吴先昌 王永胜
纺织、印染工业对水的需求量很大，被人们称之为用水大户、排水大户，并且工艺过程中产生的染色废水比较难处理。因而，在许多地方，纺织印染工业的发展受到限制。膜分离技术是当代新型高效分离技术、具有高效、节能、过程易控制、操作方便、易与其他技术集成等优点。本项目通过大量的中试工作，成功地开发应用于工业化生产的印染废水膜处理回用技术。
1 印染废水膜处理试验
1.1 实际印染废水膜处理中试试验
实验目的：采用印染过程排放的实际生产废水检测膜的性能。在企业现场安装一套中试设备，其中由阀、预过滤器和料罐组成的收集系统用于收集实际印染过程排放的废水。中试设备中使用的膜膜芯与卷式膜组件中所用的相同。
试验主要考查：一是如何选用合适的膜有效截留印染废水中的染料、纤维和其他污染物，使膜透析液达到印染工艺用水要求：二是膜系统经长时间运行后膜通量的恢复；三是膜系统的集成、投资与运行成本控制。
1.2 试验水样
试验水样取自华懋织造染整有限公司。废水主要污染物如表1所示：
1.3 试验流程
膜组件过滤流程原理如下所示：
料罐中的料液经泵进入膜组件，料液中污染物质被膜截留，称为浓缩液（或回流液）返回料罐，没有被膜截留的物质和水透出，成为透析液。随着浓缩液的不断循环，水份和不被截留的物质逐渐透析，浓缩液最终越来越浓，达到设计的浓缩倍数后，整个膜过滤过程就完成了。膜对被截留物质的截留过程是以截留率的概念进行的。在连续式设计中，是没有回流液的，浓缩液直接排出。
2 试验结果与讨论
2.1 试验结果
2.1.1 纳滤膜与反渗透膜通量试验
第一次试验用LCI膜，共取具有代表性的7批原样（见图1），第二次试验（见图2）用LC7450膜进行中试（一级、二级一同比较）。试验表明膜通量稳定性好。
2.1.2 膜截留率试验
吴先昌 王永胜
纺织、印染工业对水的需求量很大，被人们称之为用水大户、排水大户，并且工艺过程中产生的染色废水比较难处理。因而，在许多地方，纺织印染工业的发展受到限制。膜分离技术是当代新型高效分离技术、具有高效、节能、过程易控制、操作方便、易与其他技术集成等优点。本项目通过大量的中试工作，成功地开发应用于工业化生产的印染废水膜处理回用技术。
1 印染废水膜处理试验
1.1 实际印染废水膜处理中试试验
实验目的：采用印染过程排放的实际生产废水检测膜的性能。在企业现场安装一套中试设备，其中由阀、预过滤器和料罐组成的收集系统用于收集实际印染过程排放的废水。中试设备中使用的膜膜芯与卷式膜组件中所用的相同。
试验主要考查：一是如何选用合适的膜有效截留印染废水中的染料、纤维和其他污染物，使膜透析液达到印染工艺用水要求：二是膜系统经长时间运行后膜通量的恢复；三是膜系统的集成、投资与运行成本控制。
1.2 试验水样
试验水样取自华懋织造染整有限公司。废水主要污染物如表1所示：
1.3 试验流程
膜组件过滤流程原理如下所示：
料罐中的料液经泵进入膜组件，料液中污染物质被膜截留，称为浓缩液（或回流液）返回料罐，没有被膜截留的物质和水透出，成为透析液。随着浓缩液的不断循环，水份和不被截留的物质逐渐透析，浓缩液最终越来越浓，达到设计的浓缩倍数后，整个膜过滤过程就完成了。膜对被截留物质的截留过程是以截留率的概念进行的。在连续式设计中，是没有回流液的，浓缩液直接排出。
2 试验结果与讨论
2.1 试验结果
2.1.1 纳滤膜与反渗透膜通量试验
第一次试验用LCI膜，共取具有代表性的7批原样（见图1），第二次试验（见图2）用LC7450膜进行中试（一级、二级一同比较）。试验表明膜通量稳定性好。
2.1.2 膜截留率试验
在LCI膜一级纳滤中，COD的平均截留率与浓缩倍数相关，浓缩倍数越高其平均截留率越低，但截留率不低于85%，浓缩倍数在22.5倍时，COD的平均截留率为94%以上（见图3）。
2.1.3 膜透析液试验
透析液水质分析由华懋公司负责，LCI膜的一级纳滤透析水的COD在5080ppm，二级透析水COD在10ppm左右，COD的平均截留率在80%以上；而LC7450膜的一级纳滤透析水的COD应在10ppm左右，COD的平均截留率在97%左右，从中试数据来看，第一级和第二级的出水水质指标相差不多，都在10ppm左右，已达染整水回用标准和一级排放标准，就没有必要增加多一级的膜，所以，从华懋提供的水质分析来看，LC7450膜的一级纳滤透析水即可达到回用。
2.1.4 膜通量与透析液COD水平
LCI膜和LC7450膜对比；在膜通量和出水COD值方面综合对比看，LC7450膜比LCI膜好，故选择LC7450膜作为废水处理用膜。
2.2 中试结果讨论与分析
2.2.1 LC7450纳滤膜在染整废水处理中的优点
该膜对废水中悬浮物和染料截留率大于99%，COD截留率也在95%以上；一级透析液中SS和色度为未检出，COD不但可达一级排放标准，从测试数据来看还可达回用水标准，故没有必要上二级纳滤。膜分离过程是物理分离，没有新的污染物产生。膜经清洗后其膜通量恢复能力好。
2.2.2 中试透析液水质
从表2可以看出，透析液碱度的大小可通过在膜系统前进行调节，其他的指标都很低。总体来看，膜透析液出水水质比自来水好，能够作为印染工艺用水。
2.2.3 浓缩液返回原生化系统处理
应用膜处理工程与原有生化处理系统结合的优点，膜系统随原废水水质变化的适应能力强，通过改变膜系统运行的水回收率或浓缩倍数就可保持浓缩液浓度的稳定。浓缩液作为生化处理系统的进水，也就保证了生化处理系统的运行稳定性。经膜浓缩后的废水供给生化池，减少了废水处理量，提高了生化池的水力负荷。
2.2.4 回用水实际染色效果试验
印染废水回用是否会对产品产生不良的影响，需要进行“着色”试验，需要颜色相容性和耐磨性（着色牢度）进行评估。结果表明：
合理的应用回收水可以取得符合标准的染色效果和洗涤牢度。特别是反渗透水可以用于染色工艺的所有过程。纳滤水由于含盐量相对较高被成功的用于染色后针织品的清洗。
如预期的一样，反渗透透析液要比纳滤透析液纯净。最主要的区别在于透析液中的含盐量。纳滤透析液的含盐量相当于工艺废水含盐量的80%，而反渗透透析液的含盐量仅为工艺废水的20%。
采用膜过滤水和能量回收系统可以节约大量能量。这是因为清洗水可以在最高允许温度时排放，并在相同温度下进行过滤和再利用，从而避免了在管道中的热损失。
同时，由于使用了再利用系统中回收热水，在染料设备中的加热时间缩短，染色周期也相应缩短。这就意味着现有染色设备的生产能力得到了提高。
进料水中悬浮固体的存在是各种膜过滤设备中膜受到损坏的主要原因之一。适当地预过滤对于膜设备的良好运行和延长膜的使用寿命是十分必要的。
3 工业化项目设计与运行
3.1 膜工艺设计
印染废水通过泵加压后进入膜组件，膜组件排列形式为“圣诞树”形式，即上级的浓缩液进入下一级作为下一级膜组件的进料液。经过膜分离后，浓缩液直接通过浓缩管排出，透析液通过透析管排出。此工艺没有循环料罐，没有料液循环浓缩，此浓缩过程为连续式的，避免了所有膜组件都在高浓度区域运行，只有最后端的膜组件在高浓度区域运行，而前端占总膜组件数量的80%以上的膜组件始终运行在低浓度区域。既防止了膜污染，又大大延长了膜的寿命。这种形式是通过膜的排列实现的连续式生产，所以本系统为连续式膜处理系统。
3.2 膜工艺流程：
工业化生产的膜设备工艺流程如图6所示。
构成染色废水COD和色度的污染物主要是染料，用纳滤膜进行截留。
印染废水添加絮凝剂后，经由预处理设备去除S.S及部分胶体等物质，使印染废水达到纳滤膜的进水要求，若某个过滤器前后的压差达到设计反冲洗数值时，经阀门切换进行反冲洗。预处理后的印染废水直接进入纳滤膜系统进行分离浓缩，浓缩液直接由浓缩管排出（含有较高压力），透析液由透析管直接排出（基本没有压力）。
经过预处理的印染废水通过纳滤单元的泵加压，进行纳滤分离浓缩；纳滤膜将印染废水中的BOD/COD组成物质、色素、病毒、病原体、农药成分、染料成分及其他有机物等截留，直接进入生化池进行生物处理。选用的纳滤膜对BOD/COD组成物质的截留率很高，透析液直接排出，整个膜系统设计浓缩倍数为2倍，在生产中可通过压力调节实际所需要的浓缩倍数。整套系统采用不停机设计、膜组件分成4个模块。CIP清洗系统可以根据不同模块污染情况分别进行清洗，保证了系统在连续生产中同时对某一模块进行清洗操作。输料泵、高压泵及清洗泵都采用变频控制，电机启动为软启动，能够有效保护开机时大流量对膜组件的冲击。
整个系统采用PLC控制，并将流程控制结果、运行状态通过触摸屏直观反映，我们可以通过集中显示屏就可以知道系统的运行状态。
3.3 膜浓缩液的生化处理
膜设备处理能力为3600m3/d印染废水，经膜处理后，透析液回用2000m3/d,而1600吨的浓缩液返回原生化系统。膜浓缩液污染物浓度较高，COD约1700mg/l。原生化系统经适当改造后，废水达标排放。
3.4 膜系统出水水质
4 经济效益分析
4.1 直接经济效益
4.2 回收水资源效益
4.1.2 节省了原来软化自来水的的费用
由于印染工艺用水水质要求严格，城市自来水硬度较高需要“软化”，降低硬度。而膜出水水质好，特别是水中的Ca+2、Mg+2经膜过滤后，硬度显著降低，无需再用传统的离子交换工艺处理，从而节省了原自来水的软化费用。原自来水的软化费用0.5元/吨，这样每年可节约自来水软化费用33万元。
4.2 运行成本
按每天产水2000吨计算，产水成本（包括电费、换膜、清洗和折旧费等）为1.8元/吨，即每年运行费用118.8万元。
4.3 项目净收益
4.4 间接经济效益
4.4.1 提高产品竞争力
膜透析液水质好，尤其是Fe+3、NH3-N、总磷等工艺用水指标得到明显改善，这将有利于提高印染产品质量，提高产品竞争力。
4.4.2 促进企业可持续发展
中国是缺水国家。国家提倡节约用水。印染企业是用水大户，在许多地方受到严格限制。印染废水膜处理回用技术无疑为印染企业的持续发展闯出了一条新路，水回收率可以达到70%-80%，彻底解决印染企业用水量大，排水量大的问题，促进企业可持续发展。
5 结语
5.1 本项目技术能够达到印染废水回用的工艺用水要求；浓缩液经生化处理后，能够达标排放。
5.2 本技术设备已在华懋织造染整有限公司应用一年，于2005年6月通过厦门市环保局验收，并获得厦门市科技局成果鉴定。实践证明由厦门绿创科技有限公司设计制造的印染废水膜处理回用设备、投资少，运行费用低，运行稳定；膜清洗效果好，通量恢复快，项目投资具有显著的经济效益，该项目已被福建省环保产业协会推荐为《福建省先进环保实用技术》。
5.3 就用膜技术处理印染废水并达到回用目的，解决了长期以来阻碍印染行业发展的用水量大，排水量大的问题，对印染行业的可持续发展具有很大的经济价值和战略意义。
