陶美(中藍(lán)連海設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 連云港 222000)

0 引言

我國(guó)印染紡織生產(chǎn)量比較大，印染紡織產(chǎn)生的工業(yè)廢水較多，在工業(yè)廢水總排放量中可以占到三分之一以上[1]。印染廢水屬于有害廢水，因其水量較大，色度高、鹽度高、堿性強(qiáng)，水質(zhì)變化比較大等特點(diǎn)，已經(jīng)成為環(huán)境污染重要影響因素，治理難度比較大[2]。就當(dāng)前印染行業(yè)的現(xiàn)狀看，其產(chǎn)生的廢水實(shí)際回用率僅能達(dá)到7%，紡織行業(yè)整體廢水回用率不到10%，廢水回用率相對(duì)較低[3]。在新型助劑和染劑開發(fā)與應(yīng)用過程中，廢水處理工作難度明顯增加。

為使印染行業(yè)獲得可持續(xù)發(fā)展，將環(huán)境污染存在的潛在危害消除，須加強(qiáng)對(duì)印染廢水回用技術(shù)的研究工作。膜分離技術(shù)運(yùn)用于印染廢水處理中具有較強(qiáng)可行性，反滲透工藝由于脫鹽率比較高，可以將廢水中存在的離子物質(zhì)與有機(jī)物截留下，保證出水實(shí)現(xiàn)低鹽度以及無色，因此這一技術(shù)是印染廢水進(jìn)行回用時(shí)使用的主要工藝[4]。但是這一技術(shù)在應(yīng)用時(shí)對(duì)水質(zhì)有較高要求，二級(jí)生化的出水水質(zhì)難以滿足反滲透工藝對(duì)進(jìn)水水質(zhì)的要求，需對(duì)反滲透進(jìn)水進(jìn)行預(yù)處理，使反滲透裝置穩(wěn)定運(yùn)行，有效控制并減輕膜污染問題。具體實(shí)施時(shí)，應(yīng)合理選用預(yù)處理工藝，使得反滲透裝置穩(wěn)定運(yùn)行，降低運(yùn)行成本。該研究以實(shí)現(xiàn)某污水處理廠試驗(yàn)基地的二級(jí)生化出水的回用為主要目的，結(jié)合印染廢水二沉池出水時(shí)懸浮物膠體、有機(jī)物、色度比較高的特點(diǎn)，細(xì)致考察了組合工藝A、B、C對(duì)印染廢水污染物的去除效果，詳細(xì)解析去除機(jī)理，進(jìn)而為反滲透工藝運(yùn)用于印染廢水處理以及回用提供一定理論和技術(shù)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 用水水質(zhì)試驗(yàn)工作

試驗(yàn)過程中的用水為某地區(qū)中試基地的二沉池出水，處于1號(hào)調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池當(dāng)中的廢水有70%以上屬于印染廢水[5]。就印染企業(yè)來講，生產(chǎn)面料主要為滌綸、棉、腈綸、羊毛、絲綢等，染料屬于酸性染料、活性染料和分散染料?；匚锘蜕幚硎褂玫墓に嚍?ABR和普通曝氣池[6]。

1.2 試驗(yàn)主要裝置

混凝沉淀池的主要設(shè)備為絮凝池、混合池、攪拌機(jī)、沉淀池等，混合池長(zhǎng)、寬、高分別為260 mm、260 mm、650 mm；絮凝池長(zhǎng)、寬、高分別為690 mm、690 mm、1 000 mm；BAC，即生物活性炭濾池，是直徑為500 mm柱體，材質(zhì)為UPVC(硬聚氯乙烯)，總高3.8 m，實(shí)際超高0.4 m，活性炭濾料的高度為2.0 m，墊層高度達(dá)到0.3 m[7]。使用的超濾設(shè)備為浸沒式超濾，通過錯(cuò)流方式進(jìn)行過濾，設(shè)備長(zhǎng)、寬、高分別為970 mm、820 mm、1 100 mm，其中膜組件屬于3 組SMM-1010類型的超濾膜[8]。反滲透裝置構(gòu)成為原水水箱、保安過濾器、進(jìn)水泵、反滲透膜組件、高壓泵、濃水水箱、產(chǎn)水水箱、管路等。

1.3 具體設(shè)計(jì)

利用三種不同組合工藝作為反滲透預(yù)處理技術(shù)，分析三種工藝對(duì)印染廢水污染物的實(shí)際去除率。工藝A運(yùn)行參數(shù)如下：進(jìn)水流量200 L/h，使用的混凝劑為PAC(聚合氯化鋁)，投加量為75.0 mg/L[9]。工藝 C運(yùn)行參數(shù)如下：BAC的水力停留時(shí)間為2 h，并且氣水比(主要指體積比)為2.5∶1；工藝B運(yùn)行參數(shù)如下：實(shí)際進(jìn)水流量為200 L/h，PAC(聚合氯化鋁)投加量為37.5 mg/L，BAC水力停留時(shí)間2 h，而氣水比為2∶1。

1.4 分析

ρ(CODCr)、ρ(TP)、ρ(NH3-N)、濁 度、UV254、pH采 用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)定。TCU通過廢水于436 nm、525 nm以及620 nm位置吸光度實(shí)際平均值進(jìn)行表征。分析測(cè)定超濾膜的具體膜通量，膜阻力、不可恢復(fù)阻力、濃差極化和濾餅層導(dǎo)致的膜污染阻力，需運(yùn)用合理方法進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果

2.1 三組組合工藝的去除效果

組合工藝A對(duì)CODCr的去除率為48.8%，混凝能夠使膠體顆粒當(dāng)中小分子有機(jī)物出現(xiàn)凝聚，物質(zhì)沉淀之后難以完全去除，通過超濾進(jìn)行過濾截留能夠使這些物質(zhì)獲得進(jìn)一步去除，組合工藝對(duì)CODCr的去除效果良好，能夠滿足反滲透對(duì)進(jìn)水CODCr的要求；同時(shí)和單獨(dú)實(shí)施混凝沉淀相比，混凝沉淀與超濾組合對(duì)于TCU的去除效果可以提高68.3%，同時(shí)組合工藝對(duì)濁度的去除率為99.5%，出水濁度對(duì)應(yīng)平均值為0.21NTU，滿足反滲透對(duì)進(jìn)水濁度的要求；組合工藝A對(duì)UV254的去除效果較好，能夠達(dá)到 45.3%。

組合工藝C對(duì) TCU、CODCr、濁度、UV254的去除率分別為 45.1%、48.3%、99.3%、43.4%，和組合工藝A相比整體要低，原因在于混凝處理能夠使膜面濾餅層的性質(zhì)獲得有效改變，將濾餅層形成的阻力減小，并且，BAC在去除廢水時(shí)，效果往往會(huì)受到廢水自身的可生化性以及活性炭的吸附容量等方面的影響，混凝沉淀與超濾工藝二者之間發(fā)生協(xié)同作用能夠使污染物去除效果較優(yōu)。

組合工藝B與A、C相比(如圖1所示)，對(duì)印染廢水中 TCU、CODCr、濁度、UV254的實(shí)際去除率均獲得了顯著提高，分別為49.2%、53.0%、99.5%、50.0%，這主要是因?yàn)榻M合工藝B中混凝沉淀能夠截留污水中存在的膠體、固體懸浮物和大分子物質(zhì)，BAC可以運(yùn)用物理截留方式將污水中存在的顆粒物進(jìn)一步去除，并且能夠基于微生物使污水中含有的有機(jī)物進(jìn)一步降解，同時(shí)超濾作為工藝最后的進(jìn)水屏障，可以保證組合工藝B的出水水質(zhì)。

圖1 三種組合工藝去除效率對(duì)比圖

2.2 組合預(yù)處理工藝實(shí)施對(duì)于反滲透系統(tǒng)后續(xù)運(yùn)行產(chǎn)生的影響

不同組合工藝在去除印染廢水二級(jí)出水中的污染物時(shí)，效果會(huì)存在一定的差異，并對(duì)反滲透裝置的實(shí)際運(yùn)行產(chǎn)生一定影響。這就需要在預(yù)處理工藝處于運(yùn)行情況下，針對(duì)不同組合工藝的出水對(duì)反滲透裝置的運(yùn)行產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析。壓力差ΔP為表征反滲透裝置運(yùn)行情況的有效指標(biāo)，并且脫鹽率能夠反映反滲透裝置的膜污染程度，脫鹽率實(shí)際上和預(yù)處理的出水水質(zhì)存在關(guān)聯(lián)性，也就是實(shí)施預(yù)處理時(shí)，組合工藝的出水水質(zhì)越好，則脫鹽率便會(huì)越高。采用組合工藝A、組合工藝B、組合工藝C的出水作為反滲透裝置的進(jìn)水，反滲透裝置的脫鹽率分別為98.0%、98.2%、97.5%，由此可見，組合工藝B的出水水質(zhì)優(yōu)于組合工藝A、C。

2.3 組合預(yù)處理工藝產(chǎn)生的膜污染

使用歸一化膜通量J/J0表征組合工藝中超濾膜實(shí)際污染情況，三種組合工藝J/J0均有所下降。對(duì)于直接超濾來講，這項(xiàng)工藝運(yùn)行一段時(shí)間以后會(huì)出現(xiàn)膜通量下降情況，下降十分迅速，超濾膜在運(yùn)行8 h以后會(huì)降到原來的50%，這主要由于水中的膠體以及有機(jī)物在膜表面積累，造成濃差極化層，并且膜孔隙會(huì)有雜質(zhì)進(jìn)入，在膜內(nèi)部吸附，使膜孔密度以及膜孔徑減少。印染廢水二級(jí)生化處理后的出水，膠體含量、懸浮物含量比較大，上述物質(zhì)的粒徑與膜孔徑相比更大，運(yùn)用超濾工藝進(jìn)行直接處理，比較容易在膜表面吸附，進(jìn)而產(chǎn)生濾餅層。同時(shí)運(yùn)用錯(cuò)流過濾這種方式，能夠使得膜表面上出現(xiàn)的局部污染物在濃度上有所增加，導(dǎo)致邊界流阻力明顯增加，造成傳質(zhì)推動(dòng)力明顯下降以及濃差極化。組合工藝能夠處理印染廢水的二級(jí)生化出水，使其滿足反滲透回用的進(jìn)水要求。針對(duì)印染廢水展開預(yù)處理，旨在降解廢水的懸浮物膠體和有機(jī)污染物，減少膠體、懸浮物、大分子物質(zhì)在超濾膜表面的沉積，進(jìn)而使超濾膜在運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷減輕。三種組合工藝當(dāng)中，組合工藝B的J/J0下降速率小于組合工藝A小于組合工藝C，這在一定程度上表明組合工藝B可以使濾餅層和濃差極化減輕。

3 分析與效果對(duì)比

印染廢水的危害性較大，主要體現(xiàn)在以下幾方面：首先，染料產(chǎn)生的危害。印染廢水產(chǎn)生色度的主要因素為染料。全世界范圍內(nèi)紡織用染料實(shí)際生產(chǎn)量可以達(dá)到40多萬噸，進(jìn)行印染加工時(shí)，有10%～20%的染料會(huì)隨廢水逐漸排出，主要排入到大海、江湖、地面水中。廢水中的染料可以吸收光線，將水體整體透明度減少，并且對(duì)水生生物以及微生物生長(zhǎng)產(chǎn)生不良影響，這對(duì)水體自凈較為不利，并且形成視覺方面的污染。在對(duì)水體產(chǎn)生嚴(yán)重污染的同時(shí)，也會(huì)影響人類身體健康。因此，需要嚴(yán)格控制染料的排出，特別是毒害程度比較嚴(yán)重的染料，包括偶氮類、酞菁銅鹽類等染料。

其次，重金屬產(chǎn)生的危害，鉛、鉻、汞這些重金屬鹽類，通過一般生化形式難以將其降解，它們可以長(zhǎng)期存在自然環(huán)境中，同時(shí)通過食物鏈影響對(duì)人類健康產(chǎn)生威脅。一般來講，重金屬鉻在印染加工時(shí)用量會(huì)比較多，并且染色工藝往往會(huì)將重鉻酸鉀作為氧化劑以及媒染劑。除此之外，印花輥筒相關(guān)制備耗鉻量較大，鉻具有一定致癌性，需尤其關(guān)注其排放以及綜合利用。

最后，對(duì)易形成甲醛的含鉻防水劑、樹脂整理劑以及部分陽離子柔軟劑，這些物質(zhì)危害程度相對(duì)也比較大，不能通過傳統(tǒng)方法進(jìn)行處理污染應(yīng)嚴(yán)格控制其排放。堿、酸、鹽等物雖然無害，但仍然會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響。近幾年，含氮磷化合物在清洗劑中大量使用，使廢水中氮磷總含量明顯增高，導(dǎo)致水體會(huì)出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化等問題，池塘出現(xiàn)大面積死魚以及近海水域赤潮便是因?yàn)樗w富營(yíng)養(yǎng)化，需要控制這類物質(zhì)整體使用量。因此，印染廢水需運(yùn)用反滲透預(yù)處理相關(guān)技術(shù)促進(jìn)其回用，減少污染物的排放。

在三種組合工藝當(dāng)中，組合工藝B對(duì)二級(jí)生化出水的TCU、CODCr、濁度、UV254實(shí)際去除率分別為49.2%、53.0%、99.5%、50.0%，和其他兩種組合方式相比明顯更優(yōu)。

4 結(jié)語

通過組合工藝A、組合工藝B以及組合工藝C處理后的出水作為反滲透進(jìn)水，反滲透裝置的脫鹽率分別為 98.0%、98.2%、97.5%。由此可見，組合工藝B獲得的預(yù)處理效果和其他兩個(gè)組合工藝相比更優(yōu)，組合工藝B的超濾膜阻力上升速率最慢，可以使濾餅層和濃差極化減輕。使用組合工藝B獲得的反滲透預(yù)處理效果可以達(dá)到最佳。