印染廢水回用的反滲透預處理技術

陶美(中藍連海設計研究院有限公司，江蘇 連云港 222000)

0 引言

我國印染紡織生產量比較大，印染紡織產生的工業廢水較多，在工業廢水總排放量中可以占到三分之一以上[1]。印染廢水屬于有害廢水，因其水量較大，色度高、鹽度高、堿性強，水質變化比較大等特點，已經成為環境污染重要影響因素，治理難度比較大[2]。就當前印染行業的現狀看，其產生的廢水實際回用率僅能達到7%，紡織行業整體廢水回用率不到10%，廢水回用率相對較低[3]。在新型助劑和染劑開發與應用過程中，廢水處理工作難度明顯增加。

為使印染行業獲得可持續發展，將環境污染存在的潛在危害消除，須加強對印染廢水回用技術的研究工作。膜分離技術運用于印染廢水處理中具有較強可行性，反滲透工藝由于脫鹽率比較高，可以將廢水中存在的離子物質與有機物截留下，保證出水實現低鹽度以及無色，因此這一技術是印染廢水進行回用時使用的主要工藝[4]。但是這一技術在應用時對水質有較高要求，二級生化的出水水質難以滿足反滲透工藝對進水水質的要求，需對反滲透進水進行預處理，使反滲透裝置穩定運行，有效控制并減輕膜污染問題。具體實施時，應合理選用預處理工藝，使得反滲透裝置穩定運行，降低運行成本。該研究以實現某污水處理廠試驗基地的二級生化出水的回用為主要目的，結合印染廢水二沉池出水時懸浮物膠體、有機物、色度比較高的特點，細致考察了組合工藝A、B、C對印染廢水污染物的去除效果，詳細解析去除機理，進而為反滲透工藝運用于印染廢水處理以及回用提供一定理論和技術依據。

1 材料和方法

1.1 用水水質試驗工作

試驗過程中的用水為某地區中試基地的二沉池出水，處于1號調節池，調節池當中的廢水有70%以上屬于印染廢水[5]。就印染企業來講，生產面料主要為滌綸、棉、腈綸、羊毛、絲綢等，染料屬于酸性染料、活性染料和分散染料。基地物化和生化處理使用的工藝為 ABR和普通曝氣池[6]。

1.2 試驗主要裝置

混凝沉淀池的主要設備為絮凝池、混合池、攪拌機、沉淀池等，混合池長、寬、高分別為260 mm、260 mm、650 mm；絮凝池長、寬、高分別為690 mm、690 mm、1 000 mm；BAC，即生物活性炭濾池，是直徑為500 mm柱體，材質為UPVC(硬聚氯乙烯)，總高3.8 m，實際超高0.4 m，活性炭濾料的高度為2.0 m，墊層高度達到0.3 m[7]。使用的超濾設備為浸沒式超濾，通過錯流方式進行過濾，設備長、寬、高分別為970 mm、820 mm、1 100 mm，其中膜組件屬于3 組SMM-1010類型的超濾膜[8]。反滲透裝置構成為原水水箱、保安過濾器、進水泵、反滲透膜組件、高壓泵、濃水水箱、產水水箱、管路等。

1.3 具體設計

利用三種不同組合工藝作為反滲透預處理技術，分析三種工藝對印染廢水污染物的實際去除率。工藝A運行參數如下：進水流量200 L/h，使用的混凝劑為PAC(聚合氯化鋁)，投加量為75.0 mg/L[9]。工藝 C運行參數如下：BAC的水力停留時間為2 h，并且氣水比(主要指體積比)為2.5∶1；工藝B運行參數如下：實際進水流量為200 L/h，PAC(聚合氯化鋁)投加量為37.5 mg/L，BAC水力停留時間2 h，而氣水比為2∶1。

1.4 分析

ρ(CODCr)、ρ(TP)、ρ(NH3-N)、濁 度、UV254、pH采 用標準方法進行測定。TCU通過廢水于436 nm、525 nm以及620 nm位置吸光度實際平均值進行表征。分析測定超濾膜的具體膜通量，膜阻力、不可恢復阻力、濃差極化和濾餅層導致的膜污染阻力，需運用合理方法進行測定。

2 結果

2.1 三組組合工藝的去除效果

組合工藝A對CODCr的去除率為48.8%，混凝能夠使膠體顆粒當中小分子有機物出現凝聚，物質沉淀之后難以完全去除，通過超濾進行過濾截留能夠使這些物質獲得進一步去除，組合工藝對CODCr的去除效果良好，能夠滿足反滲透對進水CODCr的要求；同時和單獨實施混凝沉淀相比，混凝沉淀與超濾組合對于TCU的去除效果可以提高68.3%，同時組合工藝對濁度的去除率為99.5%，出水濁度對應平均值為0.21NTU，滿足反滲透對進水濁度的要求；組合工藝A對UV254的去除效果較好，能夠達到 45.3%。

組合工藝C對 TCU、CODCr、濁度、UV254的去除率分別為 45.1%、48.3%、99.3%、43.4%，和組合工藝A相比整體要低，原因在于混凝處理能夠使膜面濾餅層的性質獲得有效改變，將濾餅層形成的阻力減小，并且，BAC在去除廢水時，效果往往會受到廢水自身的可生化性以及活性炭的吸附容量等方面的影響，混凝沉淀與超濾工藝二者之間發生協同作用能夠使污染物去除效果較優。

組合工藝B與A、C相比(如圖1所示)，對印染廢水中 TCU、CODCr、濁度、UV254的實際去除率均獲得了顯著提高，分別為49.2%、53.0%、99.5%、50.0%，這主要是因為組合工藝B中混凝沉淀能夠截留污水中存在的膠體、固體懸浮物和大分子物質，BAC可以運用物理截留方式將污水中存在的顆粒物進一步去除，并且能夠基于微生物使污水中含有的有機物進一步降解，同時超濾作為工藝最后的進水屏障，可以保證組合工藝B的出水水質。

圖1 三種組合工藝去除效率對比圖

2.2 組合預處理工藝實施對于反滲透系統后續運行產生的影響

不同組合工藝在去除印染廢水二級出水中的污染物時，效果會存在一定的差異，并對反滲透裝置的實際運行產生一定影響。這就需要在預處理工藝處于運行情況下，針對不同組合工藝的出水對反滲透裝置的運行產生的影響進行分析。壓力差ΔP為表征反滲透裝置運行情況的有效指標，并且脫鹽率能夠反映反滲透裝置的膜污染程度，脫鹽率實際上和預處理的出水水質存在關聯性，也就是實施預處理時，組合工藝的出水水質越好，則脫鹽率便會越高。采用組合工藝A、組合工藝B、組合工藝C的出水作為反滲透裝置的進水，反滲透裝置的脫鹽率分別為98.0%、98.2%、97.5%，由此可見，組合工藝B的出水水質優于組合工藝A、C。

2.3 組合預處理工藝產生的膜污染

使用歸一化膜通量J/J0表征組合工藝中超濾膜實際污染情況，三種組合工藝J/J0均有所下降。對于直接超濾來講，這項工藝運行一段時間以后會出現膜通量下降情況，下降十分迅速，超濾膜在運行8 h以后會降到原來的50%，這主要由于水中的膠體以及有機物在膜表面積累，造成濃差極化層，并且膜孔隙會有雜質進入，在膜內部吸附，使膜孔密度以及膜孔徑減少。印染廢水二級生化處理后的出水，膠體含量、懸浮物含量比較大，上述物質的粒徑與膜孔徑相比更大，運用超濾工藝進行直接處理，比較容易在膜表面吸附，進而產生濾餅層。同時運用錯流過濾這種方式，能夠使得膜表面上出現的局部污染物在濃度上有所增加，導致邊界流阻力明顯增加，造成傳質推動力明顯下降以及濃差極化。組合工藝能夠處理印染廢水的二級生化出水，使其滿足反滲透回用的進水要求。針對印染廢水展開預處理，旨在降解廢水的懸浮物膠體和有機污染物，減少膠體、懸浮物、大分子物質在超濾膜表面的沉積，進而使超濾膜在運行時的負荷減輕。三種組合工藝當中，組合工藝B的J/J0下降速率小于組合工藝A小于組合工藝C，這在一定程度上表明組合工藝B可以使濾餅層和濃差極化減輕。

3 分析與效果對比

印染廢水的危害性較大，主要體現在以下幾方面：首先，染料產生的危害。印染廢水產生色度的主要因素為染料。全世界范圍內紡織用染料實際生產量可以達到40多萬噸，進行印染加工時，有10%～20%的染料會隨廢水逐漸排出，主要排入到大海、江湖、地面水中。廢水中的染料可以吸收光線，將水體整體透明度減少，并且對水生生物以及微生物生長產生不良影響，這對水體自凈較為不利，并且形成視覺方面的污染。在對水體產生嚴重污染的同時，也會影響人類身體健康。因此，需要嚴格控制染料的排出，特別是毒害程度比較嚴重的染料，包括偶氮類、酞菁銅鹽類等染料。

其次，重金屬產生的危害，鉛、鉻、汞這些重金屬鹽類，通過一般生化形式難以將其降解，它們可以長期存在自然環境中，同時通過食物鏈影響對人類健康產生威脅。一般來講，重金屬鉻在印染加工時用量會比較多，并且染色工藝往往會將重鉻酸鉀作為氧化劑以及媒染劑。除此之外，印花輥筒相關制備耗鉻量較大，鉻具有一定致癌性，需尤其關注其排放以及綜合利用。

最后，對易形成甲醛的含鉻防水劑、樹脂整理劑以及部分陽離子柔軟劑，這些物質危害程度相對也比較大，不能通過傳統方法進行處理污染應嚴格控制其排放。堿、酸、鹽等物雖然無害，但仍然會對環境產生影響。近幾年，含氮磷化合物在清洗劑中大量使用，使廢水中氮磷總含量明顯增高，導致水體會出現富營養化等問題，池塘出現大面積死魚以及近海水域赤潮便是因為水體富營養化，需要控制這類物質整體使用量。因此，印染廢水需運用反滲透預處理相關技術促進其回用，減少污染物的排放。

在三種組合工藝當中，組合工藝B對二級生化出水的TCU、CODCr、濁度、UV254實際去除率分別為49.2%、53.0%、99.5%、50.0%，和其他兩種組合方式相比明顯更優。

4 結語

通過組合工藝A、組合工藝B以及組合工藝C處理后的出水作為反滲透進水，反滲透裝置的脫鹽率分別為 98.0%、98.2%、97.5%。由此可見，組合工藝B獲得的預處理效果和其他兩個組合工藝相比更優，組合工藝B的超濾膜阻力上升速率最慢，可以使濾餅層和濃差極化減輕。使用組合工藝B獲得的反滲透預處理效果可以達到最佳。