膜分離技術(shù)在印染廢水中的應(yīng)用
摘要:介紹了膜的種類,膜分離印染廢水的應(yīng)用情況,展望了膜分離技術(shù)在印染廢水中的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞:印染;廢水;膜;分離
我國工業(yè)行業(yè)中,紡織工業(yè)的排污量排在第4位,其中印染 廢水占80%,而廢水及染料的回用率卻小于10%。隨著我國水 資源短缺的日趨嚴(yán)重化,建設(shè)集約型新型無污染的生產(chǎn)模式,保 護(hù)生態(tài),成為建設(shè)小康型社會的新奮斗目標(biāo)。所以印染廢水的 深度處理及回用愈發(fā)顯得重要。
膜分離技術(shù)處理印染廢水具有選擇性好、生產(chǎn)效率高、設(shè)備 簡單、操作方便、無相變和節(jié)能等特點,在印染廢水的處理上具 有潛在的應(yīng)用前景。印染廢水經(jīng)膜分離技術(shù)處理后可去除廢水 中大量有機物,降低廢水硬度和離子濃度。處理后的廢水可用 作工藝用水或沖洗用水使用,同時也可回收部分染料或印染助 劑等。耐高溫膜處理印染廢水還可降低印染過程的能耗。隨著 膜制備技術(shù)的不斷發(fā)展,膜分離技術(shù)已成為印染廢水處理的一 種重要手段。
1 印染廢水的特點
印染廢水所含的顏色及污染物主要由天然有機物及人工 成有機物形成,廢水色度大。由于不同纖維織物在印花和染色 過程中使用的染料不同,上染率不同,染料的殘留形態(tài)也不同 致使排放廢水的色度在幾百倍到幾萬倍之間不等。
印染廢水水質(zhì)變化大,COD可高達(dá)到2 060~3 000 mg/L 隨著新型助劑、漿料的使用,有機污染物的BOD與COD小于 0·2,可生化性低,處理難度增大。
為使染色溶液和印花色漿更好地上染到不同織物上,需要 在不同pH值條件下進(jìn)行染色,因此所排放廢水的pH值也不 同,尤其是棉及其混紡織物印染加工中需要加入堿,廢水pH值 較高。印染加工大多在高溫條件下進(jìn)行,廢水的水溫較高,由于 加工織物的品種不同,所需要的染色溫度和水量也不同,使排放 的廢水的溫度和排放量不同。
印染廢水中含有染料等有色污染物,不利于水中植物進(jìn)行 光合作用,也導(dǎo)致水生動物缺乏食物。同時印染廢水中含有硫 酸或硫酸鹽,排放后與土壤接觸,容易產(chǎn)生硫化氫,引起植物根 部腐爛,也不利于微生物生長,導(dǎo)致土壤惡化。
水資源短缺和環(huán)保壓力使得世界各國非常重視印染廢水的 處理。
2 膜分離法在印染廢水中的應(yīng)用
印染廢水的處理方法很多,包括物理法、生物法和化學(xué)法。 國內(nèi)的印染廢水處理主要以生化法為主,或者將化學(xué)法與之串 聯(lián)。膜分離技術(shù)處理印染廢水具有選擇性好,生產(chǎn)效率高,設(shè)備 簡單,操作方便,無相變和節(jié)能及處理成本低等優(yōu)點,無論從經(jīng) 濟(jì)的角度還是從環(huán)保角度,膜分離技術(shù)都具有優(yōu)勢。
2·1 膜分離技術(shù)種類
膜分離法是利用膜的微孔進(jìn)行過濾,利用膜的選擇透過性, 將廢水中的某些物質(zhì)分離出來的方法。目前用于印染廢水處理 的膜分離法主要是以壓力差作為推動力,如反滲透、超濾、納濾 等方式。膜分離法是一種新型分離技術(shù),具有分離效率高、能耗 低、工藝簡單、操作方便、無污染等優(yōu)點。但由于該技術(shù)需要專 用設(shè)備、投資高且膜有易結(jié)垢堵塞等缺點,目前還未能大范圍推 廣。
2·1·1微濾
微濾(Microfiltion,MF),其分離機理與傳統(tǒng)的過濾篩分機 理相同,膜孔的大小,膜材料的親水性,吸附和電性能是決定分 離效果的決定性因素。在MF用于印染廢水領(lǐng)域,已有很多人 做過工作[1~2],對染料分子的截留率均在95%以上,采用陶瓷微 濾膜脫色率高達(dá)98%,且透過液可回用[3]。酚醛樹脂微濾碳膜 在膜通量達(dá)到0.05 m3/(m2·h)以上,截留率可達(dá)到100%[4]。 但一般微濾膜的截留顆粒直徑約在0.02~10μm之間,大 于印染廢水中大多數(shù)顆粒的直徑,因此應(yīng)用范圍有限。
2·1·2超濾
超濾(ultrafitration,UF)是依靠膜表面的微孔結(jié)構(gòu)對物質(zhì) 進(jìn)行選擇分離的,超濾分離可以實現(xiàn)大小分子的分離、濃縮及凈 化。超濾的膜孔徑為0.001~0.05μm,截留分子量為500~ 5 000,依靠膜表面的微孔結(jié)構(gòu)對物質(zhì)進(jìn)行選擇性分離,膜孔具 有阻塞、阻滯,吸附雜質(zhì)的作用。上世紀(jì)80年代對染料的超濾 回收率即可達(dá)到95%[5]。染料的回收必須根據(jù)廢水中染料的 種類、分子量大小、聚集狀態(tài)、水溶性等性質(zhì),選擇適宜的膜材料 和膜分離方法。分散染料等不溶性染料可用超濾中空纖維膜進(jìn) 行分離,脫色率可達(dá)99%以上,透過液可作為中性水再利用,含 染料的濃縮液也可直接回用[6]。王靜榮等[7]采用兩級串聯(lián)的超 濾卷式磨技術(shù)處理退漿廢水中的PVA漿料,回收率達(dá)到95%
2·1·3反滲透
反滲透(Reverse Osmosis, RO)是利用反滲透膜只允許溶 劑透過而截留離子性物質(zhì)的特性,以膜兩側(cè)靜壓差為推動力,克 服溶劑的滲透壓,實現(xiàn)對液體混合物分離的膜過程。反滲透膜 的選擇性與膜孔大小、結(jié)構(gòu)、物化性質(zhì)有關(guān)。目前反滲透的機理 仍在爭論中。對反滲透膜應(yīng)用于印染廢水開始于上個世紀(jì)70 年代[8]。采用反滲透技術(shù)處理,色度去除率在99%以上,透過 液幾乎無色,廢水回收率大大提高。反滲透主要用于超濾、納濾 后廢水深度處理及染料回收等方面。但反滲透需要的滲透壓很 高,運行成本會增加,其使用逐步被淘汰。
2·1·4納濾
納濾(Nanofiltration,NF)是一種壓力驅(qū)動型膜分離過濾, 截留分子量在200~2 000 Da,其膜為多荷電的復(fù)合膜,具有不 對稱結(jié)構(gòu),同時具有軟化水的作用。這項技術(shù)在1988年就開始 應(yīng)用[9],但當(dāng)時膜透過通量低。后來改進(jìn)后,對混合燃料的截留 率達(dá)99%,97%以上的廢水可被回用[10]。納濾分離效果、膜垢 的形成以及膜壽命與印染廢水的預(yù)處理和膜器件的結(jié)構(gòu)和形式 有著直接關(guān)系。膜通量的下降主要是由于滲透壓和濃差極化而 引起的,酸對膜通量的影響很大,極少量的乙酸就會引起膜通量 的顯著下降。另外,酸還會對膜垢的形成以及染料和鹽的截留 率產(chǎn)生影響[11]。納濾主要去除印染廢水中的COD、色度、硬度 和難生物降解污染物等。
2·2 膜技術(shù)在印染廢水處理中的應(yīng)用狀況
國內(nèi)外學(xué)者和公司對膜分離技術(shù)在印染廢水或染料廢水的 處理表現(xiàn)出濃厚的興趣。Mahewsjal[12]等用聚砜類條束式超濾 膜處理染料廢水,對分子量大于60的有機染料截留率達(dá)96%~ 98%,條束式PVC膜和聚丙烯腈膜與聚砜一樣,對染料有較好 的截留率。美國杜邦公司用中空纖維膜反滲透裝置處理了9種 染料廢水,溶解固體去除率達(dá)80%~95%,染料平均回收率為 75%~85%。美國Newjersey州ciba公司染料化工廠[13]對水 溶性廢水只需RO或NF處理后,每天可回收染料230 kg左右, 50%~75%的水實現(xiàn)回用,廢水處理費用大幅度降低。
2·2·1膜分離技術(shù)組合處理
印染廢水的高鹽度、可生化性差,使用超濾和反滲透雙膜技 術(shù)進(jìn)行處理[14],結(jié)果顯示混合使用對有機物和鹽的去除率分別 達(dá)到99%和93%。這種工藝的出水色度低,有機物含量低,可 回用到對水質(zhì)要求最高的淺染色工藝等任何生產(chǎn)工序。使用微 濾-納濾/反滲透相結(jié)合的處理技術(shù),能有效降低COD值、硬度、 導(dǎo)電率等[15]。美國SaraLee紡織廠主要使用活性染料進(jìn)行羊毛 染色,印染廢水活性染料的濃度很高。大部分工業(yè)廢水色度為 5 000~7 000(稀釋倍數(shù)法以倍計)顏色很深的廢水同時包含了 大量的氯化鈉,該公司選擇超濾和納濾技術(shù)去除色度和其他懸 浮固體,并將氯化鈉和處理水在染色工藝中再用,廢水處理能力 為7.5~350 t,通過溶質(zhì)回收,每年節(jié)省約35萬美元,其中包括 鹽水回收的24.5萬美元和廢水回用的10萬美元。
2·2·2膜分離技術(shù)與其他技術(shù)的組合
有人采用抽樣與納濾結(jié)合工藝處理經(jīng)生化后的廢水[16],將 臭氧作為納濾的預(yù)處理工藝,結(jié)果發(fā)現(xiàn),經(jīng)納濾處理后,電導(dǎo)率 下降超過43%。采用絮凝-臭氧-超濾技術(shù)處理直接排放的廢 水,色度去除率達(dá)93%,COD去除達(dá)66%[15]。
3 膜分離在印染廢水處理方面的發(fā)展方向
膜分離技術(shù)用于印染廢水處理具有能耗低、工藝簡單、不污染 環(huán)境等特點,在廢水的治理及回用中的應(yīng)用越來越多。在國內(nèi)外已 有不少研究,如馮冰凌等[17]采用殼聚糖超濾膜處理印染廢水,COD 去除率可達(dá)80%左右,脫色率超過95%；钚蕴刻畛涔不斓母男 殼聚糖超濾膜,經(jīng)適當(dāng)交聯(lián)后用于酸性紅染料廢水的分離脫色,最 大脫色截留率達(dá)98.8%。但是膜分離技術(shù)由于濃差極化、膜污染及 膜的價格較貴、更換頻率較快等原因,使處理成本較高,從而嚴(yán)重阻 礙了膜分離技術(shù)更大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。
因此,膜分離技術(shù)的主要發(fā)展應(yīng)從以下幾個方面展開:
(1)化學(xué)穩(wěn)定性高、抗污染、抗菌的新型膜的研制,特別是性 能優(yōu)良的有機膜和成本低的無機膜的研制;
(2)膜分離理論的進(jìn)一步完善,特別是納濾過程基礎(chǔ)理論的 發(fā)展與完善;
(3)膜分離技術(shù)與其它分離技術(shù)相結(jié)合,開發(fā)新型的膜分離 設(shè)備及工藝,解決污垢形成和膜堵塞問題;
(4)大通量膜、動態(tài)膜等新型膜組器件的開發(fā)與設(shè)計,可以 降低生產(chǎn)成本,防止膜污染;
(5)針對印染廢水的復(fù)雜性,研制和開發(fā)不同的廢水的專用 膜及專用工藝過程。
參考文獻(xiàn)（略）
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