膜技术在印染废水资源回收利用中的应用

Posted 2023-01-12 羊毛脂

篇首语：自觉心是进步之母，自贱心是堕落之源，故自觉心不可无，自贱心不可有。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了膜技术在印染废水资源回收利用中的应用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

主要论述了膜分离技术在印染废水中对非水资源，诸如PVA浆料、丝光淡碱、羊毛脂、丝胶蛋白、染料及水资源回收利用方面的应用。该技术的应用不仅节省资源和成本，还能减轻废水处理的难度，减少废水排放量，实现经济和环境效益。
前言印染废水以及其中的许多物质，如PVA浆料、丝光淡碱、羊毛脂、丝胶蛋白和染料等，若能回收利用，不但可节省资源和成本，创造经济效益，还能减轻废水处理的难度，减少排放量。国内外对印染废水的分质回收利用进行了大量研究，其中的膜分离技术(主要为微滤、超滤、纳滤和反渗透)作为一种有效的分离手段，担当了重要的角色。本项目主要论述了膜分离技术在回收利用印染废水中非水资源(如PVA浆料、丝光淡碱等)及水资源方面的应用。
1 印染废水中非水资源的回收利用
1.1 PVA浆料
PVA即聚乙烯醇，是一种重要的上浆剂，具有优良的成膜性和粘附性，且易与其它浆料相容。由于其上浆性能优于淀粉及变性淀粉，因此广泛用于纯棉高密织物及涤棉混纺织物的经纱上浆。退浆废水中一般含有1%左右的PVA浆料，若不进行处理，将会造成环境污染。但PVA浆料难以生物降解，一般的生化处理去除率很低。用超滤装置处理退浆废水，PVA大分子被膜阻拦，水分子则透过膜，调整PVA浓缩液至合适的浓度后可重新用于上浆，透过的清水可回用于退浆。据估算，一台车速为100m/min的织物生产装置，采用超滤膜回收PVA浆料后，每天可节约6000美元。该方法的具体流程见图1。王静荣等用两级串联的超滤卷式膜回收退浆废水中PVA浆料，其生产性试验表明，在操作温度为50～80℃和最大操作压力0.6MPa的条件下，PVA回收率大于95%。董声雄等采用聚砜型中空纤维超滤膜中试装置，对PVA退浆水进行分离回收，探讨了料液运行时间、膜两侧压差、料液温度、主流液循环流量等因素对超滤性能的影响。

1.2 丝光淡碱丝光工段产生的丝光废碱的浓度较高(6%左右)，且含大量的有机和无机污染物。传统处理丝光废碱的方法是中和后直接排放，浪费了大量的酸碱。有的企业采用蒸发浓缩工艺对丝光污碱进行回收，但蒸发过程中只有水分被移除，回收的碱液中会残留污染物，冷却水系统耗水量大且热水回用效率不高，大大增加了回收成本。采用特种耐碱超滤膜进行处理，可对丝光淡碱进行回收并循环使用，同时使废液中大量的有机污染物等杂质浓缩，便于处理。具体处理方法为：先将丝光产生的污碱液收集于平衡槽中，以平衡进入膜系统的流量；污碱液经预处理去除纤维杂质后，由泵注入膜系统中，在压力驱动下，污碱液中的杂质被膜截留浓缩；有用碱和水一起透过膜收集于透过液中。回收的碱浓度和碱量都较使用要求低，采取向回收透过液中添加少量浓碱和纯水的方法，可达到所需碱浓度要求。然后将其用输送泵按流量要求输送至丝光工段，循环使用。回收碱液循环使用后仍可回收再利用，具体流程见图2。

该方法纯化回收的碱纯度能满足回用指标，回收率高，可以节约碱及中和废碱液用的大量化学物质，减少了排污，降低了环境污染，同时还可节省热能。沈海军等采用超滤净化和回收色织布丝光污碱，结果表明，碱液回收率在95%以上，净化后的碱液符合丝光工艺回用标准，不影响产品质量。
1.3 羊毛脂洗毛废水含有一定量羊毛脂、羊汗及羊粪等物质，是高浓度有机废水。洗毛时，常用非离子表面活性剂作为洗涤剂。在一定温度下，羊毛脂被表面活性剂乳化而悬浮于洗毛废水中，粒径一般为0.01～50μm，排放温度50～65℃。处理洗毛废水常用的方法是生物法[6，7]和化学絮凝沉淀法，均浪费羊毛脂和热能。而采用超滤膜法，较高温度的透过液可直接回用于洗毛装置，废水中的羊毛脂得到富集，经超滤浓缩后羊毛脂浓度成倍增加，从而大大提高了离心萃取机提取羊毛脂的效率，具体流程见图3。

回收的羊毛脂经科学精制，可制造出一系列价值更高的产品，如液态羊毛脂、羊毛醇、羊毛酸、水溶性羊毛脂、乙酰化羊毛酯和乙氧基化羊毛醇等。这些羊毛脂产品可广泛应用于医药、护肤用品、化妆品、乳酸、纺织和皮革等行业。因此，超滤膜法在解决洗毛废水难处理的环保问题的同时，还可以创造可观的经济效益，是典型的清洁生产工艺，值得推广和应用。一些学者对超滤膜法处理洗毛废水进行了大量的研究，并尝试工业应用。英国采用一种管式超滤膜处理洗毛废水，在1MPa透膜压力和50℃的操作条件下，每小时可处理8000L洗毛废水，透过液的COD值为(2.5×104)～(1.0×105)mg/L，浓缩液的COD高达3.5×105mg/L，羊毛脂被有效回收。澳大利亚纺织部羊毛研究实验室采用三组超滤设备处理洗毛废水，膜总面积为0.6m2，油膜去除率达95%～98%，COD去除率80%～97%，羊毛脂被有效分离。挪威的某大型纱厂每年将1000t原毛制成纺织品，洗毛废水用管式超滤膜处理，羊毛脂回收率在80%以上。
但是，超滤膜法回收羊毛脂也存在一些缺点，如超滤膜易受废水污染，从而导致膜通量大幅度降低。如何减轻膜面污染，增加膜通量，成为超滤法处理洗毛废水工业化应用的关键。
1.4 丝胶蛋白蚕丝主要由70%～80%的丝素，20%～30%的丝胶蛋白及少量蜡质和无机物等组成。丝绸加工过程中，丝素被利用，而绝大部分丝胶蛋白则在煮茧与缫丝副产品加工、绢纺制绵和丝绸精练等工序中随生产废水被排放。有资料显示，我国每年生产生丝6～8万t，其中有2～3万t的丝胶蛋白随废水流失，造成了严重的环境污染和资源浪费。采用超滤膜分离技术，丝胶蛋白质被膜所阻拦，水和小分子物质则透过膜，从而达到浓缩分离丝胶蛋白的目的。丝胶的浓缩液，再进行喷雾干燥可制得丝胶粉。李海红等利用丝胶蛋白的两性特点，采用酸析提取丝绸精练废水中的大量溶解性丝胶蛋白，并对丝绸精练废水进行预处理；对酸析上清液，利用超滤膜分离技术进一步浓缩丝胶蛋白质及废水处理。结果表明，在较佳条件下酸析，CODCr去除率在35%以上，超滤CODCr去除率在70%左右，丝胶蛋白质得到有效回收。
1.5 染料分散染料、还原染料和硫化染料等疏水性染料，均悬浮于染液中，这给超滤膜分离提供了条件。采用超滤膜强制截留浓缩，回收染料可重新利用，滤出液经进一步脱盐脱色后回用，或者经后续处理后排放。该法不但降低了废水中的色度和COD，减少污水处理成本，还可以为企业回收资源，效益明显。早在20世纪80年代，中科院环化所就与北京光华染织厂采用超滤法处理还原染料废水，试验采用3.6m2的外压管式聚砜超滤器，在进口压力220～240kPa，液温40～55℃的条件下，运行超过2000h，处理染料废水617t，回收还原染料1036kg，透液速度一般在20～30L/(m2.h)，染料回收率大于95%。于敏等对分散染料废水进行了超滤膜处理试验，质量分数为1%～3%的分散蓝S-3BG废液经截留浓缩后，截留污水含染料12%左右，经喷雾干燥后染料得到100%回收，回收染料强度有所提高，其它性能不变。吴开芬等人[16，17]采用中空纤维超滤法进行了靛蓝废水的试验，结果表明，脱色率可达99%以上，在进口压力0.10～0.18MPa，温度25～30℃的条件下，浓缩比为10和50时，透液速度分别为50L/(m2.h)和15L/(m2.h)，含染料的浓缩液可直接回用。
活性染料、酸性染料和直接染料等水溶性染料，用超滤膜分离效果很差，可用纳滤膜进行分离处理。有试验采用CA纳滤膜处理活性红X-3B(分子质量为650)的染液，取得了良好的效果。CHAKRABORTY等用截留分子质量为400的聚酰胺纳滤膜分别处理含有黑色活性染料和红色活性染料的染色废水，在最佳操作条件下，两种染料的截留率分别为94%和92%，两种活性染料被有效回收。
2 水资源回收利用
印染行业是耗水大户，生产1kg产品要消耗0.2～0.5m3水，排放0.04～0.3m3废水。印染生产用水主要来源于经初步净化后的河水以及自来水。随着水资源的日益短缺、水费的不断上涨，从印染废水中回收利用水资源越来越引起人们的重视。
大多情况下，微滤和超滤作为纳滤和反渗透的预处理步骤应用，但在有些工艺中也单独使用进行水资源回收和利用。杨泽志等以微滤技术对印染废水进行处理，辅以混凝预处理和生物活性炭处理，使出水达到回用的标准。郑辉东等利用中空纤维超滤膜回收PVA废水，试验表明，处理后的出水达到中水标准，可以循环使用。微滤和超滤是基于筛分机理进行分离，可以截留印染废水中的悬浮粒子和大分子，但对水中的离子起不到分离的效果。有研究表明，用超滤单独处理印染废水二级出水，出水能够回用于要求较低的漂洗、水洗工序，但不能满足染色等要求严格的工序。纳滤和反渗透可有效实现对印染废水的深度处理，使其达到工艺用水标准，从而实现废水的回用。RozziA研究表明，微滤+纳滤深度处理二级出水，处理出水完全能够满足回用标准。张景丽等对某集团印染废水采用水解酸化-接触氧化-连续微滤-反渗透步骤，进行深度处理，结果表明，反渗透出水水质优于企业染整软水标准，可作为企业染整用水。黄华山等对某印染企业废水进行澄清-过滤-软化-反渗透处理，结果表明，废水回收率达66.7%，反渗透出水可用于纯棉类产品染色生产。张鑫等人将已达标的印染废水进行深度处理后，进入反渗透膜处理系统进行除盐处理，结果表明，回用水的各项指标均达到印染生产用水要求，可满足中高档印染产品的生产需要。
3 结论
(1)膜分离技术应用于印染废水处理，可对PVA浆料、丝光淡碱、羊毛脂、丝胶蛋白、染料等非水资源和水资源进行回收利用，效果显著。
(2)如何选用合适的操作条件，减轻膜面污染，是膜技术在印染废水分质回收利用中工业化应用的关键。