連續微濾應用于印染廢水反滲透預處理的研究

張 云，楊柳俊

(江蘇省水文水資源勘測局南通分局，江蘇南通 226006)

紡織印染業是我國5大廢水排放行業之一，每天排放的印染廢水300萬～400萬t，且廢水中有機污染物含量高。實行最嚴格的水資源管理制度，落實用水總量、用水效率、納污總量3條紅線管理，必須對印染業廢水進行再生處理回用，這也是建設資源節約型和環境友好型社會的必經之路。

越來越多的研究表明，膜分離技術是印染廢水回用最可行的技術之一[1-2]。反滲透(以下簡稱RO)具有優異的脫色、脫鹽效果，其出水水質完全能夠滿足紡織印染工藝廢水回用的要求。而預處理效果直接影響著RO系統的穩定運行、RO膜的使用壽命與清洗周期等[3-4]。本實驗通過測定COD、膜污染指數(SDI)值、濁度、色度來研究連續微濾(以下簡稱CMF)為印染廢水回用RO系統進行預處理的可行性。

1 實驗

1.1 實驗材料

廢水來源于南通某印染企業二沉池出水，該印染企業主要從事短纖，長絲坯布，色織布，絨布和精、粗毛布的生產與銷售，其廢水主要來源于染色工段，廢水的主要成分為COD、BOD5、色度等，COD的質量濃度在1200～1800 mg/L，色度在300～450 PCU。采用“水解酸化+接觸氧化+砂濾池”工藝進行廢水處理，經處理后的出水水質達到膜處理裝置的進水要求，即 pH=6～9，ρ(COD)≤180 mg/L，ρ(BOD5)≤25 mg/L，ρ(SS)≤70 mg/L。

1.2 實驗裝置與實驗方法

圖1 CMF+RO系統的工藝流程

CMF膜選用天津膜天膜工程技術有限公司研制的內壓式聚偏氟乙烯中空纖維濾膜組件(?160 mm×1730mm)1根，膜表面積為40m2。CMF+RO運行的工藝流程見圖1。RO膜采用陶氏TW30～4014膜組件。RO裝置由高壓泵、兩段RO膜及出水箱組成。

CMF進水為原污水處理系統水解酸化+接觸氧化+砂濾池的出水，水質指標為:ρ(COD)=168.2 mg/L，濁度為 20 NTU，ρ(SS)=63.2 mg/L，pH=6～9，色度為30 PCU。RO實驗進水為本實驗中的CMF產水。

1.3 測定指標與方法

實驗中通過測定CMF+RO系統運行的壓力來考察膜系統運行的穩定性，測定COD質量濃度、SDI值、濁度、色度來研究CMF為印染廢水回用RO系統進行預處理的可行性。實驗中COD質量濃度的檢測采用重鉻酸鉀法，濁度的檢測采用分光光度法，SDI值的測定采用SDI值測定儀法，色度的檢測采用鉑鈷比色法，電導率的檢測采用電極法。

2 結果與討論

2.1 CMF系統運行壓力情況

對CMF系統的運行壓力進行跟蹤測定，結果見圖2。

圖2 CMF運行壓力變化情況

由圖2可見，在1個月的運行過程中，CMF的運行壓力變化很小，運行情況十分穩定，這主要因為采用了恒流量(滲透通量為1000 L/(m2·h))的CMF運行方式。

2.2 CMF系統對COD的去除效果

對CMF系統進出水的COD質量濃度值進行連續1個月的跟蹤監測，結果見圖3。

圖3 CMF膜過濾對COD的截留情況

由圖3可見，CMF系統進水中COD質量濃度值存在較大的波動，但通過微濾膜的截留作用，產水中的COD質量濃度值基本穩定在100 mg/L上下，去除率最高可以達到40%左右，這保證了膜出水水質具有較高的穩定性，提高了印染廢水回用的可靠性。

2.3 CMF系統過濾產水的膜污染指數值變化情況

CMF產水的膜污染指數值是RO進水水質的主要控制指標，它表征水中膠體和懸浮顆粒等的數量，直接關系到RO膜的運行壽命[5-7]。實驗中采用SDI值測定儀來測定膜污染指數值:在膜直徑為47 mm、微孔直徑為0.45 μm的微孔濾膜上連續加入一定壓力(30 PSI，相當于2.1 kg/cm2)的被測定水，記錄濾得500 mL水所需的時間Ti和15 min后再次濾得500mL水所需的時間Tr，按式(1)求得阻尼系數PI。

式中，SSDI為 SDI值，15 指15 min。

為掌握微濾膜產水的情況，連續18 d對膜產水的膜污染指數值進行跟蹤監測，結果見圖4。

圖4 CMF產水SDI值變化情況

從圖4來看，膜產水的SDI值一直維持在一個較低的水平，大部分數值均在1.5以下，而進入RO膜的污染指數值一般要求小于5[8]，這一方面表明CMF有著較好的出水效果，同時也表明CMF系統出水滿足進入RO處理工藝的基本要求。

表1 CMF產水、RO產水、自來水水質對比

2.4 CMF系統對色度的去除效果

為考察CMF系統對色度的去除效果，對CMF系統進水、產水的色度進行跟蹤監測，結果見圖5。由圖5可見，微濾膜過濾后，水的色度有了明顯降低，進水的色度約為產水的4～8倍。

圖5 CMF系統對色度的去除效果

2.5 CMF系統對電導率的去除效果

為考察CMF系統對電導率的去除效果，采用電導率儀法對CMF系統進出水水質的電導率進行跟蹤監測。結果表明，微濾膜出水的電導率降低程度很小，產水的電導率維持在4500～7500 μS/cm左右。這可能是由于膜截留的顆粒及膠體物質仍對離子有一定的吸附作用。

2.6 RO 深度處理

RO是CMF后的一道工序，具有優異的脫色、脫鹽效果。對CMF膜產水進行RO處理研究，首先要對RO膜處理的壓力變化情況進行跟蹤測定，結果見圖6。

圖6 RO系統的運行壓力變化

由圖6可看出，經過CMF的預處理后，RO系統基本保持穩定運行，運行壓力為1.1～1.2 MPa。電導率是反映RO膜截留性能的一個重要指標，也是衡量印染廢水是否可以回用的一個重要指標[9-10]。圖7顯示RO系統產水電導率變化情況。由圖7可知，整個RO過程中產水電導率都維持在120 μS/cm以下，脫鹽率始終穩定在98%以上，達到了印染廢水的回用標準。

圖7 RO系統產水電導率變化情況

在進水壓力1.2 MPa的條件下，RO系統進水、產水的具體水質指標見表1。

從表1中可以看出，RO對CMF產水中的大部分污染物均具有很高的去除率，對于常見的、Cl－、Ca2+、Mg2+等離子，去除率均大于99%，產水水質優于自來水的水質，完全滿足紡織印染工藝的要求。

3 結論

a.對印染廢水二級生化處理后達標的廢水，采用CMF膜進行預處理，系統運行穩定，出水色度、SDI值均達到RO系統進水的要求。

b.經CMF系統預處理后，RO系統能夠穩定運行，出水水質完全滿足紡織印染工藝的要求。“CMF+RO”系統應用于印染廢水的再生回用處理，自動化、連續化程度高，投資回收期短，具有較好的推廣前景。

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