雙膜法處理印染廢水及其回用的工程應用
1 廢水水質(zhì)
浙江紹興某印染廠以棉類、滌綸類、絲織類、針織等類布匹印染加工為主，在生產(chǎn)過程中，排放的廢水有機污染物含量高、組分復雜、色度深、堿性強，工藝用水經(jīng)生產(chǎn)使用后，一部分排放至附近火力發(fā)電廠進行除塵沖灰用，另一部分排至污水處理廠集中治理。
廠方擬對廢水進行清濁分流，COD及色度較高的第一道染色廢水及高堿量廢水作為濁流水，其水量2 500t/d左右，CODCr~5 000~30 000 mg／L，色度800-2 000倍，該濁流水保持原處理方式不變。其他一部分COD較低的淺色漂洗廢水等清流水．其水量3 600t/d左右，CODCr~220~600 mg／L，濁度30~50NTU，色度20~70倍，電導率1 200~1600μS／cm，pH 6．5~12之間。廠方擬對清流水進行深度處理后回用，在控制廢水排放總量的同時，減少取水量和污水排放量，將有效水資源進行回收循環(huán)利用，從而達到節(jié)能減排的目的。
2 處理工藝
目前，我國印染廢水處理普遍采用物化處理+生化處理工藝[1]，但這類常規(guī)處理方法有一些弊端，如占地面積大，出水水質(zhì)受進水水質(zhì)波動影響較大，操作復雜等[2~3]。根據(jù)原水水質(zhì)特點，該清流水處理回用采用常規(guī)絮凝沉淀+多介質(zhì)過濾(MMF)+超濾膜法(UF)+反滲透膜法(RO)的工藝進行處理，該工藝具有占地面積小、處理水量大、產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定、全自動PLC+上位機控制運行、操作簡單等特點。其工藝流程如圖1所示。
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該工藝流程可以劃分為3個部分：預處理、超濾膜處理和反滲透膜處理。
系統(tǒng)所有在線儀表均采用GF+SIGNET儀表，加藥裝置均采用MILTON ROY計量泵，COD檢測采用上海安銳5B-3BCOD快速檢測儀，濁度檢測采用HACH 2100P型便攜濁度計，色度檢測采用上海精勝SD9011型水質(zhì)色度儀。
2．1預處理
采用冷卻塔將原廢水水溫降到合適范圍，以保證后續(xù)膜處理設(shè)備的最佳運行溫度。冷卻塔風機的啟動根據(jù)冷卻塔出水口在線溫度變送器溫度來控制，當冷卻塔出水溫度>30℃時，風機自動啟動，溫度<25℃時，風機自動停機。
加酸調(diào)節(jié)原廢水的pH，以保證次氯酸鈉的最佳水解條件[4]。加酸量由冷卻塔出口設(shè)置的在線pH計自動控制，控制冷卻塔出水pH為7左右，原水pH<7．不加酸。
冷卻塔出水加次氯酸鈉以去除一部分原廢水中的COD．減輕后續(xù)設(shè)備的運行負荷。
聚合氯化鋁(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)間隔投加于冷卻塔出水管，進絮凝反應池進行反應，反應時間15 min。絮凝后進斜板沉淀池進行沉淀，HRT約為1 h。斜板沉淀池上清液進清水池，供多介質(zhì)過濾器使用。沉淀池污泥經(jīng)污泥泵抽出后，排至空地，自然干化后處理。
多介質(zhì)過濾器采用常規(guī)濾料，包括粗石英砂、細石英砂和片狀無煙煤。多介質(zhì)過濾器運行一定時間后．濾料頂部會形成一層厚厚的污染物濾餅，影響濾速和產(chǎn)水量，應定期對多介質(zhì)過濾器進行氣擦和水反沖洗，以保持正常運行。
多介質(zhì)過濾器產(chǎn)水直接進入超濾膜裝置，在多介質(zhì)過濾器進水管加次氯酸鈉去除一部分COD，以減輕后續(xù)超濾膜的運行負荷，并可降低超濾膜設(shè)備的跨膜壓差。此外，次氯酸鈉還可以保證超濾產(chǎn)水有一定余氯值，以抑制超濾產(chǎn)水池中細菌和藻類的滋生。加藥量由超濾產(chǎn)水余氯值來控制。
2．2超濾膜處理
采用兩套超濾膜裝置，超濾膜采用DOW公司的Omexell SFP2860超濾膜，處理水量>3 600 t／d，系統(tǒng)回收率>95％，裝置運行30~45 min進行一次夾氣反洗，反洗過程中加次氯酸鈉，以保證膜的產(chǎn)水通量。
由于原廢水水質(zhì)較差，正常運行過程中還加設(shè)分散反洗步驟，分散反洗采用加酸、加堿、加次氯酸鈉，浸泡、沖洗的方式進行。加藥的順序按先酸洗、后堿洗的方式進行。
在反滲透系統(tǒng)不運行的情況下，超濾產(chǎn)水可供車間印染前漂洗布和沖洗印染料使用。
2．3反滲透膜處理
采用兩套反滲透膜裝置，反滲透膜采用DOW公司的BW30-365FR抗污染反滲透膜，處理水量>3 200t/d。系統(tǒng)回收率>60％。裝置采用連續(xù)運行，定時沖洗的方式，沖洗采用反滲透產(chǎn)水。反滲透進水投加阻垢劑，以減少反滲透膜污堵結(jié)垢的風險。
反滲透產(chǎn)水供車間印染調(diào)漿和印染后工序使用。
2．4化學清洗裝置
系統(tǒng)連續(xù)運行一段時間后，隨著膜截留污染物和鹽類的增加，會出現(xiàn)超濾膜和反滲透膜表面污堵的現(xiàn)象，使得膜的壓差增大，當增大到一定程度后，產(chǎn)水量會下降，此時需對超濾膜和反滲透膜進行化學清洗，以達到理想的產(chǎn)水量。
3 系統(tǒng)運行效果與討論
系統(tǒng)通過一個月的連續(xù)運行，出水水量穩(wěn)定，水質(zhì)狀況良好。就回用水和原工藝用水對印染產(chǎn)品質(zhì)量影響進行了對比，結(jié)果表明二者在印花、印染質(zhì)量和特性上沒有明顯差異。
3．1 對CODCr的去除效果
系統(tǒng)對CODCr的去除效果如圖2所示。
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系統(tǒng)運行中原廢水CODCr在317~475 mg／L，通過絮凝沉淀、多介質(zhì)過濾器和超濾膜處理后，對CODCr的平均去除率為80％左右，經(jīng)過反滲透膜處 理后的產(chǎn)水，CODCr均在2 mg／L以下，去除率達到了99％以上。
本系統(tǒng)中CODCr的去除主要依靠絮凝沉淀、次氯酸鈉氧化、超濾和反滲透來實現(xiàn)。Omexell超濾膜的典型孔徑在0．01～0．1 μm之間[5]，通過微孔截留廢水中的膠體物質(zhì)和可溶性大分子有機物，起到去除CODCr的作用。但是很大一部分印染廢水的CODCr是由于印染工藝生產(chǎn)中添加染料和助劑引起的[6]，是溶解性的小分子污染物，超濾膜的孔徑不能截留，所以超濾產(chǎn)水中仍然殘留一定的CODCr。DOW的反滲透膜可截留納米級[7]、數(shù)百相對分子質(zhì)量的顆粒，從而進一步去除廢水中的小分子溶解性CODCr，使系統(tǒng)對CODCr的總?cè)コ蔬_到99％以上。
3．2對濁度的去除效果
斜板沉淀池(plate sedimentation tank，PST)、多介質(zhì)過濾器、超濾對濁度的去除效果如圖3所示。
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系統(tǒng)運行中原廢水濁度在31．4~47．5 NTU，經(jīng)過絮凝后斜板沉淀池對濁度的去除率在50％以上，多介質(zhì)過濾器對濁度的去除率在75％以上．超濾對濁度的去除率在95％以上。整個系統(tǒng)對濁度的去除率接近100％。
斜板沉淀池通過絮凝沉淀作用使原廢水中的大顆粒的懸浮物和膠體物質(zhì)得以沉淀去除，從而去除濁度。多介質(zhì)過濾器和超濾都是通過微孔過濾方式來去除廢水中的濁度，二者結(jié)合能基本去除水中的濁度。
由于超濾膜已基本去除了原廢水中的濁度，反滲透膜孔徑更小，其產(chǎn)水濁度已經(jīng)接近于零。
3．3對色度的去除效果
斜板沉淀池、超濾、反滲透對色度的去除效果如圖4所示。
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系統(tǒng)進水色度為45~64倍，從圖4可以看出經(jīng)過絮凝沉淀后色度有很大改善，去除率在55％左右，超濾對色度的去除不明顯，而反滲透基本去除了廢水中的色度。
由此可以看出，絮凝沉淀去除原廢水中的大顆粒和膠體物質(zhì)，對原廢水色度的去除有較大作用，超濾膜由于過濾孔徑較大，對色度的去除效果不明顯。整個系統(tǒng)基本去除掉了原廢水中的色度。
3．4對鹽分的去除效果
水中的鹽分可用電導率來表現(xiàn)，由于絮凝沉淀只能去除大的污染物，對原廢水的電導率影響不大。超濾膜過濾孔徑較大，只能去除大分子顆粒，不能去除鹽類。這里只對反滲透系統(tǒng)的進出水電導率進行比較，結(jié)果見圖5。
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RO進水電導率為l 240．3～1 409．7μS／cm．RO產(chǎn)水電導率為17．4-20．9 μS／cm。RO使電導率下降98％以上。RO膜濾徑在納米級，能去除相對分子質(zhì)量在數(shù)百以下的分子和離子，使得廢水中大部分鹽分被去除掉，RO產(chǎn)水電導率在20μS／cm左右。
3．5超濾運行跨膜壓差變化趨勢
超濾膜運行的跨膜壓差(transmembrane pressure，TMP)是一個重要指標，即超濾膜進水壓力和產(chǎn)水壓力之間的差值，它是完成膜過濾的推動力。TMP與膜產(chǎn)水通量在一定的范圍內(nèi)呈正比關(guān)系．但達到一定程度后，TMP對產(chǎn)水通量的增加作用將急劇減弱，產(chǎn)水量將急劇降低。Omexell超濾膜的最大允許跨膜壓差為0．21 MPa[4]。一般跨膜壓差達到0．1 MPa以上，需對超濾膜進行化學清洗。單套超濾裝置運行跨膜壓差和產(chǎn)水量變化如圖6所示。
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隨著超濾膜截留污染物的不斷增加，超濾膜通量也隨之下降，超濾膜跨膜壓差呈上升趨勢，產(chǎn)水量也隨之下降8．5％。
3．6反滲透運行壓差變化趨勢
反滲透膜運行壓差(△P)是一個重要指標，△P是指反滲透進水壓力和濃水壓力之間的差值！鱌與膜產(chǎn)水通量之間的關(guān)系和超濾膜類似。單套反滲透裝置運行壓差和產(chǎn)水量變化如圖7所示。
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隨著反滲透膜截留污染物和鹽分的不斷增加，反滲透膜通量也隨之下降，反滲透膜運行壓差呈上升趨勢，產(chǎn)水量也隨之下降19．3％。
4 經(jīng)濟效益分析
整個系統(tǒng)運行經(jīng)濟效益分析見表1。
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從表1可以看出，該工程投資回收快，經(jīng)濟效益顯著。反滲透產(chǎn)水達到工業(yè)純水標準，為廠方印染生產(chǎn)提供了第二水源，投資回報率很高。每年減排CODCr585 t，環(huán)境效益明顯。廠方積極參與環(huán)保的事跡得到當?shù)卣隙ê臀镔|(zhì)獎勵。
5 結(jié)論
(1)整個系統(tǒng)對CODCr的去除率達到了99％以上，對濁度、色度的去除率均接近100％，反滲透對鹽分的去除率在98％以上。超濾產(chǎn)水和反滲透產(chǎn)水分別回用于車間，滿足印染工藝要求。
(2)隨著系統(tǒng)的連續(xù)運行，超濾膜和反滲透膜都有一定程度的污染，壓差有所上升，產(chǎn)水量有所下降。
(3)相對常規(guī)印染廢水處理方法，雙膜法具有操作簡單、出水水質(zhì)穩(wěn)定、運行費用較低、經(jīng)濟和環(huán)境效益顯著等特點。
[參考文獻]
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[7]DOW．DOW FILMTECTM反滲透膜和納濾膜元件產(chǎn)品與技術(shù)手冊[Z]DOW Chemical FILMTEC,2008：5–6．
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