采用納濾和反滲透兩種膜工藝對(duì)印染廠處理出水進(jìn)行深度處理，以達(dá)到廢水減排、再生回用的目的，主要考察膜性能、處理效果及經(jīng)濟(jì)性等方面的狀況。結(jié)果表明，在性能方面，與反滲透膜相比，納濾膜在較低壓力下即可獲得較高的通量，NF-2#膜的抗污染性能較強(qiáng);在處理效果方面，與反滲透膜相比，納濾膜產(chǎn)水水質(zhì)稍差，NF-1#和NF-2#產(chǎn)水COD分別為150~180 mg/L和120~130 mg/L，產(chǎn)水電導(dǎo)率分別為2 900~3 200μS/cm和2 000~2 300μS/cm。反滲透產(chǎn)水水質(zhì)較好，COD可達(dá)到5 mg/L以下，BW30和CPA2的產(chǎn)水電導(dǎo)率分別穩(wěn)定在38μS/cm和63μS/cm。雖然對(duì)一價(jià)離子的去除率差異較大，但兩種膜工藝對(duì)Mg2+、Ca2+等工業(yè)循環(huán)回用水中最關(guān)注離子的去除率相當(dāng)。在經(jīng)濟(jì)性方面，反滲透和納濾處理成本分別為1.82元/m3和1.53元/m3。膜工藝的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)相當(dāng)明顯。

關(guān)鍵詞：納濾;反滲透;印染廢水;回用

印染行業(yè)廢水排放量大，且隨著水費(fèi)不斷上漲、廢水減排的壓力日益增大，廢水回用技術(shù)將被逐漸推廣，膜技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。納濾和反滲透技術(shù)不僅能去除大部分有機(jī)物，降低COD，而且具有很好的脫鹽效果。除COD、脫色、脫鹽能在一步完成〔1〕，得到較高品質(zhì)的出水，使其能回用于印染環(huán)節(jié)，同時(shí)濃水回流至上一處理工序，實(shí)現(xiàn)廢水零排放〔2〕。C.Allegre等〔3〕利用納濾對(duì)染料廢水脫鹽處理，產(chǎn)水能直接回用于生產(chǎn)過(guò)程中，使生產(chǎn)過(guò)程每年可節(jié)省78 300歐元。N.M.H.ElDefrawy等〔4〕針對(duì)不同印染工序廢水水質(zhì)，采用不同工藝處理廢水，把生物法、納濾和反滲透技術(shù)有效結(jié)合，既能回收部分廢水，又使排放的廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，整個(gè)過(guò)程處理成本僅為0.1元/m3。

1·實(shí)驗(yàn)部分

1.1廢水水質(zhì)

實(shí)驗(yàn)所用印染廢水為浙江某市印染廠實(shí)際廢水，廢水水質(zhì)如表1所示。

未經(jīng)處理前，廢水COD達(dá)到1 900 mg/L，經(jīng)過(guò)生物法處理后，出水COD仍有250 mg/L，未達(dá)到我國(guó)《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 4287—1992)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。本實(shí)驗(yàn)擬將生物法處理后的出水用膜法進(jìn)行深度處理后，進(jìn)一步回用于印染生產(chǎn)過(guò)程之中。

1.2實(shí)驗(yàn)裝置及流程

實(shí)驗(yàn)裝置采用自制板框式NF/RO裝置，單板膜面積為40 cm2，三段串聯(lián)而成，實(shí)驗(yàn)流程見(jiàn)圖1。

原水通過(guò)精密過(guò)濾器預(yù)處理，經(jīng)高壓柱塞泵加壓后，經(jīng)過(guò)壓力平衡器穩(wěn)壓，進(jìn)入膜槽。所有膜使用前在去離子水中浸泡24 h，使膜孔內(nèi)充滿(mǎn)液體。膜片裝入膜框后，用去離子水在1.4 MPa(納濾)或2.8 MPa(反滲透)下預(yù)壓5~10 min，直到通量穩(wěn)定后連續(xù)運(yùn)行。

1.3實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)中采用的反滲透膜為BW30和CPA2兩種;納濾膜采用DL-NF復(fù)合膜)和混合纖維素膜。

1.4分析方法

電導(dǎo)率采用雷磁DDS-ⅡA型電導(dǎo)率儀測(cè)定，濁度根據(jù)GB 13200—1991標(biāo)準(zhǔn)分光光度法測(cè)定，COD用重鉻酸鉀國(guó)標(biāo)法測(cè)定，陰離子采用萬(wàn)通861 Compact IC型自動(dòng)進(jìn)樣離子色譜儀測(cè)定，陽(yáng)離子濃度采用熱電ICP測(cè)定膜對(duì)離子的去除率：

R=(1-Cp/Cf)×100%

式中：Cp———透過(guò)液組分濃度;

Cf———原水組分濃度。

2·實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1膜的純水通量

由于印染廢水的組成比較復(fù)雜，因而在用膜技術(shù)處理印染廢水時(shí)，應(yīng)針對(duì)不同印染廢水選擇材料、結(jié)構(gòu)和性能合適的膜。膜材質(zhì)的選擇主要考慮廢水的pH和染料的種類(lèi)及鹽含量。另外膜的選擇必須確保膜對(duì)印染廢水中色度和COD的有效去除，以達(dá)到一定的處理要求。采用膜的純水通量來(lái)考察膜的本征特性。納濾和反滲透過(guò)程采用的壓力范圍分別為0.6~2.2 MPa和1.8~3.2 MPa，它們的純水通量如圖2所示。

由圖3可知，4種膜通量在某一運(yùn)行周期的初始階段急劇下降，后來(lái)逐漸趨于平緩，這主要是由于在壓力作用下，濃差極化在初始時(shí)刻即形成，廢水滲透壓增加導(dǎo)致膜兩側(cè)凈推動(dòng)力減小;而在后期運(yùn)行中，通量仍有所下降，這主要是由于濃差極化的存在使凝膠層逐漸形成，且不斷被壓實(shí)所致，另外，膜孔堵塞也是后期膜通量下降的重要原因。

圖4為NF-1#膜和BW30膜表面的電鏡圖。

由圖4可知，有機(jī)物析出所形成的凝膠層已覆蓋了膜面，成為膜通量下降的主要原因。由于反滲透過(guò)程操作壓力為2.8 MPa，大于納濾過(guò)程操作壓力(1.4 MPa)，并且反滲透膜較納濾膜更致密，因而反滲透膜對(duì)有機(jī)物以及鹽類(lèi)小分子物質(zhì)的去除效果更明顯，同時(shí)也使得反滲透過(guò)程的濃差極化更嚴(yán)重，凝膠層在高壓下變得更加致密，極大地增加了凝膠層阻力。

從圖3還可看出，無(wú)論反滲透還是納濾，結(jié)構(gòu)更致密的膜通量下降的程度較結(jié)構(gòu)疏松的膜要小得多，說(shuō)明小分子量物質(zhì)對(duì)膜孔的堵塞可能是造成膜污染的一個(gè)重要因素。如6 h后，具有較大膜孔徑的NF-1#膜通量為初始通量的0.45，比反滲透膜的通量下降幅度還大，而相對(duì)致密的NF-2#膜通量穩(wěn)定性則要好得多。對(duì)兩種反滲透膜來(lái)說(shuō)，其結(jié)果比較也是一樣，即BW30比CPA2膜通量穩(wěn)定。

2.3膜對(duì)COD和鹽的去除效果

納濾和反滲透膜產(chǎn)水的COD和電導(dǎo)率，以及膜對(duì)COD和鹽的去除率如圖5、圖6所示，膜對(duì)離子的截留率見(jiàn)圖7所示。

由圖5、圖6可知，納濾產(chǎn)水的COD和電導(dǎo)率都較高，這是由于廢水中部分有機(jī)物和鹽類(lèi)的相對(duì)分子質(zhì)量很小，如廢水中一價(jià)離子Na+、Cl-、NO3-等，納濾膜的篩分作用無(wú)法完全截留這部分小分子質(zhì)量的有機(jī)物，對(duì)一價(jià)離子的截留率也較低，如圖7中所示，NF-2#對(duì)NO3-去除率僅為3.9%，對(duì)Na+的去除率則有65%，NF-1#更是4種膜中對(duì)離子截留率最低的。兩種納濾膜對(duì)SO42-的去除率雖然略高一些，分別為71.7%和78%，但由于SO42-是印染廢水中含量較多的離子之一，因此納濾膜產(chǎn)水電導(dǎo)率還是較高。相比之下，由于反滲透膜是無(wú)孔膜，因此對(duì)有機(jī)物和離子的去除率都較高，產(chǎn)水COD可達(dá)5 mg/L以下，對(duì)離子的去除率在90%以上，其中BW30產(chǎn)水電導(dǎo)率穩(wěn)定在38μS/cm，CPA2產(chǎn)水電導(dǎo)率穩(wěn)定在63μS/cm，產(chǎn)水水質(zhì)遠(yuǎn)超《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 11923—2005)中的相關(guān)指標(biāo)，接近工業(yè)用初級(jí)純水指標(biāo)。

由圖5、圖6還可知，納濾產(chǎn)水COD和電導(dǎo)率隨操作時(shí)間加長(zhǎng)稍有增長(zhǎng)，而COD去除率和脫鹽率則有所下降，這主要是由于濃差極化使膜表面有機(jī)物和離子濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于主體溶液的濃度，這不僅減小了膜兩側(cè)的凈推動(dòng)力，也加快了溶質(zhì)透過(guò)通量。溶質(zhì)傳遞方程：

Js=B·ΔC(1)

式中：Js———溶質(zhì)透過(guò)通量;

B———溶質(zhì)滲透系數(shù);

ΔC———膜兩側(cè)溶質(zhì)濃度差。

由溶質(zhì)傳遞方程可知，在相同操作條件下，B為常數(shù)，溶質(zhì)透過(guò)通量與膜兩側(cè)濃度差成正比。因此濃差極化使膜表面溶質(zhì)濃度增加，ΔC變大，故Js也變大。但隨著凝膠層的形成，膜面有機(jī)物濃度不再變化，隨著產(chǎn)水側(cè)有機(jī)物和離子濃度的增加，ΔC趨向穩(wěn)定，所以產(chǎn)水COD和電導(dǎo)率也趨于穩(wěn)定。

2.4產(chǎn)水水質(zhì)比較

表2為常溫下納濾(1.4 MPa)和反滲透(2.8 MPa)運(yùn)行6 h后的產(chǎn)水水質(zhì)。

由表2可知，反滲透產(chǎn)水COD和電導(dǎo)率均較低，水質(zhì)指標(biāo)遠(yuǎn)超回用標(biāo)準(zhǔn)。納濾產(chǎn)水水質(zhì)比反滲透差，產(chǎn)水COD>100 mg/L，對(duì)一價(jià)離子去除率較低。但是，納濾在低壓下即可獲得較大的通量，且運(yùn)行費(fèi)用低，低壓下對(duì)Mg2+、Ca2+等工業(yè)循環(huán)回用水中最關(guān)注離子的去除率與高壓下反滲透的去除率相當(dāng)，在廢水資源化利用方面潛力很大，這也是目前國(guó)內(nèi)外基礎(chǔ)和應(yīng)用研究中一直青睞納濾的主要原因。

2.5工藝放大及經(jīng)濟(jì)性分析

綜合以上分析，納濾和反滲透在廢水資源化利用領(lǐng)域具有較好的實(shí)用價(jià)值，與常規(guī)工藝相比，納濾與反滲透的脫鹽功能對(duì)提高廢水水質(zhì)、增強(qiáng)生物法處理的效果、防止管道腐蝕等具有重要作用。由于我國(guó)水資源的嚴(yán)重緊缺，隨著水費(fèi)不斷上漲、廢水減排的壓力日益增大，膜工藝過(guò)程的優(yōu)勢(shì)必將越來(lái)越明顯。

3·結(jié)論

實(shí)驗(yàn)采用兩種納濾膜和兩種反滲透膜處理印染廠生物法處理后的出水，考察了納濾和反滲透兩種過(guò)程對(duì)印染廢水資源化回收利用的可行性。結(jié)果表明，反滲透對(duì)印染廢水深度處理效果比較明顯，廢水COD去除率達(dá)到99%以上，兩種反滲透膜對(duì)廢水脫鹽率基本在98%~99%之間，產(chǎn)水水質(zhì)超過(guò)回用標(biāo)準(zhǔn)。納濾過(guò)程產(chǎn)水水質(zhì)低于反滲透，主要是由于廢水中一價(jià)離子和小分子物質(zhì)含量較高，而納濾膜對(duì)其去除率較低，因此實(shí)驗(yàn)中所用的兩種納濾膜NF-1#和NF-2#對(duì)廢水COD去除率分別為30%~50%和47%~53%，對(duì)廢水脫鹽率分別為25%~39%和46%~53%。鑒于納濾操作壓力低，且產(chǎn)水通量大、運(yùn)行費(fèi)用低、低壓下即可對(duì)Mg2+、Ca2+等工業(yè)循環(huán)回用水中最關(guān)注離子達(dá)到與反滲透一樣的去除率等優(yōu)點(diǎn)，納濾在廢水資源化回收利用方面具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。對(duì)反滲透和納濾過(guò)程的成本分析表明，膜工藝在印染廢水節(jié)能減排、資源再生利用等方面將具有廣闊的應(yīng)用前景。

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