膜分離技術處理印染廢水的應用

楊俞+王淑影+徐瑧

摘 要：該文介紹了印染廢水的來源及特點，對比了印染廢水傳統處理方法（物理法、化學法及生物法）的優缺點，描述了膜分離技術分類及優點，詳細介紹了不同膜在印染廢水處理中的應用，指出了膜分離技術存在的問題并展望了膜分離技術未來的發展方向。

關鍵詞：印染廢水 膜 分離技術

中圖分類號：X791 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（c）-0088-03

Abstract： This paper introduced the origins， characteristics of printing and dyeing wastewater and discussed the advantages and disadvantages of the traditional physical， chemical and biochemical treatment technologies. The classify and the advantages of the membrane separation technologies are described. The applications of the different membrane to the treatment of printing and dyeing wastewater are detailed introduction. We also pointed out the problems of the membrane separation technologies and outlook the development direction of the membrane separation technologies.

Key Words： Printing and dyeing wastewater； Membrane； Separation technology

我國是紡織印染第一大國，紡織業作為我國傳統支柱產業之一，為人們提供衣著所需的同時每年排放的印染廢水高達30×108 t，占全國工業廢水排放總量的35%，2015年4月2日國務院發布的《水污染防治行動計劃》中印染行業是專項整治的重污染行業之一[1]。

印染廢水主要來源于預處理（燒毛、退漿、煮煉、漂白、絲光等）、染色、印花和整理四大工序中排放的廢水。廢水所含污染物種類多且復雜，包括染料、漿料、助劑、油劑、酸堿、纖維雜質、砂類物質、無機鹽、雜環類、胺類、取代苯類和醇類等有毒有害污染物，因此該廢水具有水質、pH值、水溫水量變化大、色度高（400倍以上）、有機物含量高、BOD5/CODCr值低（20%左右）可生化性差，含鹽量高、電導率大以及生物毒性等特點[2，3]。

1 傳統處理方法

目前，印染廢水處理的傳統處理方法可以分為以下3類：物理法、化學法及生物法。

物理法主要為吸附法、混凝法[4，5]。吸附法是利用活性炭、離子交換樹脂、煤渣和膨潤土等吸附劑吸附廢水中的雜質，去水中的污染物。其優點是：成本較低、操作簡單；缺點是：再生費用較高。混凝法通過添加絮凝劑使廢水中的固體懸浮物沉淀下來，缺點是對水溶性染料的去除效果不佳，污泥量大。

化學法包括電化學法、化學氧化法等[6-9]。化學氧化法又分為Fenton試劑法、O3氧化法、光催化氧化法等，Fenton試劑法利用由H2O2與Fe2+混合組成氧化體系分解印染廢水中的大分子。對O3氧化法利用O3具有的強氧化能力分解有機污染物。光催化氧化法以光化學氧化為基礎，在光照條件下借助催化劑，將有機污染物氧化降解。化學氧化法的主要優點是：設備簡單、操作方便，能有效分解有機污染；缺點是：成本較高。電化學法是主要通過絮凝和氧化還原作用，將廢水中的污染物去除，其優點是：設備小、占地少、運行管理簡單、COD去除率高、脫色效果好；缺點是：成本高、能耗大、電極材料制備復雜且副反應多。

生物法[10]利用微生物的絮凝、吸附和生物降解功能，對有機物進行分離、氧化降解，分為好氧法和厭氧法。生物法的優點是：運行費用低、不產生二次污染、處理效果較好；缺點是：去除率低、出水難達標、污泥處理費用較高。

2 膜分離技術

早在18世紀分離膜的概念就已被提出，但是當時膜并沒有應用于過濾方面，發展到今天膜分離技術作為一種節能、高效、環境友好的新技術，被廣泛應用于資源回收及環境治理等領域。膜分離技術基本原理是以選擇性透過膜為分離介質，物料組分在膜的推動力（如濃度差、壓力差、電位差等）作用下，選擇性地透過膜，達到分離、提純、濃縮的目的。按分離功能劃分膜分離技術主要分為微濾（micro-filtration，MF）、超濾（ultra-filtration，UF）、納濾（nano-filtration，NF）、反滲透（reverse-osmosis，RO）[11]。膜分離技術因其在分離上具有高效節能、無污染、工藝簡單、操作簡便、過程易控制等優點，在污水處理領域得到大力發展。

3 膜分離技術處理印染廢水

3.1 微濾

微濾（micro-filtration，MF），孔徑在0.1～10 μm之間，其分離機理與篩分機理相同， 主要截留懸浮顆粒物（膠體、細菌、微粒），是發展最早、技術最成熟的膜之一，因此微濾膜分離技術在印染廢水處理方面發展得很成熟。早期李文翠等[12]使用碳膜對印染廢水進行處理，其對染料分子的截留率最高可達到99%以上。嵇鳴等[13]采用氫氧化鎂吸附與陶瓷膜微濾相結合，色度去除率可達98%。楊大春等[14]采用Fenton試劑與微濾工藝結合處理印染污水，色度去除率可達99.5%，COD去除率可達69.8%。

3.2 超濾

超濾（ultra-filtration，UF）主要依靠膜表面的微孔結構對不同物質進行選擇性分離，超濾的膜孔徑為2～100 nm，截留分子量為500～5 000，截留分子直徑為5～10 μm。采用超濾技術對印染廢水的研究中，李富祥等[15]利用中空纖維膜對廢水中COD、色度、濁度和無機離子進行去除，去除率分別為17%、10%以下、98.5%和5%。中科院環化所用超濾膜對還原染料廢水處理試驗研究[16]表明，超濾處理染料廢水脫色率98%，CODCr去除率60%～90%，染料回收率95%以上。陳士明等[17]采用微絮凝直接過濾-超濾工藝處理印染廢水，使用MODEC改性聚氯乙烯（PVC）內壓式中空纖維膜，其對濁度去除率99.2%，脫色率86%和COD平均去除率為56%。

3.3 納濾

納濾（nano-filtration，NF）的孔徑大約為1 nm，截流分子量為300～500道爾頓，納濾過主要用于對無機鹽和有機小分子的過濾。Yi He等[18]采用CA納濾膜對C.I.活性橙12、C.I.活性紅24、C.I.活性藍74、C.I.活性黑5和C.I.活性藍13，5種活性染料進行攔截，截留率均高于99%，對染料回收再利用取得進展。Goksen Capar等[19]使用納濾膜對酸性染料廢水進行處理，研究發現廢水被中和后，再經過納濾對色度的去除率為100%，COD、濁度的去除率分別為92%、97%。馬江權等[20]采用微濾-納濾聯用技術處理印染廢水，水質COD去除率大于86%，鹽截留率大于95%，濁度和色度去除率高達100%。

3.4 反滲透

反滲透（reverse-osmosis，RO）早在20世紀70年代就應用于印染廢水處理[21]。曾杭成等[22]研究了BW30和CPA2兩種反滲透膜對印染廢水的處理，結果表明，兩種反滲透膜產水COD均小于10 mg/L，電導率小于80 μs/cm，對有機物去除率可達99%，鹽的去除率93%以上。鄒勇斌等[23]應用反滲透膜深度處理印染廢水，CODCr的去除率97.4%、脫鹽率97.0%，濁度去除率接近100%，廢水回收率80%。葉舟等[24]采用超濾和反滲透連用處理印染廢水并實現廢水回用，COD去除效率99%以上，色度及濁度去除率接近100%，脫鹽率99%以上，廢水的總回用率達到85%。

3.5 雙膜組合法

雙膜組合法近年來逐漸成為國內外研究的熱點之一。雙膜法在對印染廢水的處理和回收利用上表現出巨大的優勢。叢緯等[25]采用超濾/納濾雙膜技術處理印染廢水，COD去除效率90%，濁度去除率90%。付江濤等[26]采用Omexell SFP2860超濾膜和BW30-365FR反滲透膜組合，對浙江紹興以棉類、滌綸類、絲織類、針織等類布匹印染加工的某印染廠廢水進行處理，通過雙膜法處理，CODCr去除率99%以上，濁度、色度去除率接近100%，脫鹽率98%以上。張勇[27]采用“O3+UF+RO”組合工藝對經前處理、生化處理及物化處理和過濾工段的印染廢水進一步處理，COD去除率93%以上，濁度、色度去除率接近100%，脫鹽率97.5%以上。雙膜組合法極大地提高了印染廢水COD、濁度、色度及鹽的去除率，尤其是超濾或納濾膜與反滲透膜的連用，可實現廢水回用，降低了經濟成本。

4 問題及展望

隨著環境的日益惡化，國家對環境保護越來越重視，對印染企業的用水量、排放量和排放標準日趨嚴格，企業的壓力不斷上升，國內外研究者對廢水資源化回用的技術研究越來越多。膜分離技術是一種高新技術，具有高效節能、無污染、工藝簡單、操作簡便、過程易控制等特點，其在印染廢水處理方面的展現出巨大的潛力。

目前膜主要存在以下問題：（1）膜價格較高，膜材料主要依靠進口；（2）膜較易污染并導致膜通量下降；（3）膜組件壽命短，需經常更換，增加運行成本；（4）膜清洗困難，藥劑清洗會改變膜的物化性能并縮短膜的壽命。針對以上問題，開發低價格、抗污染、抗菌、通量高、壽命長、化學穩定性好的膜材料是未來膜發展的重要方向之一。同時針對印染廢水水質的復雜特點在工藝上將膜技術與其他技術（化學、生物技術）有機耦合，開發出如光催化膜、電催化膜、MBR-RO等新的膜技術，使得膜分離技術不斷完善，對現有工藝的不足之處加以彌補，促進印染企業在經濟效益、社會效益與環境效益三方面同步發展。

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