印染废水回用的反渗透预处理技术

陶美(中蓝连海设计研究院有限公司，江苏 连云港 222000)

0 引言

我国印染纺织生产量比较大，印染纺织产生的工业废水较多，在工业废水总排放量中可以占到三分之一以上[1]。印染废水属于有害废水，因其水量较大，色度高、盐度高、碱性强，水质变化比较大等特点，已经成为环境污染重要影响因素，治理难度比较大[2]。就当前印染行业的现状看，其产生的废水实际回用率仅能达到7%，纺织行业整体废水回用率不到10%，废水回用率相对较低[3]。在新型助剂和染剂开发与应用过程中，废水处理工作难度明显增加。

为使印染行业获得可持续发展，将环境污染存在的潜在危害消除，须加强对印染废水回用技术的研究工作。膜分离技术运用于印染废水处理中具有较强可行性，反渗透工艺由于脱盐率比较高，可以将废水中存在的离子物质与有机物截留下，保证出水实现低盐度以及无色，因此这一技术是印染废水进行回用时使用的主要工艺[4]。但是这一技术在应用时对水质有较高要求，二级生化的出水水质难以满足反渗透工艺对进水水质的要求，需对反渗透进水进行预处理，使反渗透装置稳定运行，有效控制并减轻膜污染问题。具体实施时，应合理选用预处理工艺，使得反渗透装置稳定运行，降低运行成本。该研究以实现某污水处理厂试验基地的二级生化出水的回用为主要目的，结合印染废水二沉池出水时悬浮物胶体、有机物、色度比较高的特点，细致考察了组合工艺A、B、C对印染废水污染物的去除效果，详细解析去除机理，进而为反渗透工艺运用于印染废水处理以及回用提供一定理论和技术依据。

1 材料和方法

1.1 用水水质试验工作

试验过程中的用水为某地区中试基地的二沉池出水，处于1号调节池，调节池当中的废水有70%以上属于印染废水[5]。就印染企业来讲，生产面料主要为涤纶、棉、腈纶、羊毛、丝绸等，染料属于酸性染料、活性染料和分散染料。基地物化和生化处理使用的工艺为 ABR和普通曝气池[6]。

1.2 试验主要装置

混凝沉淀池的主要设备为絮凝池、混合池、搅拌机、沉淀池等，混合池长、宽、高分别为260 mm、260 mm、650 mm；絮凝池长、宽、高分别为690 mm、690 mm、1 000 mm；BAC，即生物活性炭滤池，是直径为500 mm柱体，材质为UPVC(硬聚氯乙烯)，总高3.8 m，实际超高0.4 m，活性炭滤料的高度为2.0 m，垫层高度达到0.3 m[7]。使用的超滤设备为浸没式超滤，通过错流方式进行过滤，设备长、宽、高分别为970 mm、820 mm、1 100 mm，其中膜组件属于3 组SMM-1010类型的超滤膜[8]。反渗透装置构成为原水水箱、保安过滤器、进水泵、反渗透膜组件、高压泵、浓水水箱、产水水箱、管路等。

1.3 具体设计

利用三种不同组合工艺作为反渗透预处理技术，分析三种工艺对印染废水污染物的实际去除率。工艺A运行参数如下：进水流量200 L/h，使用的混凝剂为PAC(聚合氯化铝)，投加量为75.0 mg/L[9]。工艺 C运行参数如下：BAC的水力停留时间为2 h，并且气水比(主要指体积比)为2.5∶1；工艺B运行参数如下：实际进水流量为200 L/h，PAC(聚合氯化铝)投加量为37.5 mg/L，BAC水力停留时间2 h，而气水比为2∶1。

1.4 分析

ρ(CODCr)、ρ(TP)、ρ(NH3-N)、浊 度、UV254、pH采 用标准方法进行测定。TCU通过废水于436 nm、525 nm以及620 nm位置吸光度实际平均值进行表征。分析测定超滤膜的具体膜通量，膜阻力、不可恢复阻力、浓差极化和滤饼层导致的膜污染阻力，需运用合理方法进行测定。

2 结果

2.1 三组组合工艺的去除效果

组合工艺A对CODCr的去除率为48.8%，混凝能够使胶体颗粒当中小分子有机物出现凝聚，物质沉淀之后难以完全去除，通过超滤进行过滤截留能够使这些物质获得进一步去除，组合工艺对CODCr的去除效果良好，能够满足反渗透对进水CODCr的要求；同时和单独实施混凝沉淀相比，混凝沉淀与超滤组合对于TCU的去除效果可以提高68.3%，同时组合工艺对浊度的去除率为99.5%，出水浊度对应平均值为0.21NTU，满足反渗透对进水浊度的要求；组合工艺A对UV254的去除效果较好，能够达到 45.3%。

组合工艺C对 TCU、CODCr、浊度、UV254的去除率分别为 45.1%、48.3%、99.3%、43.4%，和组合工艺A相比整体要低，原因在于混凝处理能够使膜面滤饼层的性质获得有效改变，将滤饼层形成的阻力减小，并且，BAC在去除废水时，效果往往会受到废水自身的可生化性以及活性炭的吸附容量等方面的影响，混凝沉淀与超滤工艺二者之间发生协同作用能够使污染物去除效果较优。

组合工艺B与A、C相比(如图1所示)，对印染废水中 TCU、CODCr、浊度、UV254的实际去除率均获得了显著提高，分别为49.2%、53.0%、99.5%、50.0%，这主要是因为组合工艺B中混凝沉淀能够截留污水中存在的胶体、固体悬浮物和大分子物质，BAC可以运用物理截留方式将污水中存在的颗粒物进一步去除，并且能够基于微生物使污水中含有的有机物进一步降解，同时超滤作为工艺最后的进水屏障，可以保证组合工艺B的出水水质。

图1 三种组合工艺去除效率对比图

2.2 组合预处理工艺实施对于反渗透系统后续运行产生的影响

不同组合工艺在去除印染废水二级出水中的污染物时，效果会存在一定的差异，并对反渗透装置的实际运行产生一定影响。这就需要在预处理工艺处于运行情况下，针对不同组合工艺的出水对反渗透装置的运行产生的影响进行分析。压力差ΔP为表征反渗透装置运行情况的有效指标，并且脱盐率能够反映反渗透装置的膜污染程度，脱盐率实际上和预处理的出水水质存在关联性，也就是实施预处理时，组合工艺的出水水质越好，则脱盐率便会越高。采用组合工艺A、组合工艺B、组合工艺C的出水作为反渗透装置的进水，反渗透装置的脱盐率分别为98.0%、98.2%、97.5%，由此可见，组合工艺B的出水水质优于组合工艺A、C。

2.3 组合预处理工艺产生的膜污染

使用归一化膜通量J/J0表征组合工艺中超滤膜实际污染情况，三种组合工艺J/J0均有所下降。对于直接超滤来讲，这项工艺运行一段时间以后会出现膜通量下降情况，下降十分迅速，超滤膜在运行8 h以后会降到原来的50%，这主要由于水中的胶体以及有机物在膜表面积累，造成浓差极化层，并且膜孔隙会有杂质进入，在膜内部吸附，使膜孔密度以及膜孔径减少。印染废水二级生化处理后的出水，胶体含量、悬浮物含量比较大，上述物质的粒径与膜孔径相比更大，运用超滤工艺进行直接处理，比较容易在膜表面吸附，进而产生滤饼层。同时运用错流过滤这种方式，能够使得膜表面上出现的局部污染物在浓度上有所增加，导致边界流阻力明显增加，造成传质推动力明显下降以及浓差极化。组合工艺能够处理印染废水的二级生化出水，使其满足反渗透回用的进水要求。针对印染废水展开预处理，旨在降解废水的悬浮物胶体和有机污染物，减少胶体、悬浮物、大分子物质在超滤膜表面的沉积，进而使超滤膜在运行时的负荷减轻。三种组合工艺当中，组合工艺B的J/J0下降速率小于组合工艺A小于组合工艺C，这在一定程度上表明组合工艺B可以使滤饼层和浓差极化减轻。

3 分析与效果对比

印染废水的危害性较大，主要体现在以下几方面：首先，染料产生的危害。印染废水产生色度的主要因素为染料。全世界范围内纺织用染料实际生产量可以达到40多万吨，进行印染加工时，有10%～20%的染料会随废水逐渐排出，主要排入到大海、江湖、地面水中。废水中的染料可以吸收光线，将水体整体透明度减少，并且对水生生物以及微生物生长产生不良影响，这对水体自净较为不利，并且形成视觉方面的污染。在对水体产生严重污染的同时，也会影响人类身体健康。因此，需要严格控制染料的排出，特别是毒害程度比较严重的染料，包括偶氮类、酞菁铜盐类等染料。

其次，重金属产生的危害，铅、铬、汞这些重金属盐类，通过一般生化形式难以将其降解，它们可以长期存在自然环境中，同时通过食物链影响对人类健康产生威胁。一般来讲，重金属铬在印染加工时用量会比较多，并且染色工艺往往会将重铬酸钾作为氧化剂以及媒染剂。除此之外，印花辊筒相关制备耗铬量较大，铬具有一定致癌性，需尤其关注其排放以及综合利用。

最后，对易形成甲醛的含铬防水剂、树脂整理剂以及部分阳离子柔软剂，这些物质危害程度相对也比较大，不能通过传统方法进行处理污染应严格控制其排放。碱、酸、盐等物虽然无害，但仍然会对环境产生影响。近几年，含氮磷化合物在清洗剂中大量使用，使废水中氮磷总含量明显增高，导致水体会出现富营养化等问题，池塘出现大面积死鱼以及近海水域赤潮便是因为水体富营养化，需要控制这类物质整体使用量。因此，印染废水需运用反渗透预处理相关技术促进其回用，减少污染物的排放。

在三种组合工艺当中，组合工艺B对二级生化出水的TCU、CODCr、浊度、UV254实际去除率分别为49.2%、53.0%、99.5%、50.0%，和其他两种组合方式相比明显更优。

4 结语

通过组合工艺A、组合工艺B以及组合工艺C处理后的出水作为反渗透进水，反渗透装置的脱盐率分别为 98.0%、98.2%、97.5%。由此可见，组合工艺B获得的预处理效果和其他两个组合工艺相比更优，组合工艺B的超滤膜阻力上升速率最慢，可以使滤饼层和浓差极化减轻。使用组合工艺B获得的反渗透预处理效果可以达到最佳。