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印染廢水深度處理超濾/反滲透雙膜法工藝

  紡織印染業(yè)是我國排放廢水量較大的工業(yè)行業(yè)。印染廢水的水質(zhì)特點(diǎn)為高色度、高化學(xué)需氧量、高pH、高鹽度、高硬度、低可生化性等,其有機(jī)污染負(fù)荷大,是一類難處理的工業(yè)廢水。在水資源日益匱乏、環(huán)保要求日益嚴(yán)格的形勢下,提高水回用率、減少新鮮水使用、降低廢水排放量勢在必行。常見的印染廢水處理方法主要有物理化學(xué)法、化學(xué)法和生物法。在實(shí)際應(yīng)用中,由于印染廢水水質(zhì)復(fù)雜,使用單一處理方法通常很難獲得理想的處理效果,因此,印染廢水處理常采用多種技術(shù)的組合,以取得最佳凈化效果。盡管如此,目前印染廢水的出水水質(zhì)仍難達(dá)到廢水排放標(biāo)準(zhǔn)和滿足回用要求。膜技術(shù)是新近迅速崛起的一項(xiàng)高新技術(shù)。先進(jìn)的膜技術(shù)產(chǎn)水水質(zhì)好,能直接回用于印染環(huán)節(jié)。近年來,以膜生物反應(yīng)器(MBR)、超濾(UF)、反滲透(RO)為深度處理核心路線的膜法水處理技術(shù)日益得到推廣應(yīng)用。

  選擇UF/RO雙膜法,以印染廢水厭氧/好氧(A/O)工藝的二沉池出水為研究對(duì)象,進(jìn)行膜工藝參數(shù)優(yōu)化和污染物去除研究,旨在為膜設(shè)備在印染行業(yè)的應(yīng)用與推廣提供借鑒與參考。

  1、材料與方法

  1.1 材料

  超濾膜,聚偏氟乙烯(PVDF)材質(zhì),1.2m3•h-1,BW400-FR反滲透膜,美國陶氏(DOW)。

  1.2 印染廢水

  試驗(yàn)用水系紹興某染整有限公司A/O工藝的二沉池出水。水質(zhì)指標(biāo)如下:溫度23~26℃,pH值6.8~9.5,色度32倍,濁度5.93NTU,全鹽量2.53×103mg•L-1,懸浮物(SS)含量12mg•L-1,化學(xué)需氧量(CODCr)219mg•L-1,總氮(TN)含量8.14mg•L-1,總磷(TP)含量0.383mg•L-1,氨氮含量2.79mg•L-1。

  1.3 膜集成設(shè)備

  膜系統(tǒng)集成在一個(gè)機(jī)架當(dāng)中,分為超濾系統(tǒng)和反滲透系統(tǒng)2個(gè)子體系。各子體系可以單獨(dú)運(yùn)行,亦可同時(shí)連續(xù)運(yùn)行。裝置處理量為2~5m3•d-1。

  超濾膜的主要運(yùn)行參數(shù)如下:進(jìn)水壓力,0.02~0.04MPa,產(chǎn)水壓力,0~0.02MPa,進(jìn)水流量,1.2m3•h-1,產(chǎn)水流量,1.1m3•h-1,反沖壓力,0~0.04MPa,反沖流量,1.5m3•h-1。

  反滲透膜的主要運(yùn)行參數(shù)如下:進(jìn)水壓力,0.99~1.05MPa,濃水壓力,0.94~1.01MPa,循環(huán)流量,0.85~1.10m3•h-1,產(chǎn)水流量,0.012~0.264m3•h-1,產(chǎn)水TDS(總?cè)芙庑怨腆w物質(zhì)),6.39mg•L-1。

  2、結(jié)果與分析

  2.1 膜集成設(shè)備通量變化

  為了了解膜集成設(shè)備的通量變化,在運(yùn)行初期監(jiān)測膜通量隨運(yùn)行壓力的變化,結(jié)果如圖1所示??梢钥闯?,膜通量隨運(yùn)行壓力的增加而變大,但考慮到對(duì)膜的損傷,以及對(duì)膜污染、膜生產(chǎn)參數(shù)、脫鹽率等的影響,最終確定運(yùn)行壓力為1MPa,此時(shí)膜系統(tǒng)的產(chǎn)水量為4.6m3•d-1,可滿足試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

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  2.2 膜集成設(shè)備的運(yùn)行效果

  2.2.1 電導(dǎo)率變化

  如圖2所示,生化水的電導(dǎo)率為3.60~3.63mS•cm-1,UF產(chǎn)水的電導(dǎo)率為4.16~4.18mS•cm-1,RO產(chǎn)水的電導(dǎo)率為0.035~0.037mS•cm-1。UF產(chǎn)水的電導(dǎo)率高于生化水電導(dǎo)率。這可能與超濾膜系統(tǒng)前端利用加藥系統(tǒng)投加了NaClO藥劑,但超濾膜系統(tǒng)對(duì)NaClO并沒有攔截能力有關(guān)。RO系統(tǒng)對(duì)生化水電導(dǎo)率的去除率平均達(dá)99.0%以上。

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  2.2.2 色度變化

  如圖3所示,生化水的顏色為棕色,色度30~34倍,UF產(chǎn)水的色度為13~16倍,RO產(chǎn)水的色度在46.7%~56.7%,RO工藝對(duì)色度的去除率在96.9%~97.7%。超濾膜的截留分子量在10萬u,而色素分子量較小,極易通過超濾膜。RO系統(tǒng)對(duì)色度有比較穩(wěn)定、明顯的去除效果。這是因?yàn)?a href="http://jintianmj.com/" target="_blank" class="keylink">反滲透膜具有致密的結(jié)構(gòu),化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,能夠高效截留色素分子。

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  2.2.3 濁度變化

  如圖4所示,生化水的濁度為5.86~5.95NTU,UF產(chǎn)水的濁度為0.58~0.60NTU,RO產(chǎn)水的濁度為0.20~0.22NTU。UF工藝對(duì)濁度的去除率為90.1%,RO工藝對(duì)濁度的去除率為96.5%。在雙膜法處理過程中引進(jìn)超濾技術(shù),其關(guān)鍵作用體現(xiàn)在可以截留絕大部分的非溶解性雜質(zhì),為反滲透的常規(guī)可靠運(yùn)行打下良好基礎(chǔ)。本設(shè)備超濾系統(tǒng)在運(yùn)行過程中濁度維持在0.60NTU以下,可滿足反滲透進(jìn)水對(duì)濁度的要求。

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  2.2.4 SS含量變化

  如圖5所示,生化水的SS含量為10~12mg•L-1,UF產(chǎn)水的SS含量為1.0~1.2mg•L-1,RO產(chǎn)水的SS含量為0.12~0.15mg•L-1。UF工藝對(duì)SS的去除率在89.0%~91.7%,超濾主要能截留0.05~0.2μm的顆粒和雜質(zhì),有效阻擋膠體、蛋白質(zhì)、微生物和大分子有機(jī)物。RO工藝對(duì)SS的去除率在98.6%~99.0%。

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  2.2.5 COD變化

  如圖6所示,生化水的CODCr為210~230mg•L-1,UF產(chǎn)水的CODCr為200~207mg•L-1,RO產(chǎn)水的CODCr為18~23mg•L-1。UF工藝對(duì)CODCr的去除率在4.8%~10.4%,RO工藝對(duì)CODCr的去除率在89.5%~91.4%。本系統(tǒng)中UF對(duì)COD的截留作用不太理想,但反滲透膜可截留納米級(jí)、相對(duì)分子質(zhì)量僅數(shù)百的顆粒,去除廢水中的小分子溶解性CODCr,從而使得系統(tǒng)對(duì)CODCr的總?cè)コ蔬_(dá)到90%左右,產(chǎn)水COD始終保持穩(wěn)定,保證了產(chǎn)水水質(zhì)

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  2.2.6 TN含量變化

  如圖7所示,生化水的TN含量為7.96~8.05mg•L-1,UF產(chǎn)水的TN含量為5.25~5.50mg•L-1,RO產(chǎn)水的TN含量為4.60~4.65mg•L-1。UF工藝對(duì)TN的去除率在31.4%~34.5%,RO工藝對(duì)TN的去除率在41.9%~43.9%。

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  2.2.7 氨氮含量變化

  如圖8所示,生化水的氨氮含量為2.75~2.80mg•L-1,UF產(chǎn)水的氨氮含量為0.61~0.68mg•L-1,RO產(chǎn)水的氨氮含量為0.32~0.37mg•L-1。UF工藝對(duì)氨氮的去除率在75.5%~78.1%,RO工藝對(duì)氨氮的去除率在86.6%~89.2%。本研究中所用的超濾系統(tǒng)對(duì)氨氮這樣的小分子在理論上是沒有截留效果的,推測氨氮可能是與懸浮物一起被超濾膜去除,具體的機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

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  2.2.8 TP含量變化

  如圖9所示,生化水的TP含量為0.35~0.38mg•L-1,UF產(chǎn)水的TP含量為0.23~0.28mg•L-1,RO產(chǎn)水的TP含量為0.11~0.15mg•L-1。UF工藝對(duì)TP的去除率在26.3%~39.5%,RO工藝對(duì)TP的去除率在63.2%~71.1%。

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  2.2.9 鹽分含量變化

  如圖10所示,生化水的鹽分含量為2.53~2.56g•L-1,UF產(chǎn)水的鹽分含量為2.97~3.00g•L-1,RO產(chǎn)水的鹽分含量為0.025~0.028g•L-1。UF產(chǎn)水的鹽分含量高于生化水,與電導(dǎo)率的變化趨勢基本相同。這是因?yàn)?a href="http://jintianmj.com/" target="_blank" class="keylink">超濾膜系統(tǒng)前端利用加藥系統(tǒng)投加了NaClO藥劑,但超濾膜系統(tǒng)對(duì)NaClO沒有攔截能力,氯酸鈉發(fā)生反應(yīng)后生成了氯化鈉。在整個(gè)運(yùn)行周期內(nèi),RO系統(tǒng)的脫鹽率基本維持穩(wěn)定,平均脫鹽率達(dá)99.0%。脫鹽率、產(chǎn)水量與跨膜壓差是常用的評(píng)價(jià)RO工藝運(yùn)行性能的主要指標(biāo)。本試驗(yàn)中,RO膜元件基本完整,未出現(xiàn)破損現(xiàn)象。脫鹽率與RO膜污堵程度不直接相關(guān),這與Tan等的研究結(jié)果一致。

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  2.3 膜設(shè)備運(yùn)行成本

  該中試設(shè)備在運(yùn)行過程中每天設(shè)備耗電24kW•h,按每天處理量4.6m3、電費(fèi)0.70元•(kW•h)-1計(jì),折合處理費(fèi)用為3.6元•m-3。膜組件殺菌選用NaClO溶液,酸洗選用藥劑為檸檬酸,膜組件清洗費(fèi)為0.2元•m-3。以設(shè)備使用年限10a、膜更換周期3~5a計(jì),折合設(shè)備成本為0.5元•m-3??傔\(yùn)行成本4.3元•m-3。

  3、小結(jié)

  選擇UF/RO雙膜法集成膜設(shè)備,針對(duì)印染廢水A/O工藝的二沉池出水,進(jìn)行了膜工藝參數(shù)優(yōu)化和污染物去除研究。裝置處理量為4.6m3•d-1,總運(yùn)行成本為4.3元•m-3。超濾+反滲透系統(tǒng)對(duì)電導(dǎo)率的平均去除率為99.0%,對(duì)色度的平均去除率為97.2%,對(duì)濁度的平均去除率為96.5%,對(duì)SS的平均去除率為98.8%,對(duì)CODCr的平均去除率為90.3%,對(duì)TN的平均去除率為42.6%,對(duì)氨氮的平均去除率為87.5%,對(duì)TP的平均去除率為65.0%,平均脫鹽率為99.0%。各項(xiàng)水質(zhì)分析結(jié)果均滿足GB4287—2012《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和GB/T19923—2005《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》的限量要求。( >

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