雙膜法（MBR+RO）在印染廢水中的應用
摘要：膜法深度處理回用印染廢水已成為近年來(lái)環(huán)保工作的熱點(diǎn)。本文采用雙膜法（MBR+RO），即膜生物反應器（MBR）與反滲透（RO）膜集成技術(shù)對印染廢水進(jìn)行深度處理回用。其中MBR系統采用砼式PVDF中空纖維復合膜，抗污染性強，強度高，使用壽命長(cháng)，為后續反滲透的運行提供了有力保障；反滲透膜系統主要脫除廢水中的鹽分和小分子,該工藝為印染行業(yè)節能減排處理提供了新思路。整個(gè)工藝具有處理效率高、出水水質(zhì)穩定、占地面積小、運行管理方便的特點(diǎn)，在印染廢水處理領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。
關(guān)鍵詞：中水回用 膜集成技術(shù) 砼式PVDF 中空纖維復合膜
1 引言
我國印染行業(yè)發(fā)展迅速，企業(yè)的需水量和排水量也大幅增加。隨著(zhù)印染行業(yè)各種合成染料、助劑的大量使用，未經(jīng)過(guò)科學(xué)處理的廢水對環(huán)境造成巨大沖擊。這些廢水具有水量大、分布面廣、有機毒物含量高、水質(zhì)不穩定、難以降解、成分復雜等特點(diǎn)，廢水中的染料能夠吸收光線(xiàn)，降低水體的透明度，危害水生生物。同時(shí)，染料品種的變化以及化學(xué)漿料的大量使用造成了印染廢水有機毒物含量高（CODCr一般為1200～1400mg/L,有的高達2000 mg/L），含鹽量高，色度高，可生化性差等特點(diǎn)。傳統的處理技術(shù)普遍存在成本高或二次污染的特點(diǎn)。如何開(kāi)發(fā)經(jīng)濟有效的處理印染廢水新技術(shù)已經(jīng)成為環(huán)保行業(yè)和科學(xué)研究的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)。
為了貫徹落實(shí)高污染、高能耗行業(yè)深化整治與促進(jìn)提升政策，浙江省環(huán)保廳與浙江省經(jīng)信委于2012年7月聯(lián)合出臺了《浙江省印染行業(yè)淘汰落后整治提升方案》，規定2014年6月底前，列入淘汰關(guān)停范圍的企業(yè)、生產(chǎn)線(xiàn)全部淘汰關(guān)停到位；對其他所有不符合整治標準的企業(yè)全面實(shí)施限期整改。鼓勵印染企業(yè)加強技術(shù)改造，提高裝備水平，積極推廣印染廢水膜處理等先進(jìn)技術(shù)，促進(jìn)印染廢水深度處理及中水回用技術(shù)應用。對印染廢水進(jìn)行清污分流，對染色殘液及初次漂洗水進(jìn)行達標排放處理。對污水、廢水采用投藥沉淀過(guò)濾、微生物處理以及膜過(guò)濾等技術(shù)處理，處理后的再生水回用于生產(chǎn)。
與此同時(shí)，為了減少印染行業(yè)水污染問(wèn)題，國家環(huán)境保護部2012年10月發(fā)布了《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》(GB 4287-2012)，規定了從
2 雙膜法（MBR與RO膜集成技術(shù)）處理印染廢水技術(shù)實(shí)例分析
2.1 傳統砂濾+柱式超濾+反滲透工藝
廢水通過(guò)砂濾作為預處理，之后進(jìn)入柱式超濾與RO膜集成裝置。砂濾預過(guò)濾主要目的是去除原水中的懸浮物、膠體、色度、濁度、大分子有機物等妨礙后續膜集成工藝系統正常連續穩定運行的污染物，防止劃傷膜表面及盡量降低污物對超濾膜絲的污堵。由于有砂濾的作用，后續柱式超濾和反滲透的運行負荷相對較輕。該工藝的主要優(yōu)缺點(diǎn)如下：
優(yōu)點(diǎn)：
1、出水水質(zhì)好；
2、清洗維護方便；
3、總體投資較??；
缺點(diǎn)：
1、要求生化出水穩定，抗波動(dòng)能力差；
2、工藝路線(xiàn)長(cháng)，占地面積大；
2.2 MBR與RO膜集成工藝
膜—生物反應器工藝通過(guò)膜分離技術(shù)大大強化了生物反應器的功能，是目前*有前途的廢水處理新技術(shù)之一。采用MBR技術(shù)與RO膜集成的關(guān)鍵是如何保證MBR的產(chǎn)水穩定，且達到RO膜的進(jìn)水要求。MBR在運行過(guò)程中，采用大流量持續曝氣的方式，對中空纖維膜絲進(jìn)行沖刷而達到降低膜表面污染物的目的，因此如何保證其出水水質(zhì)穩定將直接關(guān)系到后續反滲透的正常運行。實(shí)際工程中，往往由于中空纖維膜由于膜絲強度不足，在劇烈的氣液沖刷過(guò)程中，出現斷絲現象，從而造成反滲透進(jìn)水SDI超標，進(jìn)而導致反滲透膜使用壽命降低。
在本項目中， MBR系統采用我公司獨立開(kāi)發(fā)的砼式PVDF中空纖維復合膜，膜絲的強度是通PVDF的8倍，更耐沖洗，膜絲在運行過(guò)程中斷絲率低，出水水質(zhì)穩定。
優(yōu)點(diǎn)：
1、出水水質(zhì)好；
2、抗原水波動(dòng)能力強，適應范圍廣；
3、MBR能進(jìn)一步降低COD，提高反滲透系統運行穩定性；
4、MBR工藝能降低30~50%污泥量；
5、能利用原有生化池、工藝路線(xiàn)短，占地面積??；
2.3 雙膜法（MBR+RO）工藝流程及整體設計思路
結合紹興某印染企業(yè)(3000T/D)中水特點(diǎn)和回用要求，設計了雙膜法（MBR與RO膜集成技術(shù)）工藝流程。原水經(jīng)混凝沉淀、水解酸化、好氧等前處理后進(jìn)入MBR池，MBR出水少部分作為系統反洗用水，其余進(jìn)入反滲透系統處理。其他配套設備包括：曝氣設備、污泥處理系統、控制系統、MBR、反滲透膜清洗系統。
2.4 設計水質(zhì)
表1 雙膜法進(jìn)出水質(zhì)指標
項 目 | 單 位 | 進(jìn)水水質(zhì) | 出水水質(zhì) |
pH | － | 6~9 | 6～9 |
CODcr | mg/l | ≤300 | <20 |
電導率 | цs/cm | ≤10000 | <300 |
2.5 雙膜法工藝特點(diǎn)
將傳統生化處理工藝與高效的膜分離技術(shù)相結合，通常出水水質(zhì)都能滿(mǎn)足使用要求。在實(shí)際工藝設計時(shí)，充分考慮水質(zhì)特點(diǎn)，以雙膜工藝為核心，有針對性的采用必須的處理工藝，在保證系統正常運行的情況下提供達標的工藝用水。與此同時(shí)，還要有效解決膜污染問(wèn)題，保持膜通量的基礎上降低運行和維護成本，以及自動(dòng)化程度的提高。根據印染廢水的特點(diǎn)和試驗研究，我們選擇了恰當的硬件設備，此外，我們對廢水處理的工藝設計做了全面的優(yōu)化，包括清洗藥劑的選擇、控制方式的確定、膜系統的設計、工藝參數的調整等工作。
本項目采用混凝沉淀作為原水進(jìn)膜前的第一道處理工藝，主要目的是去除原水中的懸浮物、膠體等妨礙后續工藝系統正常連續穩定運行的污染物，同時(shí)降低原水的濁度、色度等感官指標，減輕后續工藝的處理負荷，此外可以防止劃傷膜表面及盡量降低污物對MBR膜片的污堵。
由于印染廢水中含有大分子、難以降解的污染物，設置水解酸化池能截留吸附進(jìn)水中的顆粒物質(zhì)與膠體物質(zhì)，將截留的不溶性有機物水解為可溶性物質(zhì)，將難生物降解的物質(zhì)轉化為易于生物降解的物質(zhì)?？克猱a(chǎn)酸菌的作用可以分解水中的大分子有機物，因此設置在混凝沉淀之后的水解酸化池可以提高印染廢水的可生化性。在水解酸化池內，微生物只是對有機物進(jìn)行吸收和吸附，而對有機物的降解主要是在氧化池及MBR池內完成的。經(jīng)過(guò)水解酸化池之后的好氧池是本工藝降解有機物的重要處理工序，在好氧池中活性污泥進(jìn)行有氧呼吸，把有機物分解成無(wú)機物，從而使廢水中的污染物得到降解。由于后面設置了MBR池，污染物一部分在好氧池中被降解，一部分隨著(zhù)泥水混合液進(jìn)入MBR池作進(jìn)一步降解。
2.5.2 .1 MBR系統技術(shù)指標
表2 MBR系統技術(shù)指標
MBR系統參數 | 沖刷曝氣量 （Nm3/m2.h） | MBR池污泥濃度mg/L |
技術(shù)指標 | 0.2~0.3 | 3000~10000 |
MBR技術(shù)利用膜的高效固液分離作用，大大強化了生物反應器的功能，克服了污泥膨脹等問(wèn)題。其主要工藝特點(diǎn)如下：（1）它利用膜分離設備將生化反應池中的活性污泥和大分子有機物質(zhì)截留住，省掉二沉池，減少了占地面積；(2)對污染物的去除率高，出水懸浮物含量很低，出水水質(zhì)穩定； (3)避免了微生物的流失，與活性污泥法相比，可保持反應器中較高的污泥濃度，實(shí)現反應器水力停留時(shí)問(wèn)和污泥泥齡的完全分離，提高了難降解有機物的降解效率；(4)生物反應器中的微生物濃度高，耐沖擊負荷；(5)設備工藝集中，易于實(shí)現自動(dòng)控制，操作管理方便；(6)使用過(guò)程中存在的膜污染問(wèn)題，一定程度上制約了膜生物反應器的應
在MBR系統中采用的是我公司獨立開(kāi)發(fā)的砼式PVDF中空纖維復合膜，通過(guò)在紡制過(guò)程中加入合成纖維的方法，將膜的分離滲透功能與強度功能相互分離，使其分別由膜體本身和增強纖維承擔，使之成為獨立又協(xié)同合作的有機整體。膜結構類(lèi)似于鋼筋混凝土結構，PVDF相當于混凝土，增強纖維相當于鋼筋，形成整體后物理拉伸強度取決于纖維的數量與強度，引入的單絲跟膜材料有一定的相溶性，且鑲嵌在膜中的體積小，只占膜材料體積的3～5%，對成膜結構影響很小，因纖維裸露而引起的流動(dòng)阻力及吸附污染問(wèn)題，以及結合不夠緊密而導致的脫落，影響其在工程中的應用等問(wèn)題得到很好解決。
MBR工藝具有占地面積小、出水水質(zhì)好、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。采用高污染環(huán)境下使用的抗污染超濾膜元件。具有高強度、耐壓、耐酸堿、抗污染、使用壽命長(cháng)，對膠體、懸浮顆粒、色度、濁度、細菌、大分子有機物具有良好的分離能力。反洗時(shí)，透過(guò)液（超濾產(chǎn)水）從中空纖維內部透過(guò)膜壁往外沖洗，膜孔距擴大把污染物沖出，恢復膜性能。
本方案中廢水回用的關(guān)鍵是反滲透技術(shù)，本公司根據多年膜應用的經(jīng)驗，選擇的反滲透膜具有較高的透過(guò)速度和脫鹽性能。該系統采用的反滲透膜元件，具有脫鹽率高、透過(guò)速度快、機械強度好、抗污染性能好等特點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)在于：
1）該種膜元件通過(guò)增加膜袋的片數，縮短進(jìn)水流道的長(cháng)度，增大進(jìn)水隔網(wǎng)的寬度，不僅擁有更高的水通量，而且可以減少有機物及微生物在膜表面的吸附，具有更強的耐污染能力。
2）通過(guò)對膜材料的改進(jìn)，創(chuàng )造了具有優(yōu)異的化學(xué)物理穩定性、耐久性、以及高產(chǎn)水量和高脫鹽性能的膜元件。
3）膜片表面更光滑、更耐污染，膜片的電荷性更適合于處理印染廢水。
表3 反滲透系統運行工況
反滲透運行參數 | 設計溫度 | 單套設計產(chǎn)水量 | 出水電導率 （us/cm） | 設計壓力 |
運行指標 | ≤ | ≤300 | ≤2.5MPa |
2.6 系統的智能化
工藝設計中配置了反洗系統并可實(shí)現自動(dòng)控制，能有效防止膜污染；另外還設置清洗池和加藥系統，既方便進(jìn)行定期的在線(xiàn)化學(xué)清洗，也可在膜污染較嚴重時(shí)開(kāi)展離線(xiàn)化學(xué)清洗。控制系統采用“上位機+PLC”模式。整套系統自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)便，可做到無(wú)人值守，同時(shí)該系統設有遠程傳送系統，在我公司可監控到現場(chǎng)的實(shí)際運行工況，及時(shí)提出調整及建議事項。
2.7運行成本分析
運行成本主要包括：藥劑費用、電費、膜更換費、人工費、設備維護費等。藥劑費用一方面盡量采用市售的低價(jià)常規藥劑如NaClO、HCl、NaOH等，另一方面結合實(shí)際運行狀況采用合理的藥劑用量，降低藥劑成本；電費占系統運行成本的比例較大，主要集中在風(fēng)機和水泵的運行上；完善的預處理以及多項膜污染控制措施，可有效延長(cháng)膜的使用壽命，降低更換周期，減少膜的更換成本；系統實(shí)現自動(dòng)控制，1～2人就可以管理整個(gè)系統，節約了人工費；開(kāi)展良好的運行管理模式定期對設備進(jìn)行檢查和保養，可有效控制設備維護費用。
3 結論
本文介紹了采用雙膜法（MBR+RO），即膜生物反應器（MBR）與反滲透（RO）膜集成技術(shù)在印染廢水深度處理回用工程中的應用，其中MBR系統采用砼式PVDF中空纖維復合膜，抗污染性強，強度高，使用壽命長(cháng)，反滲透膜系統主要脫除廢水中的鹽分和小分子,為印染行業(yè)節能減排處理提供了新思路。整個(gè)工藝具有處理效率高、出水水質(zhì)穩定、占地面積小、運行管理方便的特點(diǎn)，在印染廢水處理領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。
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