膜分离技术处理印染废水在我国的应用及发展趋势

2022-09-11

引言

纺织工业是我国传统产业, 在促进国民经济发展和保障人民生活中起着非常重要的作用, 然而我国作为纺织大国每年排放的印染废水量高达30×108t, 占全国工业废水排放总量的35%, 但回收率不到10%[1]。

一、印染废水的来源与特性

印染废水的主要来源于退浆、煮练、漂白、丝光、染色、后处理等工序中排放的废水, 该废水具有色度大、有机物含量高、可生化性差、含盐量高、电导率大、水质变化范围大、p H值变化大、水文水量变化大以及生物毒性等特点[1]。

二、膜分离技术在印染废水处理中的应用

1. 微滤技术在印染废水处理中应用

微滤的膜孔径为0.05-20.00微米, 一般能去除水中的细菌、固体颗粒等, 其分离机制与传统的过滤筛分机制基本相同, 膜物理结构是分离效果的决定性因素, 微滤主要用于染色废浆和洗涤水中不溶物、悬浮固体等的脱除, 以及超滤、纳滤、反渗透的前处理[2]。李炜[3]等研究了多孔陶瓷微滤膜对印染废水的过滤效果, 对操作压力、错流速度以及运行时间等操作参数进行了探讨。结果表明, 操作压力为0.275Mpa, 错流速度为2.5m·s-1, 运行时间20min后COD和NH3-N的去除率分别达到了30%和20%左右。

2. 超滤技术在印染废水处理中应用

超滤是一种筛孔分离过程, 在静压差为推动力的作用下, 原料液中溶剂和小溶质粒子从高压的料液测透过膜到低压侧, 一般称为滤出液或透过液, 而大粒子组分被膜所阻拦, 使他们在滤液中浓度增大。超滤的筛孔径小, 可截留病毒、细菌、胶体、有机大分子、油脂、蛋白质、悬浮物等。张伟[4]等采用特种耐碱超滤膜对印染废水中的丝光淡碱进行了回收, 回收率95%以上;在洗毛废水处理中采用超滤膜法使较高温度的透过液直接回用于洗毛装置, 废水中的羊毛脂得到富集, 提高了离心萃取提取羊毛脂的效率;在丝胶回收中采用超滤膜分离技术使丝胶蛋白质被膜阻拦, 水和小分子则透过膜从而达到丝胶蛋白质浓缩分离目的;采用超滤技术对染料进行了回收。

3. 纳滤技术在印染废水处理中应用

纳滤技术是一种压力驱动型膜分离技术, 介于反渗透和超滤之间, 主要应用于废水净化处理、饮用水和工业水纯化。纳滤膜对相对分子质量在200-1000的有机物和高价离子具有很高的截留率, 而对单价盐和小分子物质截留则很低, 只有部分无机盐可以通过纳滤膜。童佳[5]等针对二级处理后达标排放的印染废水采用纳滤膜技术深度处理回用, 研究了纳滤膜去除污染物的影响因素及最佳操作条件。结果表明, 当纳滤膜的运行压力为0.65Mpa, 回流率为1.5, 运行周期为25d, 纳滤膜对色度、COD、TDS的平均去除率分别达到91.5%、93.8%、96.2%;出水色度小于4倍, COD为8mg·L-1, TDS质量浓度为100 mg·L-1, 出水水质满足某印染厂用水水质要求, 成本仅为2.63元·t-1, 具有良好的市场应用前景。

4. 反渗透滤技术在印染废水处理中应用

反渗透膜采用纳米级分离材料, 截留对象是所有离子, 处理后, 离子和大部分有机物不能透过膜成为浓缩液, 便于回收有用物质, 而水分子透过膜成为透析液, 可回用于印染生产工序。对水质要求高的印染用水, 可采用反渗透膜进行脱盐处理。常向真[6]介绍了某公司印染废水反渗透膜处理工程设计, 设计表明反渗透膜工程回用率最佳值为50%, 实际产水成本仅为1.507元·t-1, 说明开展污水处理回用能产生一定的经济效益和社会效益。

5. 双膜组合技术在印染废水处理中应用

在印染废水处理方面, 双膜组合技术在实际运用中具有很强的优势。马江权, 郭楠[7]采用微滤-纳滤联用装置对印染废水生化二沉池出水进行深度处理, 研究表明, 处理后的水质COD去除率大于86%, 盐截率大于95%, 浊度和色度去除率高达100%。叶舟, 王敏[8]采用超滤-反渗透膜工艺对印染废水进行处理, 出水COD及色度几乎检测不出, 浊度小于0.1NTU, COD去除效率达到99%以上, 色度及浊度去除率近100%。邢奕[9]等采用膜生物反应器 (MBR) -反渗透 (RO) 工艺对印染废水进行深度处理实验, 原水经MBR系统处理后, COD去除率、SS去除率和色度去除率分别达89.9%、100%和87.5%。MBR系统处理出水进入RO系统进行处理, 硬度去除率和除盐率分别达到99.62%和99.64%, 同时可进一步除去剩余的COD、色度。系统出水水质满足生产回用的要求。夏衍[10]等采用MBR-NF技术处理印染废水, 结果表明MBR出水的COD为94%, COD、NH3-N和TN的去除率分别达到了87%、95.8%和70.2%, 出水水质满足GB4287-92, 再经过NF处理后出水COD, 色度、p H值分别为11-30mg/L、2.3-7.4倍、8.06-8.21, 水质可满足印染工艺回用要求。

三、新型膜生物技术

膜生物反应器 (MBR) 是近年来国内外研究与应用发展比较迅速的一种废水处理新技术[11], 它将膜分离技术和生物反应器相结合的新型废水处理技术, 它实现了水力停留时间和污泥停留时间的彻底分离, 增加了生物反应器中的活性污泥的浓度, 从而增强了对废水中有机物的生物降解[12]。

1. 膜生物反应器与活性炭结合技术

刘建伯[13]等利用新型膜生物反应器处理技术, 以配置的印染废水为原水, 原水COD浓度为775-835 mg/L, 出水COD为51-65 mg/L, COD的去除率在93%左右, 通过厌氧-好氧-膜过滤的降解后, 色度大幅度降低。

2. 微网膜生物反应器

陆苇菁[14]采用100目滤布膜组件和生物反应器构成的微网膜生物反应器处理印染废水。结果表明, 该微网膜生物反应器对有印染废水的处理效果很好, COD和NH3-N的平均去除率达85%, 色度平均去除率达90%, 且抗冲击负荷能力强, 出水水质稳定。

3. 新型海藻式膜生物反应器

陈强[14]等采用混凝沉淀法对印染废水进行预处理, 然后采用新型海藻式膜生物反应器对印染废水进行活性污泥法处理实验研究, 通过对COD、BOD、NH3-N、TN、TP、色度、浊度等水质指标连续进行测定、分析和处理, 考察MBR队印染废水的降解效果, 并观察系统运行情况和膜组件污染状况。实验结果表明, 海藻式MBR对印染废水的处理效果良好, 出水浊度低于0.3NTU, 对COD、BOD、色度、NH3-N、TN、TP的去除率分别可达90%、94%、91.4%、87.8%、86.4%。海藻式MBR还能够降低MBR膜丝根部的污染。

4. 新型陶瓷膜组合生物反应器

目前单一废水处理技术处理效果均不太理想, 多技术联用 (如陶瓷膜过来技术和其他技术联用) 已经成为印染废水处理技术的发展趋势。陶瓷膜技术也发展较快, 从最初的摸索实验到各种方法制备陶瓷膜的应用, 有机陶瓷膜的诞生, 现在无机陶瓷膜的的发展势头比较迅猛。吴俊[15]等研究了无机陶瓷膜处理印染废水过程, 考察了膜孔径, 操作条件对处理结果的影响及清洗剂和清洗时间对清洗效果的影响。结果表明:选用200nm的Al2O3膜管处理印染废水效果较好, 合适的操作条件为:膜面流速4.2m/s, 操作压力0.2Mpa, 温度为30℃, 此时渗透通量为129.64L/m2·h, CODCr的截留率达65%以上, 色度去除率达90%以上。选择1.5mol/L硝酸溶液为清洗剂, 清洗20min后, 通量恢复到原来的81%以上。

5. A/O型序批式膜生物反应器处理技术

徐高田[16]课题组将缺氧/好氧 (A/O) 工艺与聚偏氟乙烯 (PVDF) 中空纤维超滤膜组合成为一体式膜生物反应器应用于印染废水处理, 对该工艺的最佳工况进行了研究, 试验结果表明:水力停留时间为30h, 曝气量在0.56-0.8m3/h (DO在3.0-5.0mg/L) 之间, p H为8.0左右, 水温控制在25℃左右的工艺条件比较高效。

6. 膜集成技术在印染废水处理中应用

谢鹏伟, 杜启云[17]采用膜集成技术处理印染废水进行了中试研究, 中试的原水为生化处理后的二沉淀出水。中试结果表明:连续膜过滤进水压力的变化十分稳定, 对COD的截留效果良好, 连续微滤产水的膜污染指数 (SDI) 值一直维持在较低的水平。

四、化学-生物膜处理技术

吴慧芳, 王世和[18]采用应用折流式水解-复合膜生物法处理印染污水, COD与色度去除效果显著。组合工艺出水COD在100mg/L以下, 总去除率90%以上, 出水色度为6倍以下, 色度去除率达97%以上, 达到纺织印染行业一级排放标准, 其中ABR段的COD去除率在50%-65%, MBR段的去除率在78%-85%, COD的去除主要在MBR段, 而色度去除主要在ABR段。此外, 还对MBR段的HRT、污泥浓度、曝气量的影响进行了试验研究, 结果表明, MBR段适宜的HRT为8-12h, 污泥浓度为3-8.5g/L, 气水比为23:1-31:1。

周书葵[19]等采用催化氧化-ABR-MBR工艺对印染废水进行处理, 设置的反应装置为格栅、调节池、沉淀池、催化氧化池、ABR池、MBR池、中间水池、回用水池、污泥处理系统等, 试验表明:系统运行可靠、处理方便、剩余污泥量少、污泥性质稳定、耐冲击负荷、处理效果显著, 出水水质良好。经实际核算, 废水站运行时实际电耗为920kw·h/d, 即耗电量不高于1 kw·h/d, 药剂费约0.5元/m3, 合计实际运行费为1-1.1元/m3。

孙超[20]等采用电解絮凝-水解酸化-MBR法处理印染废水, 原水为整个印染过程处理后的高色度废水, 设计处理水量为5000m3/h, 改进后的工艺流程为原水-人工筛网-集水井-沉砂池-p H调整池-电解絮凝池-气浮池-冷却塔-水解酸化池-好氧池-接触氧化池-膜区-出水。试验表明:对SS的去除效果较为稳定, 出水浊度基本接近于零, 色度基本稳定在35倍左右, 出水COD基本稳定在100mg/L, 平均去除率为92.23%。

高丽琼的课题组[21]以印染废水为研究对象, 探讨了混凝沉淀-水解酸化-膜生物反应器工艺处理印染废水的可行性, 试验确定PAC为处理印染废水的最佳混凝剂。确定水解酸化反应器中MLSS为8g/L, HRT为16h, MBR反应器中MLSS位8g/L/左右, H R T为8h比较合理。MBR反应器ui有机物的去处主要取决于生物反应的效果, 膜的截留作用强化了MBR对色度和COD的去除。

陈前荣[22]等采用采用水解酸化-接触氧化-微电解-MBR-R O组合工艺深度处理印染废水并回用于生产, 实际运行情况表明, 该工艺处理效果较好, 运行稳定。RO的出水CODCr<10mg/L, 无悬浮物, 无色, 浓水CODCr、SS色度分别为125mg/L, 17mg/L、8倍, 浓水出水水质远优于三级标准, 直接接入城市污水管网。