統(tǒng)和反滲透系統(tǒng)2個(gè)子體系。各子體系可以單獨(dú)運(yùn)行，亦可同時(shí)連續(xù)運(yùn)行。裝置處理量為2~5m3?d-1。

　　超濾膜的主要運(yùn)行參數(shù)如下：進(jìn)水壓力，0.02~0.04MPa，產(chǎn)水壓力，0~0.02MPa，進(jìn)水流量，1.2m3?h-1，產(chǎn)水流量，1.1m3?h-1，反沖壓力，0~0.04MPa，反沖流量，1.5m3?h-1。

　　反滲透膜的主要運(yùn)行參數(shù)如下：進(jìn)水壓力，0.99~1.05MPa，濃水壓力，0.94~1.01MPa，循環(huán)流量，0.85~1.10m3?h-1，產(chǎn)水流量，0.012~0.264m3?h-1，產(chǎn)水TDS(總?cè)芙庑怨腆w物質(zhì))，6.39mg?L-1。

　　2、結(jié)果與分析

　　2.1 膜集成設(shè)備通量變化

　　為了了解膜集成設(shè)備的通量變化，在運(yùn)行初期監(jiān)測(cè)膜通量隨運(yùn)行壓力的變化，結(jié)果如圖1所示?？梢钥闯?，膜通量隨運(yùn)行壓力的增加而變大，但考慮到對(duì)膜的損傷，以及對(duì)膜污染、膜生產(chǎn)參數(shù)、脫鹽率等的影響，最終確定運(yùn)行壓力為1MPa，此時(shí)膜系統(tǒng)的產(chǎn)水量為4.6m3?d-1，可滿足試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

　　2.2 膜集成設(shè)備的運(yùn)行效果

　　2.2.1 電導(dǎo)率變化

　　如圖2所示，生化水的電導(dǎo)率為3.60~3.63mS?cm-1，UF產(chǎn)水的電導(dǎo)率為4.16~4.18mS?cm-1，RO產(chǎn)水的電導(dǎo)率為0.035~0.037mS?cm-1。UF產(chǎn)水的電導(dǎo)率高于生化水電導(dǎo)率。這可能與超濾膜系統(tǒng)前端利用加藥系統(tǒng)投加了NaClO藥劑，但超濾膜系統(tǒng)對(duì)NaClO并沒(méi)有攔截能力有關(guān)。RO系統(tǒng)對(duì)生化水電導(dǎo)率的去除率平均達(dá)99.0%以上。

　　2.2.2 色度變化

　　如圖3所示，生化水的顏色為棕色，色度30~34倍，UF產(chǎn)水的色度為13~16倍，RO產(chǎn)水的色度在46.7%~56.7%，RO工藝對(duì)色度的去除率在96.9%~97.7%。超濾膜的截留分子量在10萬(wàn)u，而色素分子量較小，極易通過(guò)超濾膜。RO系統(tǒng)對(duì)色度有比較穩(wěn)定、明顯的去除效果。這是因?yàn)榉礉B透膜具有致密的結(jié)構(gòu)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，能夠高效截留色素分子。

　　2.2.3 濁度變化

　　如圖4所示，生化水的濁度為5.86~5.95NTU，UF產(chǎn)水的濁度為0.58~0.60NTU，RO產(chǎn)水的濁度為0.20~0.22NTU。UF工藝對(duì)濁度的去除率為90.1%，RO工藝對(duì)濁度的去除率為96.5%。在雙膜法處理過(guò)程中引進(jìn)超濾技術(shù)，其關(guān)鍵作用體現(xiàn)在可以截留絕大部分的非溶解性雜質(zhì)，為反滲透的常規(guī)可靠運(yùn)行打下良好基礎(chǔ)。本設(shè)備超濾系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中濁度維持在0.60NTU以下，可滿足反滲透進(jìn)水對(duì)濁度的要求。

　　2.2.4 SS含量變化

　　如圖5所示，生化水的SS含量為10~12mg?L-1，UF產(chǎn)水的SS含量為1.0~1.2mg?L-1，RO產(chǎn)水的SS含量為0.12~0.15mg?L-1。UF工藝對(duì)SS的去除率在89.0%~91.7%，超濾主要能截留0.05~0.2μm的顆粒和雜質(zhì)，有效阻擋膠體、蛋白質(zhì)、微生物和大分子有機(jī)物。RO工藝對(duì)SS的去除率在98.6%~99.0%。

　　2.2.5 COD變化

　　如圖6所示，生化水的CODCr為210~230mg?L-1，UF產(chǎn)水的CODCr為200~207mg?L-1，RO產(chǎn)水的CODCr為18~23mg?L-1。UF工藝對(duì)CODCr的去除率在4.8%~10.4%，RO工藝對(duì)CODCr的去除率在89.5%~91.4%。本系統(tǒng)中UF對(duì)COD的截留作用不太理想，但反滲透膜可截留納米級(jí)、相對(duì)分子質(zhì)量?jī)H數(shù)百的顆粒，去除廢水中的小分子溶解性CODCr，從而使得系統(tǒng)對(duì)CODCr的總?cè)コ蔬_(dá)到90%左右，產(chǎn)水COD始終保持穩(wěn)定，保證了產(chǎn)水水質(zhì)。

　　2.2.6 TN含量變化

　　如圖7所示，生化水的TN含量為7.96~8.05mg?L-1，UF產(chǎn)水的TN含量為5.25~5.50mg?L-1，RO產(chǎn)水的TN含量為4.60~4.65mg?L-1。UF工藝對(duì)TN的去除率在31.4%~34.5%，RO工藝對(duì)TN的去除率在41.9%~43.9%。

　　2.2.7 氨氮含量變化

　　如圖8所示，生化水的氨氮含量為2.75~2.80mg?L-1，UF產(chǎn)水的氨氮含量為0.61~0.68mg?L-1，RO產(chǎn)水的氨氮含量為0.32~0.37mg?L-1。UF工藝對(duì)氨氮的去除率在75.5%~78.1%，RO工藝對(duì)氨氮的去除率在86.6%~89.2%。本研究中所用的超濾系統(tǒng)對(duì)氨氮這樣的小分子在理論上是沒(méi)有截留效果的，推測(cè)氨氮可能是與懸浮物一起被超濾膜去除，具體的機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

　　2.2.8 TP含量變化

　　如圖9所示，生化水的TP含量為0.35~0.38mg?L-1，UF產(chǎn)水的TP含量為0.23~0.28mg?L-1，RO產(chǎn)水的TP含量為0.11~0.15mg?L-1。UF工藝對(duì)TP的去除率在26.3%~39.5%，RO工藝對(duì)TP的去除率在63.2%~71.1%。

　　2.2.9 鹽分含量變化

　　如圖10所示，生化水的鹽分含量為2.53~2.56g?L-1，UF產(chǎn)水的鹽分含量為2.97~3.00g?L-1，RO產(chǎn)水的鹽分含量為0.025~0.028g?L-1。UF產(chǎn)水的鹽分含量高于生化水，與電導(dǎo)率的變化趨勢(shì)基本相同。這是因?yàn)槌瑸V膜系統(tǒng)前端利用加藥系統(tǒng)投加了NaClO藥劑，但超濾膜系統(tǒng)對(duì)NaClO沒(méi)有攔截能力，氯酸鈉發(fā)生反應(yīng)后生成了氯化鈉。在整個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)，RO系統(tǒng)的脫鹽率基本維持穩(wěn)定，平均脫鹽率達(dá)99.0%。脫鹽率、產(chǎn)水量與跨膜壓差是常用的評(píng)價(jià)RO工藝運(yùn)行性能的主要指標(biāo)。本試驗(yàn)中，RO膜元件基本完整，未出現(xiàn)破損現(xiàn)象。脫鹽率與RO膜污堵程度不直接相關(guān)，這與Tan等的研究結(jié)果一致。

　　2.3 膜設(shè)備運(yùn)行成本

　　該中試設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中每天設(shè)備耗電24kW?h，按每天處理量4.6m3、電費(fèi)0.70元?(kW?h)-1計(jì)，折合處理費(fèi)用為3.6元?m-3。膜組件殺菌選用NaClO溶液，酸洗選用藥劑為檸檬酸，膜組件清洗費(fèi)為0.2元?m-3。以設(shè)備使用年限10a、膜更換周期3~5a計(jì)，折合設(shè)備成本為0.5元?m-3。總運(yùn)行成本4.3元?m-3。

　　3、小結(jié)

　　選擇UF/RO雙膜法集成膜設(shè)備，針對(duì)印染廢水A/O工藝的二沉池出水，進(jìn)行了膜工藝參數(shù)優(yōu)化和污染物去除研究。裝置處理量為4.6m3?d-1，總運(yùn)行成本為4.3元?m-3。超濾+反滲透系統(tǒng)對(duì)電導(dǎo)率的平均去除率為99.0%，對(duì)色度的平均去除率為97.2%，對(duì)濁度的平均去除率為96.5%，對(duì)SS的平均去除率為98.8%，對(duì)CODCr的平均去除率為90.3%，對(duì)TN的平均去除率為42.6%，對(duì)氨氮的平均去除率為87.5%，對(duì)TP的平均去除率為65.0%，平均脫鹽率為99.0%。各項(xiàng)水質(zhì)分析結(jié)果均滿足GB4287―2012《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和GB/T19923―2005《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》的限量要求。(來(lái)源：浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境資源與土壤肥料研究所)