印染廢水回用反滲透預處理技術
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我國是紡織印染大國，紡織印染行業是工業廢水的排放大戶，廢水量約占整個工業廢水排放量的35%．
印染廢水由于具有水量大、有機物含量高、色度高、堿性強、鹽度高、水質變化大等特點，已經成為我國重要的環境污染源，是公認的難治理有害廢水之一．目前印染廠廢水的回用率僅為7%(主要是冷卻水)，整個紡織行業廢水回用率不足10%，是全國所有行業中廢水回用率最低的行業．目前水資源短缺已成為制約我國印染行業進一步發展的限制因素．同時，隨著新型染料、助劑的不斷開發和應用，處理難度不斷增大，而且隨著排放標準的日趨嚴格，水費也在不斷上漲．因此，為了實現印染行業的可持續發展，消除環境污染的潛在危害，印染廢水深度處理和回用技術已經成為亟待研究和解決的重要問題．
膜分離技術是印染廢水回用最具有可行性的技術之一，其中反滲透工藝由于具有很高的脫鹽率，能夠高效截留廢水中的溶解性有機物及離子物質，保證其出水達到無色和低鹽度，因此成為印染廢水深度處理和回用的主要工藝．但是反滲透工藝對進水水質要求高，印染廢水二級生化處理出水水質難以滿足反滲透工藝對進水水質的要求，需要對印染廢水二級生化處理出水進行一定的預處理，以保證反滲透工藝的穩定運行及膜污染的有效控制．
反滲透工藝在運行過程中存在膜污染速度快、膜元件污染嚴重等問題，這將折損反滲透膜的使用壽命，增加運行成本，因此合適的預處理工藝對反滲透工藝的穩定運行及降低運行成本起著至關重要的作用．反滲透預處理工藝包括混凝與沉淀處理、化學氧化法、吸附法、生物活性炭濾池工藝、微濾/超濾及其組合工藝．李富祥等采用微絮凝－超濾工藝作為反滲透深度處理印染廢水的預處理工藝，對濁度有較好的去除效果，并且減輕了反滲透系統的化學污堵; 董佳等采用曝氣生物濾池－微絮凝組合工藝用于印染廢水回用預處理，不僅對水中的濁度、CODCr有較好的去除效果，同時對水中殘余的復雜活性染料也有一定的脫除效果．由于印染廢水成分復雜，易于加重反滲透膜的污染，因此要實現反滲透工藝對CODCr脫除、脫色和脫鹽一步完成并保證出水品質，必須選擇適當的組合工藝作為反滲透的預處理工藝．
該研究以蘇南某污水處理廠中試試驗基地(70%以上為印染廢水) 中二級生化出水的回用為目的，針對印染廢水二沉池出水中的有機物、懸浮物膠體及色度高的特點，考察了3 種反滲透預處理組合工藝對印染廢水中污染物的去除效果，并對去除機理進行解析，以期為反滲透工藝在印染廢水深度處理和回用中的應用提供理論及技術依據．
1 材料與方法
1. 1 試驗用水水質
試驗用水取自甪直鎮小松中試基地(位于甪直污水處理廠廠外1 號調節池) 二沉池出水，1 號調節池接納的廢水中70% 以上為印染廢水，印染企業生產面料以棉、滌綸、腈綸、絲綢及羊毛為主，對應染料為活性染料、酸性染料及分散染料．小松中試基地物化及生化段處理工藝為ABR(厭氧折流板反應器) 及普通曝氣池．二沉池出水水質見表1.
1. 2 試驗裝置
混凝沉淀池主要設備有混合池、絮凝池、沉淀池、攪拌機等．混合池尺寸為260 mm×260 mm×650 mm，絮凝池尺寸為690 mm× 690 mm× 1000 mm．
BAC(生物活性炭濾池) 為一座直徑500 mm的UPVC(硬聚氯乙烯) 柱體，柱體總高為3. 8 m，超高0.4 m，活性炭濾料高為2. 0 m，濾料墊層高為0. 3 m．
超濾設備為浸沒式超濾，采用錯流式過濾，設備外觀尺寸為970 mm× 820 mm× 1 100 mm，膜組件為3 組浸入式簾式中空纖維膜SMM-1010 超濾膜，超濾膜參數見表2.
反滲透裝置由原水水箱、進水泵、保安過濾器、高壓泵、反滲透膜組件、產水水箱、濃水水箱、管路、配件及控制系統組成．設備主機技術參數見表3.
1. 3 試驗設計
分別考察3 種組合工藝作為反滲透預處理工藝對印染廢水中污染物的去除情況．組合工藝1 為混凝沉淀－超濾工藝，其運行參數: 進水流量為200 L/h，混凝劑采用PAC(聚合氯化鋁)，投加量〔以ρ(PAC)計〕為75.0 mg /L．組合工藝2 為BAC(生物活性碳濾池)-超濾工藝，其運行參數: BAC 水力停留時間為2 h，氣水比(體積比) 為2. 5∶ 1. 組合工藝3 為混凝沉淀－生物活性碳濾池－超濾工藝，運行參數: 進水流量為200 L /h，PAC 投加量為37. 5 mg /L，BAC 水力停留時間為2 h，氣水比為2∶ 1.
1. 4 分析方法
ρ(CODCr) 、ρ(NH3-N) 、ρ(TP) 、UV254、濁度、pH根據標準方法進行測定．TCU(真色)以廢水(過0. 45 μm 膜過濾) 在436、525 和620 nm處吸光度的平均值來表征．超濾膜膜通量根據文獻的方法進行分析測定．膜污染阻力分為Rm(膜阻力) 、膜孔堵塞與窄化引起的Rir(不可恢復阻力) 、Rf(濃差極化及濾餅層引起的膜污染阻力)，根據文獻的方法進行測定．
2 結果與討論
2. 1 3 種組合工藝對污染物的去除效果
圖2(a) 為組合工藝1 的運行結果．由圖2(a) 可見，混凝沉淀對CODCr的去除率只有20% 左右，而組合工藝1 對CODCr的去除率達到了48.8%．混凝可使膠體顆粒小分子有機物發生凝聚，這些物質在沉淀之后不能被完全去除，但通過超濾的過濾截留作用可以進一步去除這些物質，使得組合工藝整體的去除效果較好，滿足反滲透對CODCr的要求．與單獨混凝沉淀工藝相比，混凝沉淀－超濾組合工藝對TCU的去除效果提高了68. 3%．組合工藝對濁度的去除率達到了99. 5%，出水濁度平均值為0. 21 NTU，能夠達到反滲透對濁度的要求．組合工藝1 對UV254的去除效果較好，去除率為45. 3%．UV254反映水中天然存在的腐殖質類大分子有機物及含 C=C 雙鍵的芳香族化合物的多少，盡管超濾對于腐植酸類小分子的去除效果較差，但混凝過程中形成的微絮體在超濾膜表面形成了濾餅，提高了超濾膜的通透量．
組合工藝2 的運行結果如圖2 (b) 所示．由圖2(b) 可見，該組合工藝對CODCr、TCU、UV254、濁度的平均去除率分別為48. 3%、45. 1%、43. 4%和99. 3%，總體低于組合工藝1．究其原因，混凝處理可以有效改變膜面濾餅層的性質，減小濾餅層的阻力，同時，BAC 對廢水的的去除效果受到廢水可生化性及活性炭吸附容量的限制，因此，混凝沉淀和超濾工藝之間的協同作用使其去除效果優于組合工藝2．
與組合工藝1 和組合工藝2 相比，組合工藝3 對印染廢水中CODCr、TCU、UV254以及濁度的去除率均有顯著提高〔見圖2(c) 〕，分別達到53. 0%、49.2%、50. 0%和99. 5%．由于組合工藝3 中的混凝沉淀工藝可以截留污水中的固體懸浮物、膠體及大分子物質，而BAC 能夠通過物理截留作用進一步去除污水中的顆粒物，并且可以通過微生物進一步降解污水中的有機物，同時超濾作為工藝中的最后一道進水屏障，保證了組合工藝3 的出水水質．
2. 2 組合預處理工藝膜污染分析
采用J /J0(其中J 為膜的實際通量，J0為膜的初始通量)來表征組合工藝中超濾膜的污染情況．由圖3 可見，3種組合工藝中J /J0下降都比較平緩，并且均高于直接超濾．直接超濾工藝在運行一段時間后膜通量迅速下降，在超濾膜運行8 h 后降至原來的50%．這是因為水中的膠體或有機物積累在膜表面生成濃差極化層，同時雜質進入膜孔隙并吸附在膜內部，減少了有效的膜孔密度和膜孔徑的膜污染．由于印染廢水二級生化處理出水中懸浮物和膠體的含量大，而這些物質的粒徑均大于膜孔徑，直接采用超濾工藝處理，容易吸附在膜表面形成濾餅層，并且由于采用錯流過濾方式，使得膜表面局部污染物濃度增加，引起邊界流阻力增加，導致傳質推動力下降，造成濃差極化．組合工藝可以在印染廢水二級生化出水進入超濾工藝之前，對廢水進行一定的預處理，以截留降解廢水中的懸浮物膠體以及有機污染物，降低懸浮物、膠體以及大分子物質在超濾膜表面的沉積，從而減輕超濾膜的運行負荷．由圖3 可見，3種組合工藝中J /J0下降速率為組合工藝3 ＜組合工藝1 ＜組合工藝2，說明組合工藝3 能減輕濾餅層及濃差極化對超濾膜的污染．
為進一步分析超濾膜表面污染情況，對3 種組合工藝運行8 h 后超濾膜的污染阻力分布進行測定，結果見圖4. 由圖4 可見，Rm呈組合工藝3 ＞組合工藝1 ＞組合工藝2，并且組合工藝3 中Rir所占比例小于其他2 個工藝，說明組合工藝3 能夠較有效地去除廢水中的小分子物質以及懸浮物，保證超濾裝置的進水水質，減輕由于膜孔窄化以及膜孔堵塞引起的膜污染．
2. 3 組合預處理工藝對后續反滲透系統運行的影響
根據2. 1 節的分析，不同預處理組合工藝對印染廢水二級出水中污染物的去除效果有一定的差異，進而影響反滲透裝置的運行．因此，在預處理工藝運行基礎上，考察不同組合工藝處理后的出水對后續反滲透裝置運行的影響．ΔP(反滲透膜運行壓差，指反滲透進水壓力和濃水壓力之間的差) 是反映反滲透裝置運行情況的重要指標; 同時，反滲透裝置的脫鹽率也可以在一定程度上反映反滲透膜的污染程度．由圖5 可見，采用組合工藝1、組合工藝2、組合工藝3作為反滲透進水，反滲透裝置的脫鹽率平均值分別為98. 0%、97. 5%和98. 2%．這種脫鹽率關系與各預處理組合工藝的出水水質具有一致性，即預處理組合工藝的出水水質越好，脫鹽率越高．同時，由反滲透裝置ΔP 的變化情況可以看出，采用預處理組合工藝2的出水作為反滲透進水時，反滲透膜系統ΔP 的增幅較大．這是由于預處理組合工藝2 的出水相對其他2種預處理組合工藝出水水質差，濾餅層的形成速度較快，導致ΔP 的增長速率較快，使得反滲透轉置脫鹽效率產生差別．
綜上，針對蘇南某污水處理廠二級生化出水回用的要求，組合工藝3 是最佳的反滲透預處理工藝．
3 結論
a) 在3 種組合工藝中，組合工藝3 對二級生化出水中CODCr、TCU、UV254及濁度的去除率分別為53. 0%、49. 2%、50. 0%和99. 5%，優于其他2 種組合工藝; 組合工藝3 中超濾膜阻力上升速率最慢，并且其中不可逆阻力的比例小于其他2 種組合工藝．
b) 采用組合工藝1、組合工藝2、組合工藝3 作為反滲透進水，反滲透裝置的脫鹽率平均值分別為98. 0%、97. 5%和98. 2%，組合工藝3 的預處理效果優于其他2 種組合工藝，并且反滲透膜ΔP 的增速較低．經過綜合分析，針對蘇南某污水處理廠二級生化出水回用的要求，組合工藝3 為最佳的反滲透預處理工藝．
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