反滲透雙膜工藝處理印染廢水研究進(jìn)展

水處理網(wǎng)訊:摘要：為了更好地指導(dǎo)印染廢水膜分離工藝選型，分析了印染廢水的來源和水質(zhì)特征，總結(jié)了常見物理法、化學(xué)法、生物法處理工藝的特點(diǎn)與潛在問題，比較了超濾-反滲透、微濾-反滲透、膜生物反應(yīng)器-反滲透等雙膜工藝對紡織廢水的處理效果與應(yīng)用情況；同時(shí)，有針對性地對今后反滲透雙膜工藝的科研攻關(guān)重點(diǎn)和創(chuàng)新發(fā)展進(jìn)行了展望。

引言

我國是一個(gè)水資源極度匱乏的國家， 水資源人均占有量僅為世界人均占有量的四分之一，而且存在分布不均，利用率低等問題。我國的紡織工業(yè)一直存在著能耗水耗高、污染嚴(yán)重的問題[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)， 我國每天印染廢水的排放量高達(dá)400 萬t，印染廠每加工100 m 的織物就會(huì)產(chǎn)生3~5 t 的廢水[2]。紡織行業(yè)廢水水量大，但是其廢水回用率卻僅有4 %，是當(dāng)前工業(yè)廢水回用率最低的行業(yè)[3]。因此目前水資源的短缺已經(jīng)嚴(yán)重影響了印染行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。同時(shí)，隨著紡織印染行業(yè)科技的進(jìn)步和不斷創(chuàng)新，化學(xué)合成原料（染料和助劑）使用量大大增加，使印染廢水呈現(xiàn)多元復(fù)雜化的趨勢，抗氧化、抗生物降解、抗光降解型染料和助劑的開發(fā)和使用對于紡織廢水的處理又新增一大難題[4-7]。因此為了實(shí)現(xiàn)印染廢水的可持續(xù)發(fā)展， 提高廢水回用率是緩解我國水資源現(xiàn)狀首要解決的問題。

1 印染廢水的來源及特點(diǎn)

印染廢水是印染各個(gè)工序產(chǎn)生的廢水混合體系，主要由退漿廢水、煮煉廢水、漂白廢水、絲光廢水、染色廢水、印花廢水等組成，因此印染廢水具有以下特點(diǎn)[8-11]：

（1） 水量大，成分復(fù)雜。印染廠每生產(chǎn)100 m織物就會(huì)產(chǎn)生3~5 t 的廢水；

（2） 色度高，有機(jī)物濃度高。染料是造成廢水色度的主要因素， 紡織過程中的染料（如活性染料、還原染料、硫化染料等）及其對應(yīng)的各種助劑都是有機(jī)合成的，因此有機(jī)物含量較高；

（3） 鹽度高，毒性大。染料中含有砷、鉻等重金屬離子。

此外，印染廢水中的難降解有機(jī)物含量較高，進(jìn)入水體后長時(shí)間存留在水體中不能去除， 大多數(shù)物質(zhì)具有毒性，經(jīng)過食物鏈的累積和富集，最終進(jìn)入人體內(nèi)，危害人們的健康[12-13]。印染各工序的廢水組成及特點(diǎn)詳見表1。

2 印染廢水的傳統(tǒng)處理方法及優(yōu)缺點(diǎn)

常見的印染廢水處理方法有物理法、化學(xué)法、生物法[14-17]。

其中物理法是將污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移以實(shí)現(xiàn)凈化水體的作用。常見的物理法有吸附法、膜分離法、磁分離法等。由于不能將污染物消除，因此常常作為印染廢水的預(yù)處理方法， 以便回收廢水中的染料分子、降低鹽度和金屬離子濃度，提高其可生化性，但物理法不能去除水中的膠體和疏水染料，僅能吸附陽離子染料、酸性染料和活性染料。

化學(xué)法是將污染物進(jìn)行氧化分解或電解分解成小分子物質(zhì)再進(jìn)行小分子的脫除。常見的化學(xué)法有化學(xué)氧化法、電化學(xué)法、高級(jí)氧化法等。這種方法進(jìn)行印染廢水的脫色能夠取得較好的效果，但是運(yùn)行成本高、能耗高、對親水性染料脫色較差，大規(guī)模推廣應(yīng)用有一定困難。

生物法是利用微生物酶來氧化或還原染料分子，破壞其不飽和鍵及發(fā)色基團(tuán)，從而達(dá)到處理目的的一種印染廢水處理方法。常見的生物法有活性污泥法、臭氧氧化法、好/厭氧氧化法等。生物法能將難生化降解的大分子污染物分解掉， 改善印染廢水的可生化性，同時(shí)具有操作簡單、運(yùn)行費(fèi)用低、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)。但是生物法處理印染廢水的不足之處在于微生物對營養(yǎng)物質(zhì)、pH、溫度等條件有一定的要求， 難以適應(yīng)印染廢水水質(zhì)波動(dòng)大、染料種類多、毒性高的特點(diǎn)。

實(shí)際的印染廢水處理過程中通常是幾種常用方法的組合，以取得最佳處理效果。但是傳統(tǒng)方法處理后的印染廢水雖然能夠達(dá)到廢水排放的標(biāo)準(zhǔn)，但距離廢水回用的標(biāo)準(zhǔn)相差較遠(yuǎn)，因此需要尋求分離性能更好的工藝進(jìn)行印染廢水深度處理與回用[18]。

3 膜分離技術(shù)在印染廢水處理中的應(yīng)用

膜分離技術(shù)因其分離效率高、操作簡單、過程易控制、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，符合我國當(dāng)前環(huán)境保護(hù)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略國情。近年來膜分離技術(shù)在印染廢水的處理中得到了廣泛的應(yīng)用[2，18]。膜分離法進(jìn)行印染廢水的處理是根據(jù)不同的廢水特點(diǎn)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益選擇孔徑大小適合的膜進(jìn)行廢水處理。

4 反滲透技術(shù)在印染廢水深度處理中的應(yīng)用

印染廢水中的懸浮物、大分子等可以通過超濾、微濾或其他分離技術(shù)處理，但是處理后的出水水質(zhì)仍然存在鹽度高的問題。目前脫鹽工藝一般采用反滲透技術(shù)。20 世紀(jì)60 年代發(fā)展起來的膜分離技術(shù)，主要依靠膜壓差來促進(jìn)溶劑和溶質(zhì)的分離。近年來反滲透膜因其優(yōu)異的膜分離性能（如可以截留微生物、CODCr、BOD5、小分子以及離子等，只有水分子和溶劑分子可以通過，對鈉離子的截留率高達(dá)99.5 %等）成為印染廢水處理的研究熱點(diǎn)[19-21]。

印染廢水通過反滲透膜的處理后能夠回用到紡織行業(yè)生產(chǎn)中的各個(gè)工序， 且回用率達(dá)50 %~70 %，能夠產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但是反滲透膜也存在著易污染、使用壽命短、操作費(fèi)用高等缺陷， 因此為了給后續(xù)的反滲透體系提供穩(wěn)定合格的進(jìn)水水質(zhì)， 印染廢水在進(jìn)入反滲透系統(tǒng)之前需要先進(jìn)行一步篩分過濾， 符合反滲透膜的進(jìn)水水質(zhì)要求。因此單一的膜法水處理技術(shù)已經(jīng)很難滿足當(dāng)下的產(chǎn)水水質(zhì)要求和經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢， 故采用雙膜法或多膜法來進(jìn)行印染廢水的深度處理及回用是當(dāng)前廢水處理的發(fā)展趨勢及研究熱點(diǎn)[22-23]。常見的反滲透雙膜組合工藝有超濾-反滲透，微濾-反滲透，膜生物反應(yīng)器-反滲透等。

4.1 超濾-反滲透系統(tǒng)

超濾技術(shù)去除懸浮物、大分子物質(zhì)效果良好，能夠有效避免反滲透系統(tǒng)的污染， 高效穩(wěn)定的去除污染物， 在反滲透的預(yù)處理和中水回用等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用， 是當(dāng)前印染廢水深度處理回用中使用最多的一種雙膜法水處理技術(shù)。

如蘇南某印染公司主要開發(fā)銷售高檔棉質(zhì)衣物，印染廢水中含有大量的染料、助劑，種類較多且復(fù)雜。該公司采用預(yù)處理系統(tǒng)+超濾-反滲透的工藝對印染廢水進(jìn)行深度處理及回用， 運(yùn)行結(jié)果顯示：色度去除率及CODCr 去除率分別達(dá)到了98.8 %和94.2 %， 反滲透過濾后出水水質(zhì)電導(dǎo)率約55.3~83 μs/cm，硬度≤10 mg/L，出水水質(zhì)中未檢測出鐵錳等重金屬離子， 達(dá)到了紡織印染工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，且廢水回用率達(dá)到了50 %[24]。

如南方某印染公司采用過濾器系統(tǒng)+超濾-反滲透工藝技術(shù)處理印染廢水，運(yùn)行結(jié)果表明：經(jīng)過超濾-反滲透雙膜系統(tǒng)過濾后，出水的各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于紡織染整工業(yè)廢水中的廢水回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，且出水電導(dǎo)率達(dá)到了17 μs/cm，CODCr 和BOD5 均未檢測出，出水可回用于染色工序中[25]。

如圣山集團(tuán)的廢水也采用超濾-反滲透雙膜系統(tǒng)進(jìn)行廢水深度處理及回用， 運(yùn)行結(jié)果顯示回用系統(tǒng)設(shè)計(jì)出水水質(zhì)可以回用于印染工序， 詳細(xì)進(jìn)水水質(zhì)和出水水質(zhì)見表2[26]。

4.2 微濾-反滲透系統(tǒng)

微濾膜的膜孔相對較大， 因此只能用于簡單的粗過濾，去除細(xì)菌病毒等大分子物質(zhì)。其發(fā)揮的作用與超濾技術(shù)相似， 均作為反滲透技術(shù)的預(yù)處理方法。

如佛山某化纖織造公司采用多介質(zhì)過濾-活性炭過濾-YD 微濾-反滲透的處理工藝， 工程實(shí)踐表明出水水質(zhì)可以達(dá)到印染行業(yè)的用水要求，可回用于印染行業(yè)[27]。

張景麗等[28]對某集團(tuán)印染廢水采用水解酸化-接觸氧化-連續(xù)微濾-反滲透的處理工藝進(jìn)行深度處理回用， 結(jié)果表明反滲透的出水水質(zhì)優(yōu)于企業(yè)染整軟水標(biāo)準(zhǔn)，可以回用于染整階段，回用率達(dá)到了66.7 %。

4.3 膜生物反應(yīng)器-反滲透系統(tǒng)

膜生物反應(yīng)器主要是結(jié)合膜分離和生物反應(yīng)器兩者優(yōu)點(diǎn)的水處理技術(shù)， 該法使得系統(tǒng)性能更加完善。膜生物反應(yīng)器主要是在生物反應(yīng)器中保持高活性污泥濃度，提高生物處理有機(jī)負(fù)荷，提高印染廢水的可生化性[29-30]。

邢奕等[31]采用膜生物反應(yīng)器-反滲透工藝對印染廢水進(jìn)行深度處理及回用的實(shí)驗(yàn)。研究表明，原水經(jīng)過膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)處理后， 色度、COD、SS 的去除率分別達(dá)到了87.5 %、89.9 %和100 %。膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)的出水水質(zhì)滿足了反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水水質(zhì)要求，通過反滲透系統(tǒng)處理后，鹽度和硬度的去除率分別達(dá)到了99.64 %和99.62 %，同時(shí)可進(jìn)一步去除剩余的色度和COD，系統(tǒng)出水水質(zhì)滿足生產(chǎn)回用的要求。

5展望

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展， 廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格， 傳統(tǒng)處理方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工業(yè)的要求，而膜分離技術(shù)作為一種高新技術(shù)，其污染物去除效率高、設(shè)備簡單、操作方便、無相變和節(jié)約能源等方面的特點(diǎn)， 使其在印染廢水處理方面的應(yīng)用具有巨大的潛力。其中反滲透技術(shù)的去除率高、脫鹽率高、出水水質(zhì)優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，使得反滲透技術(shù)在水處理領(lǐng)域受到了廣泛的應(yīng)用。

原標(biāo)題:反滲透雙膜工藝處理印染廢水研究進(jìn)展