印染废水回用的处理技术范文

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《环境科学研究杂志》2014年第九期

1材料与方法

1.1试验用水水质试验用水取自甪直镇小松中试基地(位于甪直污水处理厂厂外1号调节池)二沉池出水，1号调节池接纳的废水中70%以上为印染废水，印染企业生产面料以棉、涤纶、腈纶、丝绸及羊毛为主，对应染料为活性染料、酸性染料及分散染料．小松中试基地物化及生化段处理工艺为ABR(厌氧折流板反应器)及普通曝气池．二沉池出水水质见表1.

1.2试验装置混凝沉淀池主要设备有混合池、絮凝池、沉淀池、搅拌机等．混合池尺寸为260mm×260mm×650mm，絮凝池尺寸为690mm×690mm×1000mm．BAC(生物活性炭滤池)为一座直径500mm的UPVC(硬聚氯乙烯)柱体，柱体总高为3.8m，超高0.4m，活性炭滤料高为2.0m，滤料垫层高为0.3m．超滤设备为浸没式超滤，采用错流式过滤，设备外观尺寸为970mm×820mm×1100mm，膜组件为3组浸入式帘式中空纤维膜SMM－1010超滤膜，超滤膜参数见表2.反渗透装置由原水水箱、进水泵、保安过滤器、高压泵、反渗透膜组件、产水水箱、浓水水箱、管路、配件及控制系统组成．设备主机技术参数见表3.

1.3试验设计分别考察3种组合工艺作为反渗透预处理工艺对印染废水中污染物的去除情况．组合工艺1为混凝沉淀－超滤工艺，其运行参数:进水流量为200L/h，混凝剂采用PAC(聚合氯化铝)，投加量〔以ρ(PAC)计〕为75.0mg/L．组合工艺2为BAC(生物活性碳滤池)－超滤工艺，其运行参数:BAC水力停留时间为2h，气水比(体积比)为2.5∶1.组合工艺3为混凝沉淀－生物活性碳滤池－超滤工艺，运行参数:进水流量为200L/h，PAC投加量为37.5mg/L，BAC水力停留时间为2h，气水比为2∶1.

1.4分析方法ρ(CODCr)、ρ(NH3-N)、ρ(TP)、UV254、浊度、pH根据标准方法［28］进行测定．TCU(真色)以废水(过0.45μm膜过滤)在436、525和620nm处吸光度的平均值来表征［29］．超滤膜膜通量根据文献［30］的方法进行分析测定．膜污染阻力分为Rm(膜阻力)、膜孔堵塞与窄化引起的Rir(不可恢复阻力)、Rf(浓差极化及滤饼层引起的膜污染阻力)，根据文献［31］的方法进行测定．

2结果与讨论

2.13种组合工艺对污染物的去除效果图2(a)为组合工艺1的运行结果．由图2(a)可见，混凝沉淀对CODCr的去除率只有20%左右，而组合工艺1对CODCr的去除率达到了48.8%．混凝可使胶体颗粒小分子有机物发生凝聚［32］，这些物质在沉淀之后不能被完全去除，但通过超滤的过滤截留作用可以进一步去除这些物质，使得组合工艺整体的去除效果较好，满足反渗透对CODCr的要求．与单独混凝沉淀工艺相比，混凝沉淀－超滤组合工艺对TCU的去除效果提高了68.3%．组合工艺对浊度的去除率达到了99.5%，出水浊度平均值为0.21NTU，能够达到反渗透对浊度的要求．组合工艺1对UV254的去除效果较好，去除率为45.3%．UV254反映水中天然存在的腐殖质类大分子有机物及含CC双键的芳香族化合物的多少，尽管超滤对于腐植酸类小分子的去除效果较差，但混凝过程中形成的微絮体在超滤膜表面形成了滤饼，提高了超滤膜的通透量［33］．组合工艺2的运行结果如图2(b)所示．由图2(b)可见，该组合工艺对CODCr、TCU、UV254、浊度的平均去除率分别为48.3%、45.1%、43.4%和99.3%，总体低于组合工艺1．究其原因，混凝处理可以有效改变膜面滤饼层的性质，减小滤饼层的阻力［34］，同时，BAC对废水的的去除效果受到废水可生化性及活性炭吸附容量的限制［35］，因此，混凝沉淀和超滤工艺之间的协同作用使其去除效果优于组合工艺2．与组合工艺1和组合工艺2相比，组合工艺3对印染废水中CODCr、TCU、UV254以及浊度的去除率均有显著提高〔见图2(c)〕，分别达到53.0%、49.2%、50.0%和99.5%．由于组合工艺3中的混凝沉淀工艺可以截留污水中的固体悬浮物、胶体及大分子物质，而BAC能够通过物理截留作用进一步去除污水中的颗粒物，并且可以通过微生物进一步降解污水中的有机物，同时超滤作为工艺中的最后一道进水屏障，保证了组合工艺3的出水水质．

2.2组合预处理工艺膜污染分析采用J/J0(其中J为膜的实际通量，J0为膜的初始通量)来表征组合工艺中超滤膜的污染情况．由图3可见，3种组合工艺中J/J0下降都比较平缓，并且均高于直接超滤．直接超滤工艺在运行一段时间后膜通量迅速下降，在超滤膜运行8h后降至原来的50%．这是因为水中的胶体或有机物积累在膜表面生成浓差极化层，同时杂质进入膜孔隙并吸附在膜内部，减少了有效的膜孔密度和膜孔径的膜污染．由于印染废水二级生化处理出水中悬浮物和胶体的含量大，而这些物质的粒径均大于膜孔径，直接采用超滤工艺处理，容易吸附在膜表面形成滤饼层，并且由于采用错流过滤方式，使得膜表面局部污染物浓度增加，引起边界流阻力增加，导致传质推动力下降，造成浓差极化［33］．组合工艺可以在印染废水二级生化出水进入超滤工艺之前，对废水进行一定的预处理，以截留降解废水中的悬浮物胶体以及有机污染物，降低悬浮物、胶体以及大分子物质在超滤膜表面的沉积，从而减轻超滤膜的运行负荷．由图3可见，3种组合工艺中J/J0下降速率为组合工艺3＜组合工艺1＜组合工艺2，说明组合工艺3能减轻滤饼层及浓差极化对超滤膜的污染．为进一步分析超滤膜表面污染情况，对3种组合工艺运行8h后超滤膜的污染阻力分布进行测定［31］，结果见图4.由图4可见，Rm呈组合工艺3＞组合工艺1＞组合工艺2，并且组合工艺3中Rir所占比例小于其他2个工艺，说明组合工艺3能够较有效地去除废水中的小分子物质以及悬浮物，保证超滤装置的进水水质，减轻由于膜孔窄化以及膜孔堵塞引起的膜污染．

2.3组合预处理工艺对后续反渗透系统运行的影响根据2.1节的分析，不同预处理组合工艺对印染废水二级出水中污染物的去除效果有一定的差异，进而影响反渗透装置的运行．因此，在预处理工艺运行基础上，考察不同组合工艺处理后的出水对后续反渗透装置运行的影响．ΔP(反渗透膜运行压差，指反渗透进水压力和浓水压力之间的差)是反映反渗透装置运行情况的重要指标;同时，反渗透装置的脱盐率也可以在一定程度上反映反渗透膜的污染程度．由图5可见，采用组合工艺1、组合工艺2、组合工艺3作为反渗透进水，反渗透装置的脱盐率平均值分别为98.0%、97.5%和98.2%．这种脱盐率关系与各预处理组合工艺的出水水质具有一致性，即预处理组合工艺的出水水质越好，脱盐率越高．同时，由反渗透装置ΔP的变化情况可以看出，采用预处理组合工艺2的出水作为反渗透进水时，反渗透膜系统ΔP的增幅较大．这是由于预处理组合工艺2的出水相对其他2种预处理组合工艺出水水质差，滤饼层的形成速度较快，导致ΔP的增长速率较快，使得反渗透转置脱盐效率产生差别．综上，针对苏南某污水处理厂二级生化出水回用的要求，组合工艺3是最佳的反渗透预处理工艺．

3结论

a)在3种组合工艺中，组合工艺3对二级生化出水中CODCr、TCU、UV254及浊度的去除率分别为53.0%、49.2%、50.0%和99.5%，优于其他2种组合工艺;组合工艺3中超滤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种组合工艺．b)采用组合工艺1、组合工艺2、组合工艺3作为反渗透进水，反渗透装置的脱盐率平均值分别为98.0%、97.5%和98.2%，组合工艺3的预处理效果优于其他2种组合工艺，并且反渗透膜ΔP的增速较低．经过综合分析，针对苏南某污水处理厂二级生化出水回用的要求，组合工艺3为最佳的反渗透预处理工艺．

作者：操家顺浩长江方芳单位：河海大学，浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室河海大学环境学院