我國(guó)是紡織印染大國(guó)，紡織印染行業(yè)是工業(yè)廢水的排放大戶(hù)，廢水量約占整個(gè)工業(yè)廢水排放量的35%．印染廢水由于具有水量大、有機(jī)物含量高、色度高、堿性強(qiáng)、鹽度高、水質(zhì)變化大等特點(diǎn)，已經(jīng)成為我國(guó)重要的環(huán)境污染源，是公認(rèn)的難治理有害廢水之一．目前印染廠(chǎng)廢水的回用率僅為7%(主要是冷卻水)，整個(gè)紡織行業(yè)廢水回用率不足10%，是全國(guó)所有行業(yè)中廢水回用率最低的行業(yè)．目前水資源短缺已成為制約我國(guó)印染行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的限制因素．同時(shí)，隨著新型染料、助劑的不斷開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，處理難度不斷增大，而且隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格，水費(fèi)也在不斷上漲．因此，為了實(shí)現(xiàn)印染行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，消除環(huán)境污染的潛在危害，印染廢水深度處理和回用技術(shù)已經(jīng)成為亟待研究和解決的重要問(wèn)題．

膜分離技術(shù)是印染廢水回用最具有可行性的技術(shù)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(jī)物及離子物質(zhì)，保證其出水達(dá)到無(wú)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(duì)進(jìn)水水質(zhì)要求高，印染廢水二級(jí)生化處理出水水質(zhì)難以滿(mǎn)足反滲透工藝對(duì)進(jìn)水水質(zhì)的要求，需要對(duì)印染廢水二級(jí)生化處理出水進(jìn)行一定的預(yù)處理，以保證反滲透工藝的穩(wěn)定運(yùn)行及膜污染的有效控制．

反滲透工藝在運(yùn)行過(guò)程中存在膜污染速度快、膜元件污染嚴(yán)重等問(wèn)題，這將折損反滲透膜的使用壽命，增加運(yùn)行成本，因此合適的預(yù)處理工藝對(duì)反滲透工藝的穩(wěn)定運(yùn)行及降低運(yùn)行成本起著至關(guān)重要的作用．反滲透預(yù)處理工藝包括混凝與沉淀處理、化學(xué)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(yù)處理工藝，對(duì)濁度有較好的去除效果，并且減輕了反滲透系統(tǒng)的化學(xué)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(yù)處理，不僅對(duì)水中的濁度、CODCr有較好的去除效果，同時(shí)對(duì)水中殘余的復(fù)雜活性染料也有一定的脫除效果．由于印染廢水成分復(fù)雜，易于加重反滲透膜的污染，因此要實(shí)現(xiàn)反滲透工藝對(duì)CODCr脫除、脫色和脫鹽一步完成并保證出水品質(zhì)，必須選擇適當(dāng)?shù)慕M合工藝作為反滲透的預(yù)處理工藝．

該研究以蘇南某污水處理廠(chǎng)中試試驗(yàn)基地(70%以上為印染廢水) 中二級(jí)生化出水的回用為目的，針對(duì)印染廢水二沉池出水中的有機(jī)物、懸浮物膠體及色度高的特點(diǎn)，考察了3 種反滲透預(yù)處理組合工藝對(duì)印染廢水中污染物的去除效果，并對(duì)去除機(jī)理進(jìn)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(yīng)用提供理論及技術(shù)依據(jù)．

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)用水水質(zhì)

試驗(yàn)用水取自甪直鎮(zhèn)小松中試基地(位于甪直污水處理廠(chǎng)廠(chǎng)外1 號(hào)調(diào)節(jié)池) 二沉池出水，1 號(hào)調(diào)節(jié)池接納的廢水中70% 以上為印染廢水，印染企業(yè)生產(chǎn)面料以棉、滌綸、腈綸、絲綢及羊毛為主，對(duì)應(yīng)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(yīng)器) 及普通曝氣池．二沉池出水水質(zhì)見(jiàn)表1.

1. 2 試驗(yàn)裝置

混凝沉淀池主要設(shè)備有混合池、絮凝池、沉淀池、攪拌機(jī)等．混合池尺寸為260 mm×260 mm×650 mm，絮凝池尺寸為690 mm× 690 mm× 1 000 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(shè)備為浸沒(méi)式超濾，采用錯(cuò)流式過(guò)濾，設(shè)備外觀(guān)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(shù)見(jiàn)表2.

反滲透裝置由原水水箱、進(jìn)水泵、保安過(guò)濾器、高壓泵、反滲透膜組件、產(chǎn)水水箱、濃水水箱、管路、配件及控制系統(tǒng)組成．設(shè)備主機(jī)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3.

表3 反滲透主機(jī)技術(shù)參數(shù)

中試試驗(yàn)裝置及工藝流程見(jiàn)圖1．

1. 3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

分別考察3 種組合工藝作為反滲透預(yù)處理工藝對(duì)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(yùn)行參數(shù): 進(jìn)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(jì)〕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(yùn)行參數(shù): BAC 水力停留時(shí)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(yùn)行參數(shù): 進(jìn)水流量為200 L /h，PAC 投加量為37. 5 mg /L，BAC 水力停留時(shí)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(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)定．TCU(真色) 以廢水(過(guò)0. 45 μm 膜過(guò)濾) 在436、525 和620 nm處吸光度的平均值來(lái)表征．超濾膜膜通量根據(jù)文獻(xiàn)的方法進(jìn)行分析測(cè)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(fù)阻力) 、Rf(濃差極化及濾餅層引起的膜污染阻力)，根據(jù)文獻(xiàn)的方法進(jìn)行測(cè)定．

2 結(jié)果與討論

2. 1 3 種組合工藝對(duì)污染物的去除效果

圖2(a) 為組合工藝1 的運(yùn)行結(jié)果．由圖2(a) 可見(jiàn)，混凝沉淀對(duì)CODCr的去除率只有20% 左右，而組合工藝1 對(duì)CODCr的去除率達(dá)到了48. 8%．混凝可使膠體顆粒小分子有機(jī)物發(fā)生凝聚，這些物質(zhì)在沉淀之后不能被完全去除，但通過(guò)超濾的過(guò)濾截留作用可以進(jìn)一步去除這些物質(zhì)，使得組合工藝整體的去除效果較好，滿(mǎn)足反滲透對(duì)CODCr的要求．與單獨(dú)混凝沉淀工藝相比，混凝沉淀－超濾組合工藝對(duì)TCU的去除效果提高了68. 3%．組合工藝對(duì)濁度的去除率達(dá)到了99. 5%，出水濁度平均值為0. 21 NTU，能夠達(dá)到反滲透對(duì)濁度的要求．組合工藝1 對(duì)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(zhì)類(lèi)大分子有機(jī)物及含 C=C 雙鍵的芳香族化合物的多少，盡管超濾對(duì)于腐植酸類(lèi)小分子的去除效果較差，但混凝過(guò)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(yùn)行結(jié)果如圖2 (b) 所示．由圖2(b) 可見(jiàn)，該組合工藝對(duì)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(zhì)，減小濾餅層的阻力，同時(shí)，BAC 對(duì)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(xié)同作用使其去除效果優(yōu)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(duì)印染廢水中CODCr、TCU、UV254以及濁度的去除率均有顯著提高〔見(jiàn)圖2(c) 〕，分別達(dá)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(zhì)，而B(niǎo)AC 能夠通過(guò)物理截留作用進(jìn)一步去除污水中的顆粒物，并且可以通過(guò)微生物進(jìn)一步降解污水中的有機(jī)物，同時(shí)超濾作為工藝中的最后一道進(jìn)水屏障，保證了組合工藝3 的出水水質(zhì)．

2. 2 組合預(yù)處理工藝膜污染分析

采用J /J0(其中J 為膜的實(shí)際通量，J0為膜的初始通量) 來(lái)表征組合工藝中超濾膜的污染情況．由圖3 可見(jiàn)，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(yùn)行一段時(shí)間后膜通量迅速下降，在超濾膜運(yùn)行8 h 后降至原來(lái)的50%．這是因?yàn)樗�中的膠體或有機(jī)物積累在膜表面生成濃差極化層，同時(shí)雜質(zhì)進(jìn)入膜孔隙并吸附在膜內(nèi)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(jí)生化處理出水中懸浮物和膠體的含量大，而這些物質(zhì)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(cuò)流過(guò)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(dǎo)致傳質(zhì)推動(dòng)力下降，造成濃差極化．組合工藝可以在印染廢水二級(jí)生化出水進(jìn)入超濾工藝之前，對(duì)廢水進(jìn)行一定的預(yù)處理，以截留降解廢水中的懸浮物膠體以及有機(jī)污染物，降低懸浮物、膠體以及大分子物質(zhì)在超濾膜表面的沉積，從而減輕超濾膜的運(yùn)行負(fù)荷．由圖3 可見(jiàn)，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(shuō)明組合工藝3 能減輕濾餅層及濃差極化對(duì)超濾膜的污染．

為進(jìn)一步分析超濾膜表面污染情況，對(duì)3 種組合工藝運(yùn)行8 h 后超濾膜的污染阻力分布進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)圖4. 由圖4 可見(jiàn)，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(gè)工藝，說(shuō)明組合工藝3 能夠較有效地去除廢水中的小分子物質(zhì)以及懸浮物，保證超濾裝置的進(jìn)水水質(zhì)，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(yù)處理工藝對(duì)后續(xù)反滲透系統(tǒng)運(yùn)行的影響

根據(jù)2. 1 節(jié)的分析，不同預(yù)處理組合工藝對(duì)印染廢水二級(jí)出水中污染物的去除效果有一定的差異，進(jìn)而影響反滲透裝置的運(yùn)行．因此，在預(yù)處理工藝運(yùn)行基礎(chǔ)上，考察不同組合工藝處理后的出水對(duì)后續(xù)反滲透裝置運(yùn)行的影響．ΔP(反滲透膜運(yùn)行壓差，指反滲透進(jìn)水壓力和濃水壓力之間的差) 是反映反滲透裝置運(yùn)行情況的重要指標(biāo); 同時(shí)，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(jiàn)，采用組合工藝1、組合工藝2、組合工藝3作為反滲透進(jìn)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(guān)系與各預(yù)處理組合工藝的出水水質(zhì)具有一致性，即預(yù)處理組合工藝的出水水質(zhì)越好，脫鹽率越高．同時(shí)，由反滲透裝置ΔP 的變化情況可以看出，采用預(yù)處理組合工藝2的出水作為反滲透進(jìn)水時(shí)，反滲透膜系統(tǒng)ΔP 的增幅較大．這是由于預(yù)處理組合工藝2 的出水相對(duì)其他2種預(yù)處理組合工藝出水水質(zhì)差，濾餅層的形成速度較快，導(dǎo)致ΔP 的增長(zhǎng)速率較快，使得反滲透轉(zhuǎn)置脫鹽效率產(chǎn)生差別．具體參見(jiàn)http://www.dongaorq.cn更多相關(guān)技術(shù)文檔。

綜上，針對(duì)蘇南某污水處理廠(chǎng)二級(jí)生化出水回用的要求，組合工藝3 是最佳的反滲透預(yù)處理工藝．

3 結(jié)論

a) 在3 種組合工藝中，組合工藝3 對(duì)二級(jí)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(yōu)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(jìn)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(yù)處理效果優(yōu)于其他2 種組合工藝，并且反滲透膜ΔP 的增速較低．經(jīng)過(guò)綜合分析，針對(duì)蘇南某污水處理廠(chǎng)二級(jí)生化出水回用的要求，組合工藝3 為最佳的反滲透預(yù)處理工藝．