雙膜法處理印染廢水及其回用的工程應用
1 廢水水質
浙江紹興某印染廠以棉類、滌綸類、絲織類、針織等類布匹印染加工為主，在生產過程中，排放的廢水有機污染物含量高、組分復雜、色度深、堿性強，工藝用水經生產使用后，一部分排放至附近火力發電廠進行除塵沖灰用，另一部分排至污水處理廠集中治理。
廠方擬對廢水進行清濁分流，COD及色度較高的第一道染色廢水及高堿量廢水作為濁流水，其水量2 500t/d左右，CODCr~5 000~30 000 mg／L，色度800-2 000倍，該濁流水保持原處理方式不變。其他一部分COD較低的淺色漂洗廢水等清流水．其水量3 600t/d左右，CODCr~220~600 mg／L，濁度30~50NTU，色度20~70倍，電導率1 200~1600μS／cm，pH 6．5~12之間。廠方擬對清流水進行深度處理后回用，在控制廢水排放總量的同時，減少取水量和污水排放量，將有效水資源進行回收循環利用，從而達到節能減排的目的。
2 處理工藝
目前，我國印染廢水處理普遍采用物化處理+生化處理工藝[1]，但這類常規處理方法有一些弊端，如占地面積大，出水水質受進水水質波動影響較大，操作復雜等[2~3]。根據原水水質特點，該清流水處理回用采用常規絮凝沉淀+多介質過濾(MMF)+超濾膜法(UF)+反滲透膜法(RO)的工藝進行處理，該工藝具有占地面積小、處理水量大、產水水質穩定、全自動PLC+上位機控制運行、操作簡單等特點。其工藝流程如圖1所示。
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該工藝流程可以劃分為3個部分：預處理、超濾膜處理和反滲透膜處理。
系統所有在線儀表均采用GF+SIGNET儀表，加藥裝置均采用MILTON ROY計量泵，COD檢測采用上海安銳5B-3BCOD快速檢測儀，濁度檢測采用HACH 2100P型便攜濁度計，色度檢測采用上海精勝SD9011型水質色度儀。
2．1預處理
采用冷卻塔將原廢水水溫降到合適范圍，以保證后續膜處理設備的最佳運行溫度。冷卻塔風機的啟動根據冷卻塔出水口在線溫度變送器溫度來控制，當冷卻塔出水溫度>30℃時，風機自動啟動，溫度<25℃時，風機自動停機。
加酸調節原廢水的pH，以保證次氯酸鈉的最佳水解條件[4]。加酸量由冷卻塔出口設置的在線pH計自動控制，控制冷卻塔出水pH為7左右，原水pH<7．不加酸。
冷卻塔出水加次氯酸鈉以去除一部分原廢水中的COD．減輕后續設備的運行負荷。
聚合氯化鋁(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)間隔投加于冷卻塔出水管，進絮凝反應池進行反應，反應時間15 min。絮凝后進斜板沉淀池進行沉淀，HRT約為1 h。斜板沉淀池上清液進清水池，供多介質過濾器使用。沉淀池污泥經污泥泵抽出后，排至空地，自然干化后處理。
多介質過濾器采用常規濾料，包括粗石英砂、細石英砂和片狀無煙煤。多介質過濾器運行一定時間后．濾料頂部會形成一層厚厚的污染物濾餅，影響濾速和產水量，應定期對多介質過濾器進行氣擦和水反沖洗，以保持正常運行。
多介質過濾器產水直接進入超濾膜裝置，在多介質過濾器進水管加次氯酸鈉去除一部分COD，以減輕后續超濾膜的運行負荷，并可降低超濾膜設備的跨膜壓差。此外，次氯酸鈉還可以保證超濾產水有一定余氯值，以抑制超濾產水池中細菌和藻類的滋生。加藥量由超濾產水余氯值來控制。
2．2超濾膜處理
采用兩套超濾膜裝置，超濾膜采用DOW公司的Omexell SFP2860超濾膜，處理水量>3 600 t／d，系統回收率>95％，裝置運行30~45 min進行一次夾氣反洗，反洗過程中加次氯酸鈉，以保證膜的產水通量。
由于原廢水水質較差，正常運行過程中還加設分散反洗步驟，分散反洗采用加酸、加堿、加次氯酸鈉，浸泡、沖洗的方式進行。加藥的順序按先酸洗、后堿洗的方式進行。
在反滲透系統不運行的情況下，超濾產水可供車間印染前漂洗布和沖洗印染料使用。
2．3反滲透膜處理
采用兩套反滲透膜裝置，反滲透膜采用DOW公司的BW30-365FR抗污染反滲透膜，處理水量>3 200t/d。系統回收率>60％。裝置采用連續運行，定時沖洗的方式，沖洗采用反滲透產水。反滲透進水投加阻垢劑，以減少反滲透膜污堵結垢的風險。
反滲透產水供車間印染調漿和印染后工序使用。
2．4化學清洗裝置
系統連續運行一段時間后，隨著膜截留污染物和鹽類的增加，會出現超濾膜和反滲透膜表面污堵的現象，使得膜的壓差增大，當增大到一定程度后，產水量會下降，此時需對超濾膜和反滲透膜進行化學清洗，以達到理想的產水量。
3 系統運行效果與討論
系統通過一個月的連續運行，出水水量穩定，水質狀況良好。就回用水和原工藝用水對印染產品質量影響進行了對比，結果表明二者在印花、印染質量和特性上沒有明顯差異。
3．1 對CODCr的去除效果
系統對CODCr的去除效果如圖2所示。
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系統運行中原廢水CODCr在317~475 mg／L，通過絮凝沉淀、多介質過濾器和超濾膜處理后，對CODCr的平均去除率為80％左右，經過反滲透膜處 理后的產水，CODCr均在2 mg／L以下，去除率達到了99％以上。
本系統中CODCr的去除主要依靠絮凝沉淀、次氯酸鈉氧化、超濾和反滲透來實現。Omexell超濾膜的典型孔徑在0．01～0．1 μm之間[5]，通過微孔截留廢水中的膠體物質和可溶性大分子有機物，起到去除CODCr的作用。但是很大一部分印染廢水的CODCr是由于印染工藝生產中添加染料和助劑引起的[6]，是溶解性的小分子污染物，超濾膜的孔徑不能截留，所以超濾產水中仍然殘留一定的CODCr。DOW的反滲透膜可截留納米級[7]、數百相對分子質量的顆粒，從而進一步去除廢水中的小分子溶解性CODCr，使系統對CODCr的總去除率達到99％以上。
3．2對濁度的去除效果
斜板沉淀池(plate sedimentation tank，PST)、多介質過濾器、超濾對濁度的去除效果如圖3所示。
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系統運行中原廢水濁度在31．4~47．5 NTU，經過絮凝后斜板沉淀池對濁度的去除率在50％以上，多介質過濾器對濁度的去除率在75％以上．超濾對濁度的去除率在95％以上。整個系統對濁度的去除率接近100％。
斜板沉淀池通過絮凝沉淀作用使原廢水中的大顆粒的懸浮物和膠體物質得以沉淀去除，從而去除濁度。多介質過濾器和超濾都是通過微孔過濾方式來去除廢水中的濁度，二者結合能基本去除水中的濁度。
由于超濾膜已基本去除了原廢水中的濁度，反滲透膜孔徑更小，其產水濁度已經接近于零。
3．3對色度的去除效果
斜板沉淀池、超濾、反滲透對色度的去除效果如圖4所示。
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系統進水色度為45~64倍，從圖4可以看出經過絮凝沉淀后色度有很大改善，去除率在55％左右，超濾對色度的去除不明顯，而反滲透基本去除了廢水中的色度。
由此可以看出，絮凝沉淀去除原廢水中的大顆粒和膠體物質，對原廢水色度的去除有較大作用，超濾膜由于過濾孔徑較大，對色度的去除效果不明顯。整個系統基本去除掉了原廢水中的色度。
3．4對鹽分的去除效果
水中的鹽分可用電導率來表現，由于絮凝沉淀只能去除大的污染物，對原廢水的電導率影響不大。超濾膜過濾孔徑較大，只能去除大分子顆粒，不能去除鹽類。這里只對反滲透系統的進出水電導率進行比較，結果見圖5。
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RO進水電導率為l 240．3～1 409．7μS／cm．RO產水電導率為17．4-20．9 μS／cm。RO使電導率下降98％以上。RO膜濾徑在納米級，能去除相對分子質量在數百以下的分子和離子，使得廢水中大部分鹽分被去除掉，RO產水電導率在20μS／cm左右。
3．5超濾運行跨膜壓差變化趨勢
超濾膜運行的跨膜壓差(transmembrane pressure，TMP)是一個重要指標，即超濾膜進水壓力和產水壓力之間的差值，它是完成膜過濾的推動力。TMP與膜產水通量在一定的范圍內呈正比關系．但達到一定程度后，TMP對產水通量的增加作用將急劇減弱，產水量將急劇降低。Omexell超濾膜的最大允許跨膜壓差為0．21 MPa[4]。一般跨膜壓差達到0．1 MPa以上，需對超濾膜進行化學清洗。單套超濾裝置運行跨膜壓差和產水量變化如圖6所示。
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隨著超濾膜截留污染物的不斷增加，超濾膜通量也隨之下降，超濾膜跨膜壓差呈上升趨勢，產水量也隨之下降8．5％。
3．6反滲透運行壓差變化趨勢
反滲透膜運行壓差(△P)是一個重要指標，△P是指反滲透進水壓力和濃水壓力之間的差值。△P與膜產水通量之間的關系和超濾膜類似。單套反滲透裝置運行壓差和產水量變化如圖7所示。
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隨著反滲透膜截留污染物和鹽分的不斷增加，反滲透膜通量也隨之下降，反滲透膜運行壓差呈上升趨勢，產水量也隨之下降19．3％。
4 經濟效益分析
整個系統運行經濟效益分析見表1。
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從表1可以看出，該工程投資回收快，經濟效益顯著。反滲透產水達到工業純水標準，為廠方印染生產提供了第二水源，投資回報率很高。每年減排CODCr585 t，環境效益明顯。廠方積極參與環保的事跡得到當地政府肯定和物質獎勵。
5 結論
(1)整個系統對CODCr的去除率達到了99％以上，對濁度、色度的去除率均接近100％，反滲透對鹽分的去除率在98％以上。超濾產水和反滲透產水分別回用于車間，滿足印染工藝要求。
(2)隨著系統的連續運行，超濾膜和反滲透膜都有一定程度的污染，壓差有所上升，產水量有所下降。
(3)相對常規印染廢水處理方法，雙膜法具有操作簡單、出水水質穩定、運行費用較低、經濟和環境效益顯著等特點。
[參考文獻]
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[7]DOW．DOW FILMTECTM反滲透膜和納濾膜元件產品與技術手冊[Z]DOW Chemical FILMTEC,2008：5–6．
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