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【中國環(huán)保在線 技術(shù)前沿】印染廢水排污量較大，回收率不足10%，而膜分離技術(shù)處理具有選擇性好、生產(chǎn)效率高、無相變和節(jié)能等特點，在該行業(yè)具有應(yīng)用潛力。本文就印染廢水的特點、膜分離法在印染廢水中的應(yīng)用以及膜分離在印染廢水處理方面的發(fā)展方向做詳解。
印染廢水怎么治？膜分離技術(shù)應(yīng)用潛力被看好
我國工業(yè)行業(yè)中，紡織工業(yè)的排污量排在第4位，其中印染廢水占80%，而廢水及染料的回用率卻小于10%。隨著我國水資源短缺的日趨嚴(yán)重化，建設(shè)集約型新型無污染的生產(chǎn)模式，保護(hù)生態(tài)，成為建設(shè)小康型社會的新奮斗目標(biāo)。所以印染廢水的深度處理及回用愈發(fā)顯得重要。
膜分離技術(shù)處理印染廢水具有選擇性好、生產(chǎn)效率高、設(shè)備簡單、操作方便、無相變和節(jié)能等特點，在印染廢水的處理上具有潛在的應(yīng)用前景。印染廢水經(jīng)膜分離技術(shù)處理后可去除廢水 中大量有機物，降低廢水硬度和離子濃度。處理后的廢水可用作工藝用水或沖洗用水使用，同時也可回收部分染料或印染助劑等。耐高溫膜處理印染廢水還可降低印染過程的能耗。隨著 膜制備技術(shù)的不斷發(fā)展，膜分離技術(shù)已成為印染廢水處理的一種重要手段。
1 印染廢水的特點
印染廢水所含的顏色及污染物主要由天然有機物及人工 成有機物形成，廢水色度大。由于不同纖維織物在印花和染色 過程中使用的染料不同，上染率不同，染料的殘留形態(tài)也不同 致使排放廢水的色度在幾百倍到幾萬倍之間不等。
印染廢水水質(zhì)變化大，COD可高達(dá)到2060——3000 mg/L 隨著新型助劑、漿料的使用，有機污染物的BOD與COD小于0.2可生化性低，處理難度增大。
為使染色溶液和印花色漿更好地上染到不同織物上，需要在不同pH值條件下進(jìn)行染色，因此所排放廢水的pH值也不同，尤其是棉及其混紡織物印染加工中需要加入堿，廢水pH值 較高。印染加工大多在高溫條件下進(jìn)行，廢水的水溫較高，由于加工織物的品種不同，所需要的染色溫度和水量也不同，使排放 的廢水的溫度和排放量不同。
印染廢水中含有染料等有色污染物，不利于水中植物進(jìn)行光合作用，也導(dǎo)致水生動物缺乏食物。同時印染廢水中含有硫 酸或硫酸鹽，排放后與土壤接觸，容易產(chǎn)生硫化氫，引起植物根 部腐爛，也不利于微生物生長，導(dǎo)致土壤惡化。
水資源短缺和環(huán)保壓力使得世界各國非常重視印染廢水的處理。
2 膜分離法在印染廢水中的應(yīng)用
印染廢水的處理方法很多，包括物理法、生物法和化學(xué)法。國內(nèi)的印染廢水處理主要以生化法為主，或者將化學(xué)法與之串 聯(lián)。膜分離技術(shù)處理印染廢水具有選擇性好，生產(chǎn)效率高，設(shè)備 簡單，操作方便，無相變和節(jié)能及處理成本低等優(yōu)點，無論從經(jīng) 濟的角度還是從環(huán)保角度，膜分離技術(shù)都具有優(yōu)勢。
2.1膜分離技術(shù)種類
膜分離法是利用膜的微孔進(jìn)行過濾，利用膜的選擇透過性，將廢水中的某些物質(zhì)分離出來的方法。目前用于印染廢水處理的膜分離法主要是以壓力差作為推動力，如反滲透、超濾、納濾 等方式。膜分離法是一種新型分離技術(shù)，具有分離效率高、能耗低、工藝簡單、操作方便、無污染等優(yōu)點。但由于該技術(shù)需要專用設(shè)備、投資高且膜有易結(jié)垢堵塞等缺點，目前還未能大范圍推 廣。
2.1.1微濾
微濾(Microfiltion，MF)，其分離機理與傳統(tǒng)的過濾篩分機 理相同，膜孔的大小，膜材料的親水性，吸附和電性能是決定分離效果的決定性因素。在MF用于印染廢水領(lǐng)域，已有很多人做過工作【1——2】，對染料分子的截留率均95%以上，采用陶瓷微 濾膜脫色率高達(dá)98%，且透過液可回用[3]。酚醛樹脂微濾碳膜 在膜通量達(dá)到0.05 m3/(m2.h)以上，截留率可達(dá)到100%[4]。 但一般微濾膜的截留顆粒直徑約在0.02——10μm之間，大 于印染廢水中大多數(shù)顆粒的直徑，因此應(yīng)用范圍有限。
2.1.2超濾
超濾(ultrafitration，UF)是依靠膜表面的微孔結(jié)構(gòu)對物質(zhì) 進(jìn)行選擇分離的，超濾分離可以實現(xiàn)大小分子的分離、濃縮及凈化。超濾的膜孔徑為0.001——0.05μm，截留分子量為500——5000，依靠膜表面的微孔結(jié)構(gòu)對物質(zhì)進(jìn)行選擇性分離，膜孔具 有阻塞、阻滯，吸附雜質(zhì)的作用。上世紀(jì)80年代對染料的超濾 回收率即可達(dá)到95%[5]。染料的回收必須根據(jù)廢水中染料的 種類、分子量大小、聚集狀態(tài)、水溶性等性質(zhì)，選擇適宜的膜材料和膜分離方法。分散染料等不溶性染料可用超濾中空纖維膜進(jìn) 行分離，脫色率可達(dá)99%以上，透過液可作為中性水再利用，含 染料的濃縮液也可直接回用[6]。王靜榮等[7]采用兩級串聯(lián)的超 濾卷式磨技術(shù)處理退漿廢水中的PVA漿料，回收率達(dá)到95%
2.1.3反滲透
反滲透(Reverse Osmosis， RO)是利用反滲透膜只允許溶 劑透過而截留離子性物質(zhì)的特性，以膜兩側(cè)靜壓差為推動力，克 服溶劑的滲透壓，實現(xiàn)對液體混合物分離的膜過程。反滲透膜 的選擇性與膜孔大小、結(jié)構(gòu)、物化性質(zhì)有關(guān)。目前反滲透的機理 仍在爭論中。對反滲透膜應(yīng)用于印染廢水開始于上個世紀(jì)70 年代[8]。采用反滲透技術(shù)處理，色度去除率在99%以上，透過 液幾乎無色，廢水回收率大大提高。反滲透主要用于超濾、納濾 后廢水深度處理及染料回收等方面。但反滲透需要的滲透壓很高，運行成本會增加，其使用逐步被淘汰。
2.1.4納濾
納濾(Nanofiltration，NF)是一種壓力驅(qū)動型膜分離過濾， 截留分子量在200——2 000 Da，其膜為多荷電的復(fù)合膜，具有不對稱結(jié)構(gòu)，同時具有軟化水的作用。這項技術(shù)在1988年就開始 應(yīng)用[9]，但當(dāng)時膜透過通量低。后來改進(jìn)后，對混合燃料的截留率達(dá)99%，97%以上的廢水可被回用[10]。納濾分離效果、膜垢 的形成以及膜壽命與印染廢水的預(yù)處理和膜器件的結(jié)構(gòu)和形式有著直接關(guān)系。膜通量的下降主要是由于滲透壓和濃差極化而 引起的，酸對膜通量的影響很大，極少量的乙酸就會引起膜通量 的顯著下降。另外，酸還會對膜垢的形成以及染料和鹽的截留 率產(chǎn)生影響[11]。納濾主要去除印染廢水中的COD、色度、硬度 和難生物降解污染物等。
2.2膜技術(shù)在印染廢水處理中的應(yīng)用狀況
國內(nèi)外學(xué)者和公司對膜分離技術(shù)在印染廢水或染料廢水的 處理表現(xiàn)出濃厚的興趣。Mahewsjal[12]等用聚砜類條束式超濾 膜處理染料廢水，對分子量大于60的有機染料截留率達(dá)96%—— 98%，條束式PVC膜和聚丙烯腈膜與聚砜一樣，對染料有較好 的截留率。美國杜邦公司用中空纖維膜反滲透裝置處理了9種 染料廢水，溶解固體去除率達(dá)80%——95%，染料平均回收率為 75%——85%。美國Newjersey州ciba公司染料化工廠[13]對水 溶性廢水只需RO或NF處理后，每天可回收染料230 kg左右，50%——75%的水實現(xiàn)回用，廢水處理費用大幅度降低。
2.2.1膜分離技術(shù)組合處理
印染廢水的高鹽度、可生化性差，使用超濾和反滲透雙膜技 術(shù)進(jìn)行處理[14]，結(jié)果顯示混合使用對有機物和鹽的去除率分別 達(dá)到99%和93%。這種工藝的出水色度低，有機物含量低，可 回用到對水質(zhì)要求高的淺染色工藝等任何生產(chǎn)工序。使用微 濾-納濾/反滲透相結(jié)合的處理技術(shù)，能有效降低COD值、硬度、 導(dǎo)電率等[15]。美國SaraLee紡織廠主要使用活性染料進(jìn)行羊毛 染色，印染廢水活性染料的濃度很高。大部分工業(yè)廢水色度為5 000——7 000(稀釋倍數(shù)法以倍計)顏色很深的廢水同時包含了大量的氯化鈉，該公司選擇超濾和納濾技術(shù)去除色度和其他懸浮固體，并將氯化鈉和處理水在染色工藝中再用，廢水處理能力 為7.5——350 t，通過溶質(zhì)回收，每年節(jié)省約35萬美元，其中包括鹽水回收的24.5萬美元和廢水回用的10萬美元。
2.2.2膜分離技術(shù)與其他技術(shù)的組合
有人采用抽樣與納濾結(jié)合工藝處理經(jīng)生化后的廢水[16]，將臭氧作為納濾的預(yù)處理工藝，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)納濾處理后，電導(dǎo)率下降超過43%。采用絮凝-臭氧-超濾技術(shù)處理直接排放的廢水，色度去除率達(dá)93%，COD去除達(dá)66%[15]。
3 膜分離在印染廢水處理方面的發(fā)展方向
膜分離技術(shù)用于印染廢水處理具有能耗低、工藝簡單、不污染 環(huán)境等特點，在廢水的治理及回用中的應(yīng)用越來越多。在國內(nèi)外已有不少研究，如馮冰凌等[17]采用殼聚糖超濾膜處理印染廢水，COD 去除率可達(dá)80%左右，脫色率超過95%。活性炭填充共混的改性 殼聚糖超濾膜，經(jīng)適當(dāng)交聯(lián)后用于酸性紅染料廢水的分離脫色，大脫色截留率達(dá)98.8%。但是膜分離技術(shù)由于濃差極化、膜污染及膜的價格較貴、更換頻率較快等原因，使處理成本較高，從而嚴(yán)重阻礙了膜分離技術(shù)更大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。
因此，膜分離技術(shù)的主要發(fā)展應(yīng)從以下幾個方面展開：
(1)化學(xué)穩(wěn)定性高、抗污染、抗菌的新型膜的研制，特別是性能優(yōu)良的有機膜和成本低的無機膜的研制；
(2)膜分離理論的進(jìn)一步完善，特別是納濾過程基礎(chǔ)理論的發(fā)展與完善；
(3)膜分離技術(shù)與其它分離技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)新型的膜分離設(shè)備及工藝，解決污垢形成和膜堵塞問題；
(4)大通量膜、動態(tài)膜等新型膜組器件的開發(fā)與設(shè)計，可以降低生產(chǎn)成本，防止膜污染；
(5)針對印染廢水的復(fù)雜性，研制和開發(fā)不同的廢水的專用膜及專用工藝過程。
原標(biāo)題：膜分離技術(shù)在印染廢水中的應(yīng)用
