微滤膜技术在印染废水处理过程中的应用探讨

Posted 2023-01-11 膜技术

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指出了膜分离技术处理印染废水具有选择性好、生产效率高和处理成本低等特点。基于对近年来的文献调研，探讨了膜分离技术在印染废水处理中的研究进展以及微滤膜技术的应用，指出了膜分离法处理印染废水存在的主要问题和未来发展方向。
1.引言
我国是纺织大国，印染行业每天有约400多万t的废水排放，占工业废水排放量的1/10，且每年要耗用100亿t清洁水，是我国用水量大、排放量大的工业部门之一。印染废水的处理一直是我国废水治理研究的重点和难点。
印染废水一直是难处理的废水，它具有以下几个特点：由大量游离态的染料残留在水中引起的高色度；生产过程一般在高温下进行，导致废水的温度很高；由高分子合成印染助剂和染料所引起的难降解的COD浓度很高；许多印染助剂的盐含量很高导致废水的电导率很高；由于生产过程的氯漂白工艺和一些染料带有的卤素、硫磺、重金属而使废水中具有很高浓度的AOX、硫化物、重金属。
印染废水在工业废水排放总量中占有非常高的比例，且废水色度深、有机物浓度高、含盐量大，废水中染料组分复杂且大多数以芳烃及杂环化合物为母体。尤其是近年来，随着产品质量的日益提高，大多数工业染料趋向于具备抗光解、抗氧化、抗生物氧化的特点，这进一步加大了废水处理的难度。随着水资源的日益短缺，印染废水的深度处理和资源化回用已经越来越引起人们的重视。
2 膜技术的应用
2.1 膜分离技术处理印染废水
膜分离技术处理印染废水是通过对废水中污染物的分离而达到废水处理的目的，可以改变传统废水处理过程复杂、污染去除不彻底、工艺能耗高等缺点，使印染废水处理相对简单，无二次污染，而且能大量回收可再利用物质和水膜分离技术在印染废水回用中不仅能去除污水中残存的有机物和色度，进一步降低回用水的COD、BOD和色度；还能脱除无机盐类，防止系统中无机盐类的积累，确保系统长期稳定运行。随着膜技术的发展，越来越多的研究表明膜分离技术是印染废水回用上最具有可行性的技术。
2.2 膜分离技术分类及优点
膜分离技术是利用特殊制造的多孔材料的拦截能力，主要以浓度梯度、电势梯度及压力梯度作为推动力，通过膜对混合物中各组分选择渗透作用的差异进行分离、提纯和富集的方法。
近几十年来，膜分离技术应用到印染废水处理领域，形成了新的污水处理方法，包括微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)等，都是主要以压力梯度作为传递分离的推动力。
3 微滤技术
3.1 微滤技术在印染废水处理中的应用
微滤的膜孔径为0.05～20.00μm，一般能去除水中的细菌、固体微粒等，其分离机制与传统的过滤筛分机制基本相同，膜物理结构是分离效果的决定性因素。微滤主要用于染色废浆和洗涤水中不溶物、悬浮固体等的脱除，以及超滤、纳滤、反渗透的前处理。
3.2 微滤膜的主要特征及其分离过滤机理
微孔滤膜孔径一般在0.01～10μm之间，多为对称性多孔膜。其特征主要表现为具有高度均匀的孔径分布，分离效率高；孔隙率高，一般可达到70%以上，有关资料报道约有107～1011个孔/cm2。同时绝大多数微孔滤膜的厚度在90～105μm之间，较薄，使其过滤速度大大提高，同其它过滤过程相比微孔滤膜为均一的连续体，过滤时没有介质脱落，不会造成二次污染。
膜分离机理十分复杂，影响因素多，基于已进行的研究，可认为流体通过膜的推动力主要是压力差、分压差、浓度差、电位差、化学位差等，选择性和通量是膜分离的重要技术指标。
3.3 膜污染和清洗
微滤膜污染分为两个部分：一是液体中的胶体物质及大分子物质会与膜发生相互作用，在膜面上沉积形成一层凝胶层，又称滤饼层；二是一些无机盐等固体悬浮物进入膜孔，引起膜孔堵塞。
目前，如何消除膜污染、强化过滤通量是国内外技术人员一大研究热点，己有的措施和控制方法主要是物理、化学法。物理法一般是指用高速水冲洗、空曝气清洗、海绵球机械擦洗和反冲洗(空气反吹冲洗、水反冲洗)及近年来研究较多的超声波清洗等，其特点是简单易行。化学清洗通常是用化学清洗剂，如稀碱、稀酸、酶、表面活性剂、络合剂和氧化剂等。此外，一些新的方法也正在开发中，如在进料液中充入气体、采用脉冲流动、让膜处于旋转状态等。
3.4 微滤膜技术在印染废水处理过程中的应用
在MF用于印染废水处理方面，人们也已经做了相当多的工作。王振余等人采用孔径为0.11μm的炭膜考察了甲基紫、蒽醌兰、直接染料大红、直接染料翠兰等多种染料的脱色效果，染料的截留率都在95%以上。李文翠等人采用经椰壳炭化、粘结成型制备的植物基微滤炭膜(孔径为0.5～1.0μm)，研究了所制炭膜对印染废水的处理效果。结果表明，对蒽醌蓝染料分子(分子量为518)的截留率最高可达99%以上，并初步探讨了炭膜处理印染废水的机理。陶瓷微滤膜对含活性染料废水的脱色率可达98%以上，透过液可作为回水使用；稀HNO3水溶液对陶瓷膜具有很好的清洗效果。氧化铝微滤膜对不溶性染料的截留率能高达98%；而对于各种可溶性离子染料，经加入表面活性剂预处理后，脱色率也可达96%～98%。在高聚物膜方面，采用Fenton试剂和聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维微滤膜对含有活性艳红X-3B染料废水的研究表明，色度平均去除率达92%，COD平均去除率可达53%以上。
然而，由于微滤膜的截留颗粒直径一般在0.02～10μm之间，比印染废水中的多数物质的直径大，因而微滤的应用相当有限。尽管MF可与絮凝等技术结合使用，以提高分离效率，但这会增加处理成本，并产生二次污染。因而，MF主要被用于染色废浆和洗涤水中不溶物和悬浮固体物(如胶体)等的脱除，以及超滤、纳滤和反渗透过程的前处理。
4 染色废水中色度去除和染料回收
染色废水主要来源于染色浴，水量较大，主要含染料、染色助剂、表面活性剂甚至有毒物质等，水质随所用染料不同而不同，一般呈强碱性，特别是硫化染料和还原染料的染色废水，pH值可达10以上，色度很高，COD比BOD5高很多，可生化性较差。由于染料品种繁多，染色废水的处理需根据染料的种类、分子量、水溶性等性质，选择适宜的膜材料和膜分离技术。经过膜分离后的透过液可循环使用，浓缩液用于回收染料。由于微滤膜的截留粒径比染色废水中的多数染料直径大，因而微滤的应用经常与吸附、絮凝等预处理技术结合，以提高分离效率。但这也会增加处理成本，并可能产生二次污染。对于靛蓝类等不溶性染料，其直径一般都在0.5～2.0μm，可选择微滤或超滤技术处理。
20世纪80年代，有人开发了管式超滤膜回收染色废水中的靛蓝染料，该过程将截留的染料还原成可溶性染料后再循环利用。比较聚偏氟乙烯微滤膜和絮凝法对靛蓝染料废水的处理结果，结果表明：采用膜分离技术时靛蓝染料截留率可在99%以上，其经济成本也优于传统的絮凝法。
5 结语
膜分离技术作为一种新型和高效的水处理技术已得到普遍重视。印染废水种类多、成分复杂，如果各部分废水混合后再处理，很难找到一种合适的解决工艺。膜分离技术处理印染废水是一条在经济性和技术上都具有很强可行性的途径，并已在一些印染废水的处理方面得到了实际应用。膜分离法不仅可以有效地处理印染废水，达到排放标准，而且可以回收部分染料和印染助剂、提高水的利用率和能量利用率，因而必将具有广阔的应用前景。因此，在治理中应清浊分流、分质处理、分段回用，充分发挥各个优势，以便找到膜分离的最佳工艺参数，使膜分离技术在印染废水处理上实现工业化。膜分离技术是一种清洁生产工艺，能实现分离资源并回用，具有巨大的环境效益和经济效益。
然而，需要指出的是，膜分离技术在印染废水的应用方面还存在着一些需要解决的问题，如污垢的形成和膜孔的堵塞问题，有机膜的耐热性和防菌性差、无机膜的成本高的问题，膜的寿命问题，膜分离设备一次性投资高的问题，高效清洁廉价的浓缩液和截留物的后处理技术问题等。只有当这些问题得到较好的解决，膜分离在印染废水的处理方面才能得到广泛的应用。