采用陶瓷膜+樹脂處理印染堿減量廢水的研究

張化文

（極膜環(huán)境科技（上海）有限公司，上海200433）

印染行業(yè)堿減量廢水是滌綸仿真絲堿減量工序產(chǎn)生的，主要成分為聚酯在熱堿作用下水解形成的對苯二甲酸鈉、乙二醇等[1]。堿減量廢水同時還含有3%～5%的NaOH，其pH值一般大于12。堿減量工序排放的廢水每升中CODcr可高達數(shù)萬毫克，屬高濃度難降解有機廢水[2-4]，此種廢水具有可生化性較差、難降解有機物含量高、含鹽量高、對微生物的生長有抑制作用等特點[5]，常規(guī)的厭氧水解工藝過程中易產(chǎn)生大量的硫化氫、甲硫醇等惡臭氣體，高級氧化處理工藝將會消耗大量藥劑，使廢水中含鹽量增加較多，并且處理費用較高[6-7]。根據(jù)堿減量廢水的實際特點及客戶的需求，提出了通過過濾吸附工藝設備去除廢水中難生物降解有機物質的方法來提高廢水的可生化性，并且可消除廢水處理過程中惡臭氣體的產(chǎn)生，制定了一套陶瓷膜超濾+樹脂吸附的工藝試驗路線：采用陶瓷超濾膜過濾去除廢水中非溶解性對苯二甲酸和毛絨等其他固形污染物，陶瓷膜產(chǎn)水再次采用樹脂吸附過濾去除廢水中溶解性的對苯二甲酸，可提高廢水的可生化性，省去常規(guī)處理工藝中的厭氧水解和高級氧化工藝段，消除硫化氫、甲硫醇等惡臭氣體的產(chǎn)生。

1 材料與方法

1.1 實驗方法及流程

實驗裝置流程如圖1所示，采用浙江某印染廠堿減量廢水經(jīng)過酸析板框過濾后的廢水為實驗水質，先經(jīng)過陶瓷膜過濾掉水中非溶解性有機物，陶瓷膜采用美國某品牌陶瓷超濾膜元件，膜過濾精度為30 nm。陶瓷膜濾出的清液采用樹脂進行吸附水中難降解有機物（對苯二甲酸等成分），樹脂吸附后的廢水可直接進入后續(xù)生化工序處理，樹脂采用國內(nèi)某廠家品牌的大孔樹脂濾料。樹脂吸附飽和后需要清洗再生，再生液有機物濃度較高，回到陶瓷膜前面的調(diào)節(jié)池，進行pH值調(diào)解后重新進入陶瓷膜過濾。陶瓷膜可以進行小流量的濃縮液排出，排出的濃縮液與清洗陶瓷膜的廢水一起回到原水調(diào)節(jié)池中重新混合后處理。

圖1 堿減量廢水處理流程圖

1.2 實驗設備及運行參數(shù)

1.2.1 陶瓷膜實驗設備

陶瓷膜元件采用美國某品牌，過濾面積為0.3 m2，設備參數(shù)如表1。

表1 陶瓷膜超濾實驗設備參數(shù)表

陶瓷膜實驗設備如圖2。

圖2 陶瓷膜小試設備裝置圖

1.2.2 樹脂實驗設備

樹脂實驗設備如圖3。樹脂型號為D-221，D-251，均為大孔樹脂，樹脂柱選用?30 mm，H 250 mm的透明玻璃管作為樹脂罐。

圖3 樹脂柱小試設備圖

1.2.3 實驗過程參數(shù)

陶瓷膜超濾試驗水源為堿減量廢水，pH值為2～3，水溫為 38～40 ℃，CODcr為 3 000～4 000 mg·L-1，BOD5為 200～500 mg·L-1，SS 為 10～50 mg·L-1。采用 0.3 m2膜面積的實驗設備，過濾精度為30 nm，可以過濾掉廢水中幾乎全部的懸浮物和不溶有機物，通過實驗觀察不同的運行壓力條件下陶瓷膜的過濾效果以及陶瓷膜的清洗恢復狀況。

樹脂吸附試驗水源采用陶瓷超濾膜實驗設備的產(chǎn)出水，SS基本上已不存在，但CODcr含量約2 000～3 000 mg·L-1，首先對陶瓷膜實驗設備的產(chǎn)出水分別進入兩個樹脂吸附柱過濾吸附，進行篩選樹脂吸附實驗，然后進行解吸實驗，選出最優(yōu)的樹脂型號，利用最優(yōu)樹脂進行廢水的吸附—再生—吸附實驗，觀察樹脂在不同的流速條件下產(chǎn)出水效果以及產(chǎn)水水質的BOD5，CODcr變化，樹脂柱的過濾流向是上進下出，再生液流向也是上進下出。

1.3 分析方法

水質化學需氧量的測定：重鉻酸鹽法GB 11914—1989。

水質五日生化需氧量的測定：稀釋與接種法HJ 505—2009。

水質懸浮物的測定：重量法GB 11901—1989。

2 結果與分析

2.1 陶瓷膜過濾效果

2.1.1 產(chǎn)水水質的情況

陶瓷超濾膜小試裝置的試驗數(shù)據(jù)如表2所示。陶瓷超濾膜對SS的截留率效果非常好，對CODcr也有一定的截留效果，但不能截留鹽類物質（表現(xiàn)為電導率基本無變化）。CODcr去除率不高的主要原因是堿減量廢水中含有大量分子量較小的溶解性有機物，而超濾膜無法截留此類有機物。

表2 陶瓷膜超濾過濾試驗數(shù)據(jù)

由表2可見，懸浮物較高的堿減量酸析廢水經(jīng)陶瓷超濾膜過濾后，出水中懸浮物基本被去除，CODcr降低35%左右，濾出液澄清透明。

2.1.2 膜運行的穩(wěn)定性

分析圖4的數(shù)據(jù)不難看出，陶瓷超濾膜過濾該類廢水在運行200 LMH通量比較穩(wěn)定，雖然隨著運行時間延長、運行跨膜壓差TMP略有上升，但經(jīng)過簡單的化學加強反沖洗后都可以恢復至最初的運行狀態(tài)。運行過程中每4 h進行一次化學加強反洗，反洗方法是通過水泵將陶瓷膜產(chǎn)水從陶瓷膜的產(chǎn)水側泵入膜內(nèi)，廢水從膜的內(nèi)部流道排出，反洗的同時向反洗廢水中投加20 mg·L-1的氫氧化鈉溶液和50 mg·L-1的次氯酸鈉溶液，反洗周期為4 h，反洗時間為30 s，可見加強反洗效果較好，可維持膜系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

圖4 陶瓷膜過濾試驗數(shù)據(jù)

2.2 樹脂吸附效果

2.2.1樹脂的篩選

根據(jù)廢水的特點以及樹脂廠家推薦采用對廢水中CODcr的吸附性能較好的樹脂型號，選取了A，B兩種樹脂進行吸附篩選試驗。采取陶瓷膜濾出液各100 mL放入150 mL的錐形瓶中，然后將錐形瓶置于313 K恒溫震蕩器中，以120 r/min的轉速震蕩12 h，使吸附達到平衡，取錐形瓶內(nèi)上清液做CODcr的分析檢測，結果如表3所示。

表3 樹脂的吸附篩選數(shù)據(jù)變化

從表3可以看出，A樹脂相對來講效果比較理想。

2.2.2 樹脂吸附效果

選取陶瓷膜過濾產(chǎn)水為水源，采用A型號樹脂進行過柱實驗，分別控制過柱流速為1.5 BV和2.5 BV，過濾期間對樹脂柱出水CODcr，BOD5的變化進行跟蹤檢測，分析數(shù)據(jù)如表4。

表4 樹脂的連續(xù)吸附數(shù)據(jù)變化

由表4可知，原水的B/C為0.15，經(jīng)過樹脂吸附后部分難降解的有機物被吸附去除，廢水的可生化性有所提高，B/C比最高時可達到0.45，因此可根據(jù)樹脂柱的運行時間來控制廢水的可生化性指標。

2.2.3 樹脂的再生效果

樹脂柱吸附實驗結束后，首先采用純水進行沖洗,將樹脂柱內(nèi)所含廢水沖洗置換干凈后，采用6%的氫氧化鈉溶液加熱至70℃，以0.5 BV的流速進入樹脂柱，用量為2 BV體積，再生廢液中的CODcr分析數(shù)據(jù)分別為 24 250 mg·L-1，19 987 mg·L-1，樹脂柱再生數(shù)據(jù)如圖5，根據(jù)樹脂吸附量粗略計算樹脂柱的再生效率分別為94.1%，93.2%。

圖5 樹脂柱再生試驗數(shù)據(jù)

3 討論

本實驗采用陶瓷膜過濾回收廢水中微量PTA，產(chǎn)水中基本不再含有非溶性有機物顆粒，大大減輕了后續(xù)廢水處理難度，COD的去除率可達到35%，如果按照常規(guī)處理工藝，廢水酸析并經(jīng)過板框過濾后進入生化系統(tǒng)，廢水中不溶性PTA將會使生化系統(tǒng)的污泥活性大大降低，生化效果受到很大影響。堿減量廢水含鹽量較高，可生化性很差，本實驗采用大孔樹脂對廢水中可溶性難降解有機物質進行吸附去除，廢水的生化性大大提高，同時吸附飽和后的樹脂柱通過酸堿進行再生，再生液可回到酸析工序前重新回收PTA處理。采用“陶瓷膜過濾+樹脂吸附”這一物理分離方法處理堿減量廢水，可以解決堿減量廢水難處理的問題，完全可以替代常規(guī)處理工藝中的微電解-芬頓、催化氧化等高耗能的高級氧化技術。因廢水中難降解物質已通過物理分離的方式精確分離出，可省去常規(guī)處理工藝中的高級氧化和厭氧生化處理過程，后續(xù)直接進入好氧生化處理，其處理過程中將會大大減少惡臭氣體的產(chǎn)生。

4 結論

（1）采用“陶瓷膜過濾+樹脂吸附”新型組合工藝來處理印染堿減量廢水是可行的，通過小試實驗證明實驗效果是顯著的。

（2）陶瓷膜過濾設備可回收堿減量廢水中的對苯二甲酸等不溶顆粒物，CODcr的去除率在20%左右；樹脂吸附可將廢水的可生化性從0.15提高至0.45，可減輕堿減量廢水生化處理系統(tǒng)的處理負荷。

（3）本實驗組合工藝和實驗數(shù)據(jù)可為高難度堿減量廢水的常規(guī)處理方法提供思路參考，為今后工藝放大試驗和工藝延伸研究提供依據(jù)。