浸沒式超濾用于印染廢水試驗研究

張曉虎　金度延　饒文中　常園園　陸方軍

摘要：本文主要研究探索了膜法印染廢水處理中超濾膜污染控制問題，得出一種經(jīng)濟有效的膜運行方式：即運行通量設(shè)定0.7m?/（㎡·d）無曝氣運行，每2～3d進行化學增強反洗，每9～12d實施排空前維護性清洗。

關(guān)鍵詞：膜過濾；印染廢水；低能耗

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）06-0101-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.06.059

Abstract： In this paper， the fouling control of ultrafiltration membrane in the treatment of textile wastewater is studied， and an economical and effective membrane operation mode is proposed： the operating flux is 0.7m?/（㎡·d） without aeration， and chemical enhanced backwash is implemented every 2～3 days， coupled with maintenance clean before drain every 9～12 days.

Key words： Membrane filtration；Textile wastewater；Low energy consumption

印染廢水是在對織物進行預處理、染色、印花和整理過程中產(chǎn)生的一種綜合廢水，其通常具有成分復雜、有機物含量高、可生化性差、水質(zhì)波動大的特點。傳統(tǒng)的生化工藝難以保證達標排放[1]，可回用比例低，僅為10%左右[2]。近年來，以反滲透為核心的膜分離技術(shù)不僅能降低回用水的COD和色度，還能脫除印染過程中投加無機鹽，生產(chǎn)高品質(zhì)再生水，在印染廢水回用中應(yīng)用廣泛 [3]。

膜污染是膜分離技術(shù)應(yīng)用面臨的最主要問題[4]，在印染廢水回用中超濾膜污染尤為突出。本中試研究的目的在于優(yōu)化關(guān)鍵參數(shù)，以實現(xiàn)經(jīng)濟合理、技術(shù)可行。

1 試驗部分

1.1 工藝流程

本次中試在紹興柯橋區(qū)某印染廠工業(yè)再生水生產(chǎn)車間進行，項目再生水生產(chǎn)的工藝為格柵初次沉淀池-水解酸化-生物接觸氧化-二沉池-混凝氣浮-砂濾-外壓式超濾-反滲透。試驗進水為砂濾工藝出水，pH范圍為6.9～8.1，COD變化范圍為130.5～250.7mg/L，濁度變化范圍為7.5 ～34NTU。

中試裝置由膜產(chǎn)水系統(tǒng)（包括膜組件、空氣泵、自吸泵、膜池、清水池）、維護清洗系統(tǒng)（包括反洗泵、藥劑自動投加設(shè)備）、在線監(jiān)測系統(tǒng)（包括溫度、壓力、溫度、pH、液位傳感器）和PLC自動控制系統(tǒng)組成，自動完成膜池進水、排空、膜過濾產(chǎn)水、水反洗、藥劑清洗及洗數(shù)據(jù)采集等過程。

試驗裝置采用ECONITY浸沒箱式中空纖維膜組件，材質(zhì)為PVDF，采用拉升法和熱法結(jié)合制膜工藝，產(chǎn)生狹縫型非對稱膜孔結(jié)構(gòu)，公稱孔徑為0.1μm，有效膜面積為21㎡。

1.2 運行清洗方式

本次中試分2個階段：

第1階段為連續(xù)曝氣運行，通量取0.8m/d；第2階段為無曝氣運行，通量取0.7m/d。

本試驗化學清洗方式為2種：化學增強反洗（CEB，Chemical Enhanced Backwash），把清洗藥品通過反洗泵注射到膜絲內(nèi)部，停留一段時間；排空維護性清洗（MCBD，Maintenance Clean Before Drain），膜池濃水排出前，把低濃度的清洗藥品投入在整個膜池里浸泡。CEB每周3次，使用200ppm NaClO溶液20L，1000ppm草酸溶液20L。MCBD每周1次，投入NaClO至膜池內(nèi)，濃度為200ppm，浸泡1h；投入草酸濃度為1，000ppm，浸泡1h，排空膜池。

為了控制膜池內(nèi)的濃水濃度，同時保證目標回收率大于90%，膜池每天需排空3次，排水、充水過程中運行鼓風機，利用氣泡擦洗使得膜表面上的污染物掉落，結(jié)束充水后關(guān)閉曝氣重新運行系統(tǒng)。

1.3 測試方法

膜透水性測能測試是短期內(nèi)膜化學清洗節(jié)點判斷和長期膜使用壽命分析的主要方法[5]，膜透水性能通過比通量（SF，specific flux）反映，計算公式如下：

SF=J/TMP

式中，J表示膜通量；TMP為跨膜壓差。

本試驗中，維持膜通量J不變，跨膜壓差TMP隨著膜系統(tǒng)運行時間的持續(xù)呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。試驗水溫比較穩(wěn)定，維持在23～25℃，故本試驗不考慮水溫對通量的修正。

2 結(jié)果與討論

2.1 水質(zhì)凈化效果

試驗結(jié)果表明，超濾膜對COD的去除效率較低，去除率為7%～14%，產(chǎn)水COD隨著進水COD波動而變化；而對濁度的去除穩(wěn)定且高效，去除率維持在90%以上，盡管試驗期間進水濁度波動較大，部分時段超過30NTU，產(chǎn)水濁度仍能穩(wěn)定維持在0.5NTU以下。說明超濾膜對水中懸浮物和膠體物質(zhì)等產(chǎn)生濁度物質(zhì)保持穩(wěn)定去除，可保證后續(xù)RO預處理效果，但對溶解性有機物的去除率較低。

2.2 運行方式選擇

從圖1可以發(fā)現(xiàn)，第1階段在全過程曝氣、通量為0.8m/d情況下運行平穩(wěn)；第2階段為無曝氣運行，在通量為0.7m/d下同樣穩(wěn)定運行。通過對比2個運行階段的跨膜壓差（TMP）和比通量（SF）變化曲線的斜率，可以得出，第2階段跨膜壓差和比通量的變化速率低于第1階段，即膜污染速率降低。說明在該運行通量范圍內(nèi)，膜通量對膜污染的影響程度大于有無曝氣擦洗。

膜通量的維護主要通過化學增強反洗（CEB）和排空前維護性清洗（MCBD）實現(xiàn)。CEB每2d～3d進行一次，MCBD當比通量降至200LMH/bar時實施，兩者均可以恢復透水性。通過比通量變化圖可以發(fā)現(xiàn)，MCBD的恢復效果遠優(yōu)于CEB，前者是后者的8～10倍， MCBD可作為維護膜通量、降低膜恢復性清洗頻率的有效手段。第2階段MCBD清洗周期平均為10.7d，而第1階段平均8.7d，進一步說明第2階段的維護效果優(yōu)于第1階段。同時，98%的運行時間不需曝氣，可實現(xiàn)75%以上的能耗減少，極大地優(yōu)化了運行。

3 結(jié)論

超濾膜可保證出水濁度可能控制在0.5NTU以下， 對懸浮物和膠體保持穩(wěn)定的去除，是一種高效的RO預處理方式。

中試期間，連續(xù)曝氣運行時的通量為0.8m/d，無曝氣運行時的通量為0.7m/d時運行平穩(wěn)，且回收率穩(wěn)定達到90%以上。

建議采用運行費用低、同時可保證高通量運行的第2階段運行方式作為RO預處理：運行通量維持在0.7m?/（㎡d），無曝氣運行，每周2～3次化學增強反洗，每9～12d實施排空前維護清洗。此運行方式可維持比通量>200LMH/bar，保證穩(wěn)定的產(chǎn)水量和清洗周期。

參考文獻

[1]黃興華，杜崇鑫等.印染工業(yè)廢水的中水回用技術(shù)研究進展綜述[J].凈水技術(shù)，2015，34（5）： 16-20， 43.

[2]楊占紅.不同方法深度處理印染廢水的比較研究[J].工業(yè)水處理，2010，30（7） ： 42-45.

[3]胡萃，黃瑞敏，林德賢等.膜分離技術(shù)在印染廢水回用中的應(yīng)用現(xiàn)狀[J].江西科學，2006，24（4） ： 187-190.

[4]陳紅，李響等.當前印染廢水治理中的關(guān)鍵問題[J].工業(yè)水處理，2015，35（10） ： 16-19.

[5]A.Fenu，W.De Wilde，M.Gaertner，et a1.Elaborating the membrane life concept in a full scale hollow—fibers MBR[J].Membrane Science，421—422（2012）：349—354.

收稿日期：2018-04-13

作者簡介：張曉虎（1987-），男，碩士研究生，助理工程師，研究方向為污廢水處理技術(shù)。