摘  要：本文分析了印染废水传统处理回用技术，简要介绍了反渗透技术的原理及其特点，并通过国内外对反渗透技术在印染废水处理方面的研究，分析其在该领域内应用前景及发展方向。

关键字：反渗透  印染废水  废水回用 

 

The Application of the RO Membrane Separation Technique for the Dyeing Wastewater Reuse

 

Zhu Qingyi   Xu Jian   Xu Jingcheng

（College of Environmental Science and Engineering, Tongji University, Shanghai, 200092）

 

Abstract：This article analyzes the traditional dyeing wastewater treatment methods and briefly introduces the principle and character of the RO technique. Through the research on applying RO technique in wastewater treatment for water reuse of dyeing industry at home and abroad, the article puts forward the prospect of these wastewater treatment methods.

Keywords：RO (reverse osmosis)   Dyeing Wastewater    Water Reuse

 

1   前言

印染行业是耗水大户，废水排放量和污染物总量分别位居全国工业部门的第二位和第四位，是我国重点污染行业之一^[1]。印染废水一直以排放量大、处理难度高而成为废水治理工艺研究的重点和难点^[2][3]。同时，随着我国经济的飞速发展，水资源紧缺已成为制约我国印染行业进一步发展的限制因素。为了实现印染行业的可持续发展，印染废水的资源化回用成为实现这一目标的关键。在我国，印染废水普遍采用生化+物化处理工艺，出水水质指标一般不能达到废水回用要求^[4][5]，尤其是电导率、总固体指标是回用的难点，须经进一步深度处理后才能实现回用。反渗透技术因其高脱盐率，运行稳定，适用于印染废水深度处理后回用而受到广泛关注。

2   印染废水传统深度处理回用技术

印染废水二级出水中的COD、浊度、色度、电导率等都不能达到废水直接回用的要求，需进一步经深度处理后方可实现印染废水的重复利用。传统印染废水深度处理回用技术主要有以下几种：

（1）生物活性碳工艺，工艺流程图见图1^[6]。

印染废水

回用

混凝沉淀

厌氧酸化

生物活性炭

二沉池

纤维球过滤

 

图1 生物活性炭处理工艺

印染废水采用此工艺对二级生化出水处理后，回用废水主要运用于生产过程的水洗、皂洗和冲洗等对水质要求不高的生产工艺^[7]。

（2）石英砂过滤工艺，工艺流程图见图2。

回用

印染废水

二级生化处理

混凝沉淀

微孔高分子清洗颗粒

石英砂过滤

 

 

图2 石英砂过滤工艺

该处理工艺对废水中的浊度、色度均有较好的处理效果，但对于铁、锰等金属离子去除效果不明显，采用此工艺处理后的出水回用于高质量印染产品的生产中，将对产品的着色产生影响。

（3）微滤、纳滤工艺，工艺流程图见图3^[8]。

回用

印染废水

微滤

纳滤

二级生化处理

 

 

 

图3 微滤、纳滤工艺

经过该工艺处理后的印染废水，废水中COD_Cr<12mg/L，TSS<5mg/L，浊度<5NTU，色度<10倍，出水水质较好。但与反渗透膜相比，纳滤膜对于NaCl的截流率不高。

随着印染工业的发展和印染产品质量的提高，传统的印染废水回用工艺已不能满足高质量印染生产用水的水质要求。

3   反渗透分离技术原理及特点

反渗透膜分离技术是上世纪60年代发展起来的一门新的膜分离技术，作为膜分离领域的一个分支，具有广阔的发展前景^[9]。

反渗透膜分离技术的原理基于稀浓溶液之间的渗透压，当用一张半透膜将稀溶液(如纯水)与浓溶液(如盐水)隔开时，稀溶液会向浓溶液渗透并保持相应的渗透压。如果对浓溶液施加大于渗透压的压力，则浓溶液会向稀溶液一侧渗透，使溶质由浓溶液向稀溶液转移。

一般反渗透膜微孔尺寸在10A左右，操作压力为1.0~10.0Mpa，切割分子量小于500，能截留盐或小分子量有机物，可使水中离子的含量降低96%~99%。由于反渗透技术具有无相变、组件化、流程简单、操作方便、占地面积小、投资省、耗电低等优点，它由最初的只用于海水淡化，逐步扩大到苦咸水淡化、食品加工、医药卫生、饮料净化、超纯水制备等方面^[10]，产生很高的经济效益。

就印染废水的反渗透处理而言，反渗透能去除离子物质，具有良好的脱盐脱色效果，应用于印染废水能产生明显的环境效益和经济效益。

4   国内外反渗透技术在印染废水回用中的研究

与印染废水传统处理回用工艺相比，反渗透系统具有优良的脱盐、脱色性能，实践及研究表明，该工艺对总硬度、氯化物、总碱度、硫酸根以及钠离子的去除率达95％以上，出水浊度<0.5NTU，色度几乎无法检出^[11]，适用于印染废水深度处理回用。

4.1 国内研究情况

印染废水是一种处理难度较大的工业废水，一般通过生化+物化法使其中的污染物质得以降解。由于废水本身所含污染物十分复杂，经处理后，出水虽能基本达到排放标准，但与废水回用对水质的要求相距较远。

平丽^[12]等对国内一家印染企业废水二级生化出水进行了反渗透处理工艺的研究，以达到废水回用的要求。处理工艺流程见图4。

试验原水

微絮凝过滤

5μm+1μm微滤

反渗透系统

回用

加氯消毒

 

图4 处理工艺流程

在整个处理工艺中，以微絮凝过滤工艺作为反渗透处理系统的预处理工艺。微絮凝过滤工艺具有药剂投加量小、流程简单、基建投资少等优点。经过微絮凝过滤、加氯消毒、微滤处理后，出水COD小于40mg/L，浊度小于0.25NTU，SDI值小于5.0，达到反渗透工艺对进水水质的要求。

RO反渗透膜采用陶氏膜组件，试验对反渗透系统进行了部分浓水回流以提高系统产水率。反渗透系统处理效果见表１。

表１ 反渗透系统反渗透除盐效果

 

由表１可见，反渗透系统总脱盐率达到了95％以上，其中总硬度、氯化物、硫酸根和钠离子的去除率分别达到了95％、100％、99％、97％以上，脱盐效果十分明显，采用部分浓水回流反渗透系统的运行稳定，产水的TDS低于100mg/L，电导率小于150μS/cm。

由试验结果表明，该反渗透工艺对印染废水处理效果明显，处理出水达到废水回用的要求。

4.2  国外研究情况

G．Ciardelli，L．Corsi，M．Marcucci^[11]对超滤和反渗透系统对印染废水的处理进行了试验研究。试验原水为纺织行业印染和漂洗工艺产生的废水经过活性污泥处理产生的出水。处理工艺流程见图5。

试验原水

回用

砂滤

反渗透

超滤

 

 

图5 处理工艺流程

经生物处理的废水首先进行砂滤，其操作压力为3bar，流速800L/h，每隔15小时进行反冲洗。砂滤出水先贮存于水槽中，再经过超滤，操作压力为4bar，水透过率10%，其余回流进水槽，超滤平均流速为550~600L/h。当处理效果恶化立即进行化学清洗。经超滤后，浊度总去除率达到95%，对应SDI值为1.5，保证了反渗透的安全运行和持续运行时间。

超滤出水也先贮存于另一水槽后再进入操作压力为8bar的反渗透系统，出水流速为500L/h（40%浓水流出，60%出水可用于回用）。整个工艺处理效果见表2，反渗透除盐效果见表3。

表2 整个工艺处理效果

水样	COD（mg/L）	COD总去除率（%）	电导率(µs/cm)	电导率去除率（%）	色度去除率（%）	pH值
试验原水 砂滤出水 超滤滤液出水 反渗透滤液出水	263 164 139 34	— 38 47 87	3630 3610 3550 35	— 0.6 2.2 99	— 6 16 95	7.8 7.9 8.0 6.3

 

表3 反渗透除盐效果

水样	钾离子（mg/L）	镁离子（mg/L）	铁离子（mg/L）	SO42- （mg/L）	Cl- （mg/L）
试验原水	21.2	7.0	0.28	225	725
反渗透滤液出水	1.1	4.2	0.07	7	42
去除率（%）	94.8	40	75	96.9	94.2

 

由表2、表3可见，经反渗透系统的出水COD去除率为87%，电导率去除率为99%，色度去除率为95%，pH值也有明显下降。反渗透系统除盐效果十分明显。从整个处理工艺出水水质来看（95%以上除盐率、COD和色度极低），完全可以应用于印染工艺环节。

 

5   反渗透技术应用于印染废水回用的发展方向

在各种膜分离技术中，反渗透技术己成为近年来国内应用最成功、发展最快、普及最广的一种，已成为21世纪最有发展潜力的水处理高新技术之一。当前反渗透技术应用于印染废水回用的发展主要有以下两个方向：

（1）新的反渗透膜及组件的研制

当前反渗透技术的研究方向依然是反渗透膜及组件的研制。新的膜发展主要集中于：1.高盐截留率；2.低压操作；3.膜寿命长；4.抗污染、抗溶剂、成本低、通量大；5.耐高温、耐酸碱和细菌腐蚀。已经开发成功的有超低压膜、低污染膜、带正电荷的反渗透膜及耐高温、食品级、卫生级反渗透膜^[13]。

In-Chul，Kew-Ho Lee^[14]对抗污染纳滤和反渗透膜在印染废水处理中的应用进行了实验研究。抗污染纳滤和反渗透表面涂有一层中性聚乙烯醇聚合物（PVA），相对于普通膜，其表面所带负电荷减少和粗糙程度降低，试验表明，能显著减少膜污染问题。良好的出水水质及对膜污染的有效控制证明了PVA抗污染反渗透系统在印染废水回用中的广大应用前景。

（2）反渗透膜组器与超滤、微滤、纳滤、EDI等组器的有机组合应用

反渗透工程应用的另一个发展方向是反渗透膜组器与超滤、微滤、纳滤、EDI等组器有机地组合应用，充分发挥各种膜分离技术的特性，形成一个完整的系统工程，达到浓缩、分离、提纯的目的。

反渗透系统之前要求进行非常好的预处理，建立在传统的消毒、絮凝、澄清和介质过滤之上的多级处理步骤，对反渗透膜有非常高的潜在污染，当前反渗透技术应用于印染废水回用的试验研究和工程实例中，多以微滤和超滤作为反渗透系统预处理工艺，控制进水SDI<5，能处理二级排放水并能保持稳定的过滤水量和操作压力。出水中胶体和悬浮物含量比传统的预处理工艺出水低很多，反渗透膜的污染速度大幅下降。

6   结束语

反渗透技术作为膜分离技术的一个分支，具有膜分离技术的一系列优点。在印染废水回用方面，能有效降低水中电导率、总固体、硬度等，具有良好的除盐脱色效果，系统操作方便运行稳定，具有广阔的应用前景。

 

参考文献

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[3]戴日成,张统,郭茜等.印染废水水质特征及处理技术综述.给水排水，2000，26(10)：33

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[11]G．Ciardelli，L．Corsi，M．Marcucci．Membrane separation for wastewater reuse in the texitile industy．Resources，Conser6ation and Recycling31（2000）：189–197

[12]平丽.印染废水回用处理技术研究:[硕士学位论文].上海：同济大学，2006

[13]吴存永.反渗透膜技术在污水回用中的应用：[硕士学位论文].南京：南京理工大学，2004

[14]In-Chul，Kew-Ho Lee．Dyeing process wastewater treatment using fouling resistant

nanofiltration and reverse osmosis membranes．Desalination 192 (2006)：246–251