興華定型機廠家2019年7月9日訊 膜分離技術在印染廢水處理領域應用廣泛，實際應用中，膜污染難以避免。本文介紹了膜分離及集成技術在印染水處理中的應用，分析了膜污染存在的原因及解決膜污染問題的研究現(xiàn)狀，綜述了多級過濾、化學絮凝、電絮凝等前處理技術，預處理可延緩膜污染，延長膜壽命，降低運行成本，是膜分離技術在印染廢水應用的關鍵環(huán)節(jié)，并對膜前預處理技術應用前景進行了展望。
隨著工業(yè)染料加工技術往復雜性、多樣性發(fā)展，傳統(tǒng)的處理方式已不能有效處理印染廢水，膜技術研究越來越受到人們的關注。在實際應用中，膜的成本約占整個系統(tǒng)的三分之一，廢水的水質會直接影響膜的使用壽命，因此對廢水進行預處理非常重要。本文闡述了膜分離技術在印染廢水處理領域的應用，探討了預處理在印染廢水處理中的必要性。
1 應用于印染廢水的膜分離技術
膜分離技術是指借助膜的選擇滲透作用，在外界能量或化學位差的作用下，對料液中的溶質、溶劑進行分離、分級、純化和富集的方法。與傳統(tǒng)的物化、生化等處理工藝相比，膜分離技術沒有相變，不會改變料液的性質，且操作簡單，占地面積小，運行穩(wěn)定。印染廢水處理中應用較多的膜主要包括微濾膜、超濾膜、納濾膜、反滲透膜和新型膜。
1.1 微濾膜與超濾膜
微濾膜的膜孔徑在0.1~10 μm 之間，工作機理類似于傳統(tǒng)的過濾篩，可以去除細菌、微粒和膠團等不溶物。超濾膜的膜孔徑在0.001~0.02 μm 之間，操作壓力在0.2~1.0 MPa 之間，可截留分子量為1~30 千道爾頓（kDa）的物質。
微濾膜廣泛用于印染廢水處理領域，對色度和COD去除率較高。楊大春等的研究結果表明：微濾膜對性艷紅X-3B 染料模擬廢水的色度、COD 的去除率分別達到99.5%、69.8%。Jedidi 等采用微濾膜處理印染廢水，廢水的色度和COD 去除率分別為90% 和75%，出水濁度小于0.5 NTU。陳超宇等采用微濾膜處理印染廠二級生化出水，濁度100%去除，出水SDI 降低至2。
微濾膜與其他技術組合對印染廢水也有很好的處理效果。嵇鳴等采用氫氧化鎂吸附預處理，陶瓷膜微濾處理活性染料廢水脫色處理，結果表明廢水脫色率可達98 %以上，采用0.5 mol/L稀硝酸化學清洗，在一定條件下可使膜通量有效恢復。徐竟成等采用微濾-反滲透處理印染廢水，發(fā)現(xiàn)雖然微濾對COD 和濁度去除貢獻有限，但是可以進一步去除廢水中細小的懸浮物質和膠體，且微濾出水的SDI 比微絮凝要低，可以為后續(xù)的深度處理提供保障。
張勇等采用超濾-膜接觸臭氧氧化組合工藝處理印染廢水，結果表明超濾膜可使廢水的COD 由120~140 mg/L 降低到87.7~120.4 mg/L，濁度由7~21.5 NTU 降低到0.55~4.4 NTU。ZouD 等采用改性超濾膜回用印染廢水，染料和鹽的截留率達到98%，且pH 在1~14 范圍內(nèi)，系統(tǒng)均運行良好。其他學者的研究也證實了超濾膜在去除色度、濁度、染料方面效果良好。
1.2 納濾膜與反滲透膜
納濾膜與反滲透膜屬于壓力驅動型膜，納濾膜的膜孔徑一般為1~2 nm，反滲透膜的膜孔徑小于1 nm。納濾膜的截留分子量在0.2~1 kDa 之間，且大多數(shù)為荷電膜，對有機物和高價離子具有很高的截留率，反滲透膜則主要利用膜的選擇透過性分離物料，一般來說，只允許溶劑透過。
Bes-Pia 等的研究表明：印染廢水經(jīng)化學絮凝-納濾膜系統(tǒng)處理后，系統(tǒng)出水的COD 降低到100 mg/L，電導率降低到1000μs/cm，能滿足企業(yè)回用標準。鐘麗端等采用納濾膜回收含鹽染料廢水，結果表明膜對印染廢水中染料的截留率大于99 %，此外，染料的濃度、品種和鹽的濃度對膜的截留率影響較小，工藝具有較好的經(jīng)濟性和可行性。
常向真采用生化物化預處理-反滲透膜對印染廢水進行處理，結果表明出水各項指標滿足生產(chǎn)用水要求，濃水也能達到排放要求，且具有一定的經(jīng)濟效益。朱兆亮等采用預氧化-MBR預處理，反滲透膜后續(xù)處理的方式處理印染廢水，結果表明該系統(tǒng)出水COD 不超過5 mg/L，電導率不超過20 μs/cm，對有色物質的去除率達到90 %~100 %，脫鹽率為99.5 %~99.7 %。
1.3 新型膜
陶瓷膜是一種相對較新的分離用無機膜，膜孔徑介于微濾膜和超濾膜之間，主要由碳化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化硅、氧化鋅、硅酸鋁等制成，具有耐高溫高壓、耐腐蝕、不易堵塞、價格低廉等優(yōu)點。
Voigt 等利用TiO2 陶瓷膜處理了30種不同的印染廢水，結果表明陶瓷膜對廢水色度的去除率均在70 %以上，最高可達100 %，對COD 的去除率達45%~80%。李煒等采用α-Al2O3多孔陶瓷膜對印染廢水進行處理，在一定條件下，COD 和NH3-N的去除率分別達到30 %和20 %左右，在廢水中添加一定量的高嶺土，膜通量會更高，COD 的去除率可以提高到50 %左右，具有良好的發(fā)展前景。李新望等采用陶瓷膜處理印染廢水，當進水COD＜200 mg/L，濁度＜5 NTU 時，出水濁度小于0.2 NTU，SDI 小于3，膜的運行通量可以達到150 L/（m2h），清洗周期大于48 h；進水COD 濃度較低時，運行通量更高，化學清洗效果更佳，清洗周期更長。
炭膜是一種新型的無機分離膜，主要由炭素材料構成，具有耐酸堿、耐有機溶劑腐蝕的優(yōu)點。李文翠等[28]以自制的植物基炭膜處理印染廢水，結果表明該膜可截留廢水中99%的染料分子。魏微等采用自制的炭膜處理模擬印染廢水，最佳條件下，染料的截留率可達到100%。
2 膜污染及其成因
膜污染是指料液中的可溶性的物質或懸浮物沉積在膜的表面、孔隙和孔隙內(nèi)壁，導致膜通量降低的現(xiàn)象。膜污染可以分為可逆污染和不可逆污染，可逆污染是指膜的表面形成凝膠濾餅層或者發(fā)生濃差極化，可以通過運行周期設定的物理清洗消除；當膜孔被堵塞則表明發(fā)生了不可逆污染，發(fā)生不可逆污染后，需要對膜進行化學清洗或者更換。在實際應用中，膜污染無法避免，但有效的預處理能有效減輕膜污染。
3 膜前預處理技術在印染廢水處理中的應用
預處理可以去除廢水中的懸浮物以及膠體，是保護膜系統(tǒng)正常運行的重要方法。應用較多的預處理主要有膜集成系統(tǒng)、化學絮凝和電化學法等。
3.1 膜集成系統(tǒng)
膜集成系統(tǒng)是指多介質過濾、保安過濾、膜等組合使用的系統(tǒng)，膜集成系統(tǒng)能達到減輕污染的要求，也能實現(xiàn)不同的分離功能。
黃群賢等采用鋼渣作為填料制成的鋼渣過濾反應器對印染廢水進行處理，鋼渣過濾器對COD、濁度、SS 的去除率分別達到56%、58.3%、50.3%。Schoeberl 等采用納濾膜處理膜生物反應器的二級出水，結果表明，預處理可去除80 %的COD，納濾膜出水COD 為23.3 mg/L，其他指標也符合回用要求。
曾杭成等采用超濾-反滲透組合工藝處理印染廢水，超濾預處理能去除廢水中90%的濁度，同時也能去除部分COD，不僅能減輕了反滲透膜的污染，而且在一定程度上提高了系統(tǒng)產(chǎn)水水質。李富祥等采用微絮凝-超濾-反滲透膜聯(lián)合工藝處理印染廢水，結果表明預處理對廢水濁度的去除率高達98.5 %，對COD、色度和總溶解固體的去除也起到一定的作用；預處理使反滲透膜的化學清洗周期由25 天延長到40 天，具有較好的應用前景。李紅蓮等采用預處理-雙膜系統(tǒng)處理處理印染廢水，預處理部分采用多介質過濾器及濾袋式保安過濾器，去除固體污染物、油類和部分膠體等物質，過濾后的水進入膜系統(tǒng)，處理后產(chǎn)水水質濁度≤2mg/L，COD≤2 mg/L，出水可回用于織布生產(chǎn)用水。譚玉珺等采用臭氧氧化-砂濾-超濾-反滲透集成工藝處理印染廢水生化處理出水，反滲透膜脫鹽率穩(wěn)定在98 %，產(chǎn)水高錳酸鉀指數(shù)約為0.7mg/L，濁度約為0.12 NTU。
膜集成系統(tǒng)不需要使用化學藥劑，能避免二次污染。然而在實際應用中，不同類型的預處理方式運行條件不同，膜的水回收率等也有所不同，使用會受到一定程度的限制。
3.2 化學絮凝
化學絮凝是指水中懸浮物或膠體等物質在絮凝劑的作用下凝聚生成絮團沉降的過程。
Beluci NCL等采用超濾膜印染廢水，廢水經(jīng)絮凝預處理后，RB5 染料和色度的去除率達到100 %，且膜通量回復率超過72 %。王倩等采用自制的復合絮凝劑PAFC-PDA 處理模擬活性艷藍KN-R 印染廢水，在最佳條件下，活性艷藍KN-R 染料去除率達到91 %。Tang L 等采用復合絮凝劑絮凝預處理與超濾膜組合處理印染廢水，活性黃色染料的去除率可達86 %，且經(jīng)絮凝預處理后，膜面厚度會顯著增加，說明經(jīng)絮凝預處理后膜對染料分子的截留作用增強。陳啟斌等采用微生物絮凝劑處理印染廢水，在MBF/CaCl2 的質量比為1︰32、MBF 用量為30 mg/L，pH 為7.5，絮凝時間20 min 的情況下，可以顯著提高后續(xù)超濾膜的膜通量，組合工藝對COD 去除率可達到96.07 %，水回用率可達83 %，而且對超濾膜的壽命影響較小。
化學絮凝受水質、溫度等條件影響較大，對絮凝劑的種類和用量要求也較高，料液中也可能會殘留鐵、鋁等離子，使用不當可能會造成不可逆污染。此外，化學絮凝產(chǎn)生的污泥也需要另外處置。
3.3 電催化技術
電催化氧化技術是指水體中的有機物被電極和催化材料產(chǎn)生的強氧化性基團氧化的過程，電催化氧化可以更徹底地分解有機物，且不易產(chǎn)生有毒物質。
張海民等采用自制的TiO2/Al2O3 復合分離膜處理印染廢水，在光催化條件下，系統(tǒng)對Black 168 的去除率能達到80 %。高永等[50]采用TiO2 光催化-微濾膜組合工藝處理印染廢水，系統(tǒng)處理出水COD、BOD、色度和濁度分別為35 mg/L、2.7 mg/L、3倍、2.3 NTU，可作為非工藝用水進行回用。李建新等采用電催化膜對亞甲基藍溶液進行處理，處理后色度去除率接近100 %，且溶液中的噻吩嗪類化合物完全降解。
電催化具有很多優(yōu)點，然而在實際應用中，印染廢水成分較為復雜，容易造成光催化劑的中毒；其次，催化劑難以回收，活性組分損失大，會對環(huán)境造成二次污染。此外，在實際應用中電催化能耗較高，要進行推廣還需要加強對電極材料的研究。
3.4 電絮凝
電絮凝法是指使用鋁、鐵等金屬作為陽極，在直流電的作用下產(chǎn)生鋁、鐵等離子，與陰極電解產(chǎn)生的-OH 經(jīng)水解、聚合等過程形成各種羥基絡合物、多核羥基絡合物，使廢水中的膠體和懸浮物凝聚沉淀而分離的過程。電絮凝投資成本低，可控性強，產(chǎn)生的污泥少且污泥含水量低，而且由于陽極的氧化作用和陰極的還原作用，可去除多種污染物。
代冬梅等使用電絮凝法處理牛仔布印染廢水，在電極電壓24 V，反應時間35 min，pH 為7.4 時，該印染廢水的脫色率可達99 %，COD 去除率達到70 %左右。Tavangar T 等[56]采用電絮凝+納濾膜處理印染廢水，與無預處理相比，使用鋁、鐵和鈦電極分別能使膜通量提高616 %、420 %、305 %。何威等采用自制的改性微電解材料處理模擬印染廢水，結果表明該電解材料對于酸性和堿性廢水均具有很好的處理效果，且COD 去除率和出水B/C顯著高于傳統(tǒng)材料。
電絮凝在使用過程中電極易鈍化，且可能會產(chǎn)生一些不必要的副產(chǎn)物。此外，應進一步研究絮凝、氣浮等相互作用和協(xié)同機制，以建立更廣泛的數(shù)據(jù)模型。
4 結論和展望
目前，印染廢水有多種預處理技術，如膜集成系統(tǒng)、化學絮凝、電化學法等。膜前預處理技術在印染廢水膜處理在以下方面值得進一步研究：
（1）受工藝條件等因素影響，印染廢水水質差異較大，針對各種復雜的污染物參數(shù)，需進行相應的設計和優(yōu)化，關注不同預處理技術的高效組合，以擴大應用范圍；
（2）印染廢水中有機物含量高，成分比較復雜，需要進一步研究預處理技術對提高膜通量、減輕膜污染的作用機制。
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