雙膜法工藝在印染廢水回用中的應(yīng)用

朱明成

（上海禾元環(huán)保集團(tuán)有限公司， 上海 200120）

0 引言

印染行業(yè)排放的廢水是工業(yè)總排放廢水中的重要組成部分，而我國(guó)又是印染紡織大國(guó)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，紡織印染廢水年排放量在23億t左右，約占全國(guó)工業(yè)廢水排放量的10%[1]。隨著國(guó)家對(duì)水污染治理標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，對(duì)印染廢水進(jìn)行回用不僅有利于改善水資源日益短缺的現(xiàn)狀，減少?gòu)U水的排放，也利于提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)印染行業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排有重要的意義[2]。膜分離法是借助膜的選擇滲透作用對(duì)印染廢水中的污染物進(jìn)行高效的分離、濃縮和回收[3]。雙膜法工藝是通過超濾膜和反滲透膜的聯(lián)合作用，實(shí)現(xiàn)廢水的回收再利用，并在實(shí)際工程應(yīng)用中取得了良好的效果[4]。浙江省紹興市某印染企業(yè)采用雙膜法工藝對(duì)生化處理后的印染廢水進(jìn)行回用處理，產(chǎn)水用于工業(yè)生產(chǎn)，達(dá)到了回用目標(biāo)。

1 廢水水質(zhì)水量

該企業(yè)主要是對(duì)棉、麻等織物進(jìn)行印染和后整理加工，企業(yè)已有廢水處理站處理水量為3 000 t/d，廢水主要來自于印染車間。經(jīng)企業(yè)廢水處理站處理后，對(duì)沉淀池的出水水質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，水質(zhì)見表1。

表1 進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)

對(duì)沉淀池的出水采用雙膜法工藝進(jìn)行回用，雙膜法工藝出水水質(zhì)按照企業(yè)要求需要達(dá)到HJ 471—2009中染色回用水水質(zhì)，出水水質(zhì)見表2。

表2 設(shè)計(jì)出水水質(zhì)指標(biāo)

2 主要工藝流程

廢水處理站沉淀池的出水指標(biāo)中COD值較高，且濁度較大，不利于雙膜法工藝的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，所以需要對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理，以滿足雙膜法工藝進(jìn)水水質(zhì)的需求。采用混凝沉淀工藝對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理，后經(jīng)過超濾(UF)和反滲透(RO)的雙膜系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)廢水的回用，工藝流程見圖1。

圖1 廢水回用工藝流程

該工藝主要包括預(yù)處理系統(tǒng)、超濾系統(tǒng)、RO系統(tǒng)和輔助設(shè)施4部分，其中預(yù)處理系統(tǒng)由混凝加藥沉淀和砂濾2部分組成。預(yù)處理系統(tǒng)能夠去除大顆粒污染物和部分膠體，減輕對(duì)后續(xù)雙膜系統(tǒng)的污染。預(yù)處理后的水經(jīng)過UF+RO雙膜的聯(lián)合作用，產(chǎn)水水質(zhì)滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。對(duì)于砂濾和超濾產(chǎn)生的沖洗廢水，返回現(xiàn)有廢水站進(jìn)一步處理。

3 主要處理單元及運(yùn)行參數(shù)

3.1 預(yù)處理系統(tǒng)

（1）混凝沉淀池

混凝沉淀池包括混凝反應(yīng)池和沉淀池2部分?；炷磻?yīng)池分4格，每格體積約45 m3，按水流方向分別用于調(diào)節(jié)pH值，投加PAC，PAM和粉末活性炭。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)小試試驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)行情況，將pH值控制在6.8左右，PAC（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%）投加量為2.5‰~3‰，PAM（質(zhì)量分?jǐn)?shù)1‰）投加量為2‰~3‰。 為降低出水色度投加粉末活性炭，投加量為0.6 kg/t。

沉淀池利用企業(yè)原有，為輻流式沉淀池沉淀池，表面負(fù)荷約為 0.6 m3/（m2·h）。

經(jīng)過混凝沉淀處理，沉淀池出水的總鐵質(zhì)量濃度小于1 mg/L，并且濁度保持在5以下，色度也明顯降低，大大降低了后續(xù)的處理負(fù)荷。

（2）砂濾系統(tǒng)

系統(tǒng)采用4套砂濾罐系統(tǒng)，每套設(shè)計(jì)流量45 m3/h，并且定期對(duì)砂濾系統(tǒng)進(jìn)行正洗和反洗。罐內(nèi)設(shè)置3層不同粗細(xì)的石英砂，主要鋪設(shè)0.4~0.6 mm的細(xì)石英砂。砂濾進(jìn)水時(shí)加入一定量的次氯酸鈉溶液，防止砂濾罐內(nèi)細(xì)菌的滋生。

經(jīng)砂濾系統(tǒng)處理后，出水濁度穩(wěn)定保持在3以下，實(shí)際運(yùn)行流量在35~40 m3/h范圍內(nèi)，充分滿足雙膜系統(tǒng)的進(jìn)水要求，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，水質(zhì)數(shù)據(jù)見圖2。

圖2 砂濾產(chǎn)水濁度運(yùn)行數(shù)據(jù)

3.2 超濾系統(tǒng)

超濾系統(tǒng)主要由超濾膜裝置、超濾產(chǎn)水池和化學(xué)清洗系統(tǒng)組成。

系統(tǒng)采用2套膜裝置，每套膜裝置設(shè)計(jì)凈產(chǎn)水量為75 m3/h，膜元件采用卷式超濾膜，每套配備30支PVDF膜元件，設(shè)計(jì)通量為36.5 L/(m2·h)。膜運(yùn)行采用錯(cuò)流過濾的方式，以降低膜的污染程度。超濾進(jìn)水前端裝有自清洗過濾器，起到保護(hù)超濾系統(tǒng)的作用。實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)水量保持68~70 m3/h之間，超濾產(chǎn)水排放到新建的超濾產(chǎn)水池。

超濾進(jìn)水中可能含有鐵、鋁等高價(jià)金屬的膠體、有機(jī)物等，也存在硬度等結(jié)垢的情況，這些雜質(zhì)都會(huì)造成超濾膜的污染[5]，所以需要定時(shí)對(duì)膜系統(tǒng)進(jìn)行清洗。超濾膜設(shè)有自動(dòng)清洗，每運(yùn)行30 min后自動(dòng)進(jìn)行氣洗、反洗和正洗，清洗時(shí)間共約2 min。如果系統(tǒng)跨膜壓差較大或產(chǎn)水量下降較大，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)化學(xué)清洗，超濾的化學(xué)清洗分為化學(xué)分散清洗和維護(hù)性清洗。

針對(duì)不同的污染物，所采取的化學(xué)清洗藥劑也不同。對(duì)有機(jī)物產(chǎn)生的污堵，采用次氯酸鈉和液堿的組合方式。對(duì)無(wú)機(jī)物結(jié)垢引起的污堵，采用酸液進(jìn)行清洗，藥劑濃度和清洗時(shí)間需要根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況來確定。

超濾出水水質(zhì)穩(wěn)定，重點(diǎn)需要監(jiān)測(cè)產(chǎn)水的SDI值來保證產(chǎn)水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，SDI值是水質(zhì)指標(biāo)的重要參數(shù)之一，它代表了水中顆粒、膠體和其他能阻塞各種水凈化設(shè)備的物體含量[6]。運(yùn)行結(jié)果見圖3。

圖3 超濾產(chǎn)水濁度運(yùn)行數(shù)據(jù)

由圖3可知，超濾產(chǎn)水的SDI值穩(wěn)定保持在4以下，滿足RO膜系統(tǒng)進(jìn)水SDI小于5的要求，可以保證后續(xù)RO膜系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 反滲透系統(tǒng)

反滲透系統(tǒng)是雙膜法工藝的核心，前段的預(yù)處理系統(tǒng)和超濾膜系統(tǒng)都是為滿足反滲透系統(tǒng)進(jìn)水要求而設(shè)置。反滲透系統(tǒng)主要包括膜裝置、保安過濾器、清洗系統(tǒng)、阻垢劑加藥系統(tǒng)和還原劑加藥系統(tǒng)。

系統(tǒng)采用2套反滲透膜裝置，采用陶氏的BW 30～400膜元件。每套采用2段設(shè)置，設(shè)段間增壓泵，第1段設(shè)8支膜組件，第2段設(shè)5支膜組件，每支膜組件內(nèi)由6支膜元件串聯(lián)組成。

反滲透進(jìn)水設(shè)有保安過濾器，內(nèi)置3根5 μm的濾芯，作為進(jìn)水保護(hù)。反滲透進(jìn)水需添加阻垢劑，來防止鈣、鎂離子的結(jié)垢，采用三聚磷酸鈉。還需添加還原劑，防止膜被氧化，采用亞硫酸氫鈉。

反滲透的清洗分為自動(dòng)清洗和維護(hù)性化學(xué)清洗，反滲透系統(tǒng)每運(yùn)行4 h，采用反滲透產(chǎn)水自動(dòng)進(jìn)行大流量沖洗，緩解膜的污染。當(dāng)跨膜壓差大于0.2 MPa時(shí)，采用酸或堿液進(jìn)行化學(xué)清洗，反滲透膜的污堵主要是由于無(wú)機(jī)物結(jié)垢引起的。

投入運(yùn)行后，反滲透系統(tǒng)的進(jìn)出水電導(dǎo)運(yùn)行數(shù)據(jù)見圖4。

圖4 反滲透進(jìn)出水電導(dǎo)率運(yùn)行數(shù)據(jù)

反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水電導(dǎo)率穩(wěn)定保持在300 μs/cm以下，脫鹽率約為97%，滿足企業(yè)工業(yè)生產(chǎn)的需求。實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行中純水產(chǎn)水流量約為44 m3/h，濃水產(chǎn)水流量約為26 m3/h，回收率約為63%，且COD質(zhì)量濃度穩(wěn)定保持在10 mg/L以下。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

該項(xiàng)目共處理水量為3 000 m3/d，實(shí)際產(chǎn)水量約為1 900 m3/d。項(xiàng)目投資約為510萬(wàn)，其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行數(shù)據(jù)見表3。

表3 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益分析元·m-3

由表3數(shù)據(jù)可以看出，原企業(yè)可降低部分取水和排水成本，約為2.13元/m3，按照回用水量1 900 m3/d，運(yùn)行天數(shù)為330 d/a，每年可節(jié)省費(fèi)用約為134萬(wàn)元，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)論

通過實(shí)際的工程應(yīng)用可知，采用雙膜法工藝對(duì)印染廢水的尾水進(jìn)行回用，具有回收率高，經(jīng)濟(jì)效益好，自動(dòng)化程度高和占地面積較小等優(yōu)點(diǎn)。該工藝技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，即滿足企業(yè)生產(chǎn)用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，又符合當(dāng)前環(huán)境下節(jié)能減排的要求，對(duì)印染行業(yè)的發(fā)展具有積極意義。

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