印染废水回用反渗透预处理技术

Posted 2023-01-13 工艺

篇首语：宁打金钟一下，不打破鼓千声。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了印染废水回用反渗透预处理技术相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

我国是纺织印染大国，纺织印染行业是工业废水的排放大户，废水量约占整个工业废水排放量的35%．印染废水由于具有水量大、有机物含量高、色度高、碱性强、盐度高、水质变化大等特点，已经成为我国重要的环境污染源，是公认的难治理有害废水之一．目前印染厂废水的回用率仅为7%(主要是冷却水)，整个纺织行业废水回用率不足10%，是全国所有行业中废水回用率最低的行业．目前水资源短缺已成为制约我国印染行业进一步发展的限制因素．同时，随着新型染料、助剂的不断开发和应用，处理难度不断增大，而且随着排放标准的日趋严格，水费也在不断上涨．因此，为了实现印染行业的可持续发展，消除环境污染的潜在危害，印染废水深度处理和回用技术已经成为亟待研究和解决的重要问题．

膜分离技术是印染废水回用最具有可行性的技术之一，其中反渗透工艺由于具有很高的脱盐率，能够高效截留废水中的溶解性有机物及离子物质，保证其出水达到无色和低盐度，因此成为印染废水深度处理和回用的主要工艺．但是反渗透工艺对进水水质要求高，印染废水二级生化处理出水水质难以满足反渗透工艺对进水水质的要求，需要对印染废水二级生化处理出水进行一定的预处理，以保证反渗透工艺的稳定运行及膜污染的有效控制．

反渗透工艺在运行过程中存在膜污染速度快、膜元件污染严重等问题，这将折损反渗透膜的使用寿命，增加运行成本，因此合适的预处理工艺对反渗透工艺的稳定运行及降低运行成本起着至关重要的作用．反渗透预处理工艺包括混凝与沉淀处理、化学氧化法、吸附法、生物活性炭滤池工艺、微滤/超滤及其组合工艺．李富祥等采用微絮凝－超滤工艺作为反渗透深度处理印染废水的预处理工艺，对浊度有较好的去除效果，并且减轻了反渗透系统的化学污堵; 董佳等采用曝气生物滤池－微絮凝组合工艺用于印染废水回用预处理，不仅对水中的浊度、CODCr有较好的去除效果，同时对水中残余的复杂活性染料也有一定的脱除效果．由于印染废水成分复杂，易于加重反渗透膜的污染，因此要实现反渗透工艺对CODCr脱除、脱色和脱盐一步完成并保证出水品质，必须选择适当的组合工艺作为反渗透的预处理工艺．

该研究以苏南某污水处理厂中试试验基地(70%以上为印染废水) 中二级生化出水的回用为目的，针对印染废水二沉池出水中的有机物、悬浮物胶体及色度高的特点，考察了3 种反渗透预处理组合工艺对印染废水中污染物的去除效果，并对去除机理进行解析，以期为反渗透工艺在印染废水深度处理和回用中的应用提供理论及技术依据．

1 材料与方法

1. 1 试验用水水质

试验用水取自甪直镇小松中试基地(位于甪直污水处理厂厂外1 号调节池) 二沉池出水，1 号调节池接纳的废水中70% 以上为印染废水，印染企业生产面料以棉、涤纶、腈纶、丝绸及羊毛为主，对应染料为活性染料、酸性染料及分散染料．小松中试基地物化及生化段处理工艺为ABR(厌氧折流板反应器) 及普通曝气池．二沉池出水水质见表1.

1. 2 试验装置

混凝沉淀池主要设备有混合池、絮凝池、沉淀池、搅拌机等．混合池尺寸为260 mm×260 mm×650 mm，絮凝池尺寸为690 mm× 690 mm× 1 000 mm．

BAC(生物活性炭滤池) 为一座直径500 mm的UPVC(硬聚氯乙烯) 柱体，柱体总高为3. 8 m，超高0. 4 m，活性炭滤料高为2. 0 m，滤料垫层高为0. 3 m．

超滤设备为浸没式超滤，采用错流式过滤，设备外观尺寸为970 mm× 820 mm× 1 100 mm，膜组件为3 组浸入式帘式中空纤维膜SMM-1010 超滤膜，超滤膜参数见表2.

反渗透装置由原水水箱、进水泵、保安过滤器、高压泵、反渗透膜组件、产水水箱、浓水水箱、管路、配件及控制系统组成．设备主机技术参数见表3.

表3 反渗透主机技术参数

中试试验装置及工艺流程见图1．

1. 3 试验设计

分别考察3 种组合工艺作为反渗透预处理工艺对印染废水中污染物的去除情况．组合工艺1 为混凝沉淀－超滤工艺，其运行参数: 进水流量为200 L/h，混凝剂采用PAC(聚合氯化铝)，投加量〔以ρ(PAC)计〕为75. 0 mg /L．组合工艺2 为BAC(生物活性碳滤池)-超滤工艺，其运行参数: BAC 水力停留时间为2 h，气水比(体积比) 为2. 5∶ 1. 组合工艺3 为混凝沉淀－生物活性碳滤池－超滤工艺，运行参数: 进水流量为200 L /h，PAC 投加量为37. 5 mg /L，BAC 水力停留时间为2 h，气水比为2∶ 1.

1. 4 分析方法

ρ(CODCr) 、ρ(NH3-N) 、ρ(TP) 、UV254、浊度、pH根据标准方法进行测定．TCU(真色) 以废水(过0. 45 μm 膜过滤) 在436、525 和620 nm处吸光度的平均值来表征．超滤膜膜通量根据文献的方法进行分析测定．膜污染阻力分为Rm(膜阻力) 、膜孔堵塞与窄化引起的Rir(不可恢复阻力) 、Rf(浓差极化及滤饼层引起的膜污染阻力)，根据文献的方法进行测定．

2 结果与讨论

2. 1 3 种组合工艺对污染物的去除效果

图2(a) 为组合工艺1 的运行结果．由图2(a) 可见，混凝沉淀对CODCr的去除率只有20% 左右，而组合工艺1 对CODCr的去除率达到了48. 8%．混凝可使胶体颗粒小分子有机物发生凝聚，这些物质在沉淀之后不能被完全去除，但通过超滤的过滤截留作用可以进一步去除这些物质，使得组合工艺整体的去除效果较好，满足反渗透对CODCr的要求．与单独混凝沉淀工艺相比，混凝沉淀－超滤组合工艺对TCU的去除效果提高了68. 3%．组合工艺对浊度的去除率达到了99. 5%，出水浊度平均值为0. 21 NTU，能够达到反渗透对浊度的要求．组合工艺1 对UV254的去除效果较好，去除率为45. 3%．UV254反映水中天然存在的腐殖质类大分子有机物及含 C=C 双键的芳香族化合物的多少，尽管超滤对于腐植酸类小分子的去除效果较差，但混凝过程中形成的微絮体在超滤膜表面形成了滤饼，提高了超滤膜的通透量．

组合工艺2 的运行结果如图2 (b) 所示．由图2(b) 可见，该组合工艺对CODCr、TCU、UV254、浊度的平均去除率分别为48. 3%、45. 1%、43. 4% 和99. 3%，总体低于组合工艺1．究其原因，混凝处理可以有效改变膜面滤饼层的性质，减小滤饼层的阻力，同时，BAC 对废水的的去除效果受到废水可生化性及活性炭吸附容量的限制，因此，混凝沉淀和超滤工艺之间的协同作用使其去除效果优于组合工艺2．

与组合工艺1 和组合工艺2 相比，组合工艺3 对印染废水中CODCr、TCU、UV254以及浊度的去除率均有显著提高〔见图2(c) 〕，分别达到53. 0%、49. 2%、50. 0%和99. 5%．由于组合工艺3 中的混凝沉淀工艺可以截留污水中的固体悬浮物、胶体及大分子物质，而BAC 能够通过物理截留作用进一步去除污水中的颗粒物，并且可以通过微生物进一步降解污水中的有机物，同时超滤作为工艺中的最后一道进水屏障，保证了组合工艺3 的出水水质．

2. 2 组合预处理工艺膜污染分析

采用J /J0(其中J 为膜的实际通量，J0为膜的初始通量) 来表征组合工艺中超滤膜的污染情况．由图3 可见，3种组合工艺中J /J0下降都比较平缓，并且均高于直接超滤．直接超滤工艺在运行一段时间后膜通量迅速下降，在超滤膜运行8 h 后降至原来的50%．这是因为水中的胶体或有机物积累在膜表面生成浓差极化层，同时杂质进入膜孔隙并吸附在膜内部，减少了有效的膜孔密度和膜孔径的膜污染．由于印染废水二级生化处理出水中悬浮物和胶体的含量大，而这些物质的粒径均大于膜孔径，直接采用超滤工艺处理，容易吸附在膜表面形成滤饼层，并且由于采用错流过滤方式，使得膜表面局部污染物浓度增加，引起边界流阻力增加，导致传质推动力下降，造成浓差极化．组合工艺可以在印染废水二级生化出水进入超滤工艺之前，对废水进行一定的预处理，以截留降解废水中的悬浮物胶体以及有机污染物，降低悬浮物、胶体以及大分子物质在超滤膜表面的沉积，从而减轻超滤膜的运行负荷．由图3 可见，3种组合工艺中J /J0下降速率为组合工艺3 ＜组合工艺1 ＜组合工艺2，说明组合工艺3 能减轻滤饼层及浓差极化对超滤膜的污染．

为进一步分析超滤膜表面污染情况，对3 种组合工艺运行8 h 后超滤膜的污染阻力分布进行测定，结果见图4. 由图4 可见，Rm呈组合工艺3 ＞组合工艺1 ＞组合工艺2，并且组合工艺3 中Rir所占比例小于其他2 个工艺，说明组合工艺3 能够较有效地去除废水中的小分子物质以及悬浮物，保证超滤装置的进水水质，减轻由于膜孔窄化以及膜孔堵塞引起的膜污染．

2. 3 组合预处理工艺对后续反渗透系统运行的影响

根据2. 1 节的分析，不同预处理组合工艺对印染废水二级出水中污染物的去除效果有一定的差异，进而影响反渗透装置的运行．因此，在预处理工艺运行基础上，考察不同组合工艺处理后的出水对后续反渗透装置运行的影响．ΔP(反渗透膜运行压差，指反渗透进水压力和浓水压力之间的差) 是反映反渗透装置运行情况的重要指标; 同时，反渗透装置的脱盐率也可以在一定程度上反映反渗透膜的污染程度．由图5 可见，采用组合工艺1、组合工艺2、组合工艺3作为反渗透进水，反渗透装置的脱盐率平均值分别为98. 0%、97. 5%和98. 2%．这种脱盐率关系与各预处理组合工艺的出水水质具有一致性，即预处理组合工艺的出水水质越好，脱盐率越高．同时，由反渗透装置ΔP 的变化情况可以看出，采用预处理组合工艺2的出水作为反渗透进水时，反渗透膜系统ΔP 的增幅较大．这是由于预处理组合工艺2 的出水相对其他2种预处理组合工艺出水水质差，滤饼层的形成速度较快，导致ΔP 的增长速率较快，使得反渗透转置脱盐效率产生差别．。

综上，针对苏南某污水处理厂二级生化出水回用的要求，组合工艺3 是最佳的反渗透预处理工艺．

3 结论

a) 在3 种组合工艺中，组合工艺3 对二级生化出水中CODCr、TCU、UV254及浊度的去除率分别为53. 0%、49. 2%、50. 0%和99. 5%，优于其他2 种组合工艺; 组合工艺3 中超滤膜阻力上升速率最慢，并且其中不可逆阻力的比例小于其他2 种组合工艺．

b) 采用组合工艺1、组合工艺2、组合工艺3 作为反渗透进水，反渗透装置的脱盐率平均值分别为98. 0%、97. 5%和98. 2%，组合工艺3 的预处理效果优于其他2 种组合工艺，并且反渗透膜ΔP 的增速较低．经过综合分析，针对苏南某污水处理厂二级生化出水回用的要求，组合工艺3 为最佳的反渗透预处理工艺．