微濾膜技術在印染廢水處理過程中的應用探討

李麗

（遼寧省盤錦市環境科學研究院，遼寧 盤錦 124010）

1 引言

我國是紡織大國，印染行業每天有約400多萬t的廢水排放，占工業廢水排放量的1／10，且每年要耗用100億t清潔水，是我國用水量大、排放量大的工業部門之一［1］。印染廢水的處理一直是我國廢水治理研究的重點和難點。

印染廢水一直是難處理的廢水，它具有以下幾個特點:由大量游離態的染料殘留在水中引起的高色度；生產過程一般在高溫下進行，導致廢水的溫度很高；由高分子合成印染助劑和染料所引起的難降解的COD濃度很高；許多印染助劑的鹽含量很高導致廢水的電導率很高；由于生產過程的氯漂白工藝和一些染料帶有的鹵素、硫磺、重金屬而使廢水中具有很高濃度的AOX、硫化物、重金屬。

印染廢水在工業廢水排放總量中占有非常高的比例，且廢水色度深、有機物濃度高、含鹽量大，廢水中染料組分復雜且大多數以芳烴及雜環化合物為母體。尤其是近年來，隨著產品質量的日益提高，大多數工業染料趨向于具備抗光解、抗氧化、抗生物氧化的特點，這進一步加大了廢水處理的難度。隨著水資源的日益短缺，印染廢水的深度處理和資源化回用已經越來越引起人們的重視。

2 膜技術的應用

2.1 膜分離技術處理印染廢水

膜分離技術處理印染廢水是通過對廢水中污染物的分離而達到廢水處理的目的，可以改變傳統廢水處理過程復雜、污染去除不徹底、工藝能耗高等缺點，使印染廢水處理相對簡單，無二次污染，而且能大量回收可再利用物質和水膜分離技術在印染廢水回用中不僅能去除污水中殘存的有機物和色度，進一步降低回用水的COD、BOD和色度；還能脫除無機鹽類，防止系統中無機鹽類的積累，確保系統長期穩定運行。隨著膜技術的發展，越來越多的研究表明膜分離技術是印染廢水回用上最具有可行性的技術。

2.2 膜分離技術分類及優點

膜分離技術是利用特殊制造的多孔材料的攔截能力，主要以濃度梯度、電勢梯度及壓力梯度作為推動力，通過膜對混合物中各組分選擇滲透作用的差異進行分離、提純和富集的方法。

近幾十年來，膜分離技術應用到印染廢水處理領域，形成了新的污水處理方法，包括微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）、反滲透（RO）等，都是主要以壓力梯度作為傳遞分離的推動力。

3 微濾技術

3.1 微濾技術在印染廢水處理中的應用

微濾的膜孔徑為0.05～20.00μm，一般能去除水中的細菌、固體微粒等，其分離機制與傳統的過濾篩分機制基本相同，膜物理結構是分離效果的決定性因素。微濾主要用于染色廢漿和洗滌水中不溶物、懸浮固體等的脫除，以及超濾、納濾、反滲透的前處理。

3.2 微濾膜的主要特征及其分離過濾機理

微孔濾膜孔徑一般在0.01～10μm之間，多為對稱性多孔膜。其特征主要表現為具有高度均勻的孔徑分布，分離效率高；孔隙率高，一般可達到70%以上，有關資料報道約有107～1011個孔／cm2。同時絕大多數微孔濾膜的厚度在90～105μm之間，較薄，使其過濾速度大大提高，同其它過濾過程相比微孔濾膜為均一的連續體，過濾時沒有介質脫落，不會造成二次污染。

膜分離機理十分復雜，影響因素多，基于已進行的研究，可認為流體通過膜的推動力主要是壓力差、分壓差、濃度差、電位差、化學位差等，選擇性和通量是膜分離的重要技術指標。

3.3 膜污染和清洗

微濾膜污染分為兩個部分:一是液體中的膠體物質及大分子物質會與膜發生相互作用，在膜面上沉積形成一層凝膠層，又稱濾餅層；二是一些無機鹽等固體懸浮物進入膜孔，引起膜孔堵塞。

目前，如何消除膜污染、強化過濾通量是國內外技術人員一大研究熱點，己有的措施和控制方法主要是物理、化學法。物理法一般是指用高速水沖洗、空曝氣清洗、海綿球機械擦洗和反沖洗（空氣反吹沖洗、水反沖洗）及近年來研究較多的超聲波清洗等，其特點是簡單易行。化學清洗通常是用化學清洗劑，如稀堿、稀酸、酶、表面活性劑、絡合劑和氧化劑等。此外，一些新的方法也正在開發中，如在進料液中充入氣體、采用脈沖流動、讓膜處于旋轉狀態等。

3.4 微濾膜技術在印染廢水處理過程中的應用

在MF用于印染廢水處理方面，人們也已經做了相當多的工作。王振余等人［2］采用孔徑為0.11μm的炭膜考察了甲基紫、蒽醌蘭、直接染料大紅、直接染料翠蘭等多種染料的脫色效果，染料的截留率都在95%以上。李文翠等人［3］采用經椰殼炭化、粘結成型制備的植物基微濾炭膜（孔徑為0.5～1.0μm），研究了所制炭膜對印染廢水的處理效果。結果表明，對蒽醌藍染料分子（分子量為518）的截留率最高可達99%以上，并初步探討了炭膜處理印染廢水的機理。陶瓷微濾膜對含活性染料廢水的脫色率可達98%以上，透過液可作為回水使用；稀HNO3水溶液對陶瓷膜具有很好的清洗效果。氧化鋁微濾膜對不溶性染料的截留率能高達98%；而對于各種可溶性離子染料，經加入表面活性劑預處理后，脫色率也可達96%～98%。在高聚物膜方面，采用Fenton試劑和聚偏氟乙烯（PVDF）中空纖維微濾膜對含有活性艷紅X－3B染料廢水的研究表明，色度平均去除率達92%，COD平均去除率可達53%以上。

然而，由于微濾膜的截留顆粒直徑一般在0.02～10μm之間，比印染廢水中的多數物質的直徑大，因而微濾的應用相當有限。盡管MF可與絮凝等技術結合使用，以提高分離效率，但這會增加處理成本，并產生二次污染。因而，MF主要被用于染色廢漿和洗滌水中不溶物和懸浮固體物（如膠體）等的脫除，以及超濾、納濾和反滲透過程的前處理。

4 染色廢水中色度去除和染料回收

染色廢水主要來源于染色浴，水量較大，主要含染料、染色助劑、表面活性劑甚至有毒物質等，水質隨所用染料不同而不同，一般呈強堿性，特別是硫化染料和還原染料的染色廢水，pH值可達10以上，色度很高，COD比BOD5高很多，可生化性較差［4］。

由于染料品種繁多，染色廢水的處理需根據染料的種類、分子量、水溶性等性質，選擇適宜的膜材料和膜分離技術。經過膜分離后的透過液可循環使用，濃縮液用于回收染料。

由于微濾膜的截留粒徑比染色廢水中的多數染料直徑大，因而微濾的應用經常與吸附、絮凝等預處理技術結合，以提高分離效率。但這也會增加處理成本，并可能產生二次污染。對于靛藍類等不溶性染料，其直徑一般都在0.5～2.0μm，可選擇微濾或超濾技術處理。

20世紀80年代，有人開發了管式超濾膜回收染色廢水中的靛藍染料，該過程將截留的染料還原成可溶性染料后再循環利用。比較聚偏氟乙烯微濾膜和絮凝法對靛藍染料廢水的處理結果，結果表明:采用膜分離技術時靛藍染料截留率可在99%以上，其經濟成本也優于傳統的絮凝法。

5 結語

膜分離技術作為一種新型和高效的水處理技術已得到普遍重視。印染廢水種類多、成分復雜，如果各部分廢水混合后再處理，很難找到一種合適的解決工藝。膜分離技術處理印染廢水是一條在經濟性和技術上都具有很強可行性的途徑，并已在一些印染廢水的處理方面得到了實際應用。膜分離法不僅可以有效地處理印染廢水，達到排放標準，而且可以回收部分染料和印染助劑、提高水的利用率和能量利用率，因而必將具有廣闊的應用前景。因此，在治理中應清濁分流、分質處理、分段回用，充分發揮各個優勢，以便找到膜分離的最佳工藝參數，使膜分離技術在印染廢水處理上實現工業化。膜分離技術是一種清潔生產工藝，能實現分離資源并回用，具有巨大的環境效益和經濟效益。

然而，需要指出的是，膜分離技術在印染廢水的應用方面還存在著一些需要解決的問題，如污垢的形成和膜孔的堵塞問題，有機膜的耐熱性和防菌性差、無機膜的成本高的問題，膜的壽命問題，膜分離設備一次性投資高的問題，高效清潔廉價的濃縮液和截留物的后處理技術問題等。只有當這些問題得到較好的解決，膜分離在印染廢水的處理方面才能得到廣泛的應用。

［1］鄭 祥，魏源送，樊耀波，等.膜生物反應器在我國的研究進展［J］.給水排水，2002，28（12）:52～53.

［2］王振余，郭樹才.炭膜處理染料水溶液的研究［J］.膜科學與技術，1997，17（5）:7～10.

［3］李文翠，郭樹才.炭膜處理印染廢水的研究［J］.碳素，2000（1）:35～37.

［4］何陸春，葛曉青，趙 景，等.光催化氧化和膜處理染色廢水及其回用［J］.染整技術，2002，27（10）:23～24.