双膜法处理印染废水及其回用的工程应用
1 废水水质
浙江绍兴某印染厂以棉类、涤纶类、丝织类、针织等类布匹印染加工为主，在生产过程中，排放的废水有机污染物含量高、组分复杂、色度深、碱性强，工艺用水经生产使用后，一部分排放至附近火力发电厂进行除尘冲灰用，另一部分排至污水处理厂集中治理。
厂方拟对废水进行清浊分流，COD及色度较高的第一道染色废水及高碱量废水作为浊流水，其水量2 500t/d左右，CODCr~5 000~30 000 mg／L，色度800-2 000倍，该浊流水保持原处理方式不变。其他一部分COD较低的浅色漂洗废水等清流水．其水量3 600t/d左右，CODCr~220~600 mg／L，浊度30~50NTU，色度20~70倍，电导率1 200~1600μS／cm，pH 6．5~12之间。厂方拟对清流水进行深度处理后回用，在控制废水排放总量的同时，减少取水量和污水排放量，将有效水资源进行回收循环利用，从而达到节能减排的目的。
2 处理工艺
目前，我国印染废水处理普遍采用物化处理+生化处理工艺[1]，但这类常规处理方法有一些弊端，如占地面积大，出水水质受进水水质波动影响较大，操作复杂等[2~3]。根据原水水质特点，该清流水处理回用采用常规絮凝沉淀+多介质过滤(MMF)+超滤膜法(UF)+反渗透膜法(RO)的工艺进行处理，该工艺具有占地面积小、处理水量大、产水水质稳定、全自动PLC+上位机控制运行、操作简单等特点。其工艺流程如图1所示。
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该工艺流程可以划分为3个部分：预处理、超滤膜处理和反渗透膜处理。
系统所有在线仪表均采用GF+SIGNET仪表，加药装置均采用MILTON ROY计量泵，COD检测采用上海安锐5B-3BCOD快速检测仪，浊度检测采用HACH 2100P型便携浊度计，色度检测采用上海精胜SD9011型水质色度仪。
2．1预处理
采用冷却塔将原废水水温降到合适范围，以保证后续膜处理设备的最佳运行温度。冷却塔风机的启动根据冷却塔出水口在线温度变送器温度来控制，当冷却塔出水温度>30℃时，风机自动启动，温度<25℃时，风机自动停机。
加酸调节原废水的pH，以保证次氯酸钠的最佳水解条件[4]。加酸量由冷却塔出口设置的在线pH计自动控制，控制冷却塔出水pH为7左右，原水pH<7．不加酸。
冷却塔出水加次氯酸钠以去除一部分原废水中的COD．减轻后续设备的运行负荷。
聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)间隔投加于冷却塔出水管，进絮凝反应池进行反应，反应时间15 min。絮凝后进斜板沉淀池进行沉淀，HRT约为1 h。斜板沉淀池上清液进清水池，供多介质过滤器使用。沉淀池污泥经污泥泵抽出后，排至空地，自然干化后处理。
多介质过滤器采用常规滤料，包括粗石英砂、细石英砂和片状无烟煤。多介质过滤器运行一定时间后．滤料顶部会形成一层厚厚的污染物滤饼，影响滤速和产水量，应定期对多介质过滤器进行气擦和水反冲洗，以保持正常运行。
多介质过滤器产水直接进入超滤膜装置，在多介质过滤器进水管加次氯酸钠去除一部分COD，以减轻后续超滤膜的运行负荷，并可降低超滤膜设备的跨膜压差。此外，次氯酸钠还可以保证超滤产水有一定余氯值，以抑制超滤产水池中细菌和藻类的滋生。加药量由超滤产水余氯值来控制。
2．2超滤膜处理
采用两套超滤膜装置，超滤膜采用DOW公司的Omexell SFP2860超滤膜，处理水量>3 600 t／d，系统回收率>95％，装置运行30~45 min进行一次夹气反洗，反洗过程中加次氯酸钠，以保证膜的产水通量。
由于原废水水质较差，正常运行过程中还加设分散反洗步骤，分散反洗采用加酸、加碱、加次氯酸钠，浸泡、冲洗的方式进行。加药的顺序按先酸洗、后碱洗的方式进行。
在反渗透系统不运行的情况下，超滤产水可供车间印染前漂洗布和冲洗印染料使用。
2．3反渗透膜处理
采用两套反渗透膜装置，反渗透膜采用DOW公司的BW30-365FR抗污染反渗透膜，处理水量>3 200t/d。系统回收率>60％。装置采用连续运行，定时冲洗的方式，冲洗采用反渗透产水。反渗透进水投加阻垢剂，以减少反渗透膜污堵结垢的风险。
反渗透产水供车间印染调浆和印染后工序使用。
2．4化学清洗装置
系统连续运行一段时间后，随着膜截留污染物和盐类的增加，会出现超滤膜和反渗透膜表面污堵的现象，使得膜的压差增大，当增大到一定程度后，产水量会下降，此时需对超滤膜和反渗透膜进行化学清洗，以达到理想的产水量。
3 系统运行效果与讨论
系统通过一个月的连续运行，出水水量稳定，水质状况良好。就回用水和原工艺用水对印染产品质量影响进行了对比，结果表明二者在印花、印染质量和特性上没有明显差异。
3．1 对CODCr的去除效果
系统对CODCr的去除效果如图2所示。
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系统运行中原废水CODCr在317~475 mg／L，通过絮凝沉淀、多介质过滤器和超滤膜处理后，对CODCr的平均去除率为80％左右，经过反渗透膜处 理后的产水，CODCr均在2 mg／L以下，去除率达到了99％以上。
本系统中CODCr的去除主要依靠絮凝沉淀、次氯酸钠氧化、超滤和反渗透来实现。Omexell超滤膜的典型孔径在0．01～0．1 μm之间[5]，通过微孔截留废水中的胶体物质和可溶性大分子有机物，起到去除CODCr的作用。但是很大一部分印染废水的CODCr是由于印染工艺生产中添加染料和助剂引起的[6]，是溶解性的小分子污染物，超滤膜的孔径不能截留，所以超滤产水中仍然残留一定的CODCr。DOW的反渗透膜可截留纳米级[7]、数百相对分子质量的颗粒，从而进一步去除废水中的小分子溶解性CODCr，使系统对CODCr的总去除率达到99％以上。
3．2对浊度的去除效果
斜板沉淀池(plate sedimentation tank，PST)、多介质过滤器、超滤对浊度的去除效果如图3所示。
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系统运行中原废水浊度在31．4~47．5 NTU，经过絮凝后斜板沉淀池对浊度的去除率在50％以上，多介质过滤器对浊度的去除率在75％以上．超滤对浊度的去除率在95％以上。整个系统对浊度的去除率接近100％。
斜板沉淀池通过絮凝沉淀作用使原废水中的大颗粒的悬浮物和胶体物质得以沉淀去除，从而去除浊度。多介质过滤器和超滤都是通过微孔过滤方式来去除废水中的浊度，二者结合能基本去除水中的浊度。
由于超滤膜已基本去除了原废水中的浊度，反渗透膜孔径更小，其产水浊度已经接近于零。
3．3对色度的去除效果
斜板沉淀池、超滤、反渗透对色度的去除效果如图4所示。
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系统进水色度为45~64倍，从图4可以看出经过絮凝沉淀后色度有很大改善，去除率在55％左右，超滤对色度的去除不明显，而反渗透基本去除了废水中的色度。
由此可以看出，絮凝沉淀去除原废水中的大颗粒和胶体物质，对原废水色度的去除有较大作用，超滤膜由于过滤孔径较大，对色度的去除效果不明显。整个系统基本去除掉了原废水中的色度。
3．4对盐分的去除效果
水中的盐分可用电导率来表现，由于絮凝沉淀只能去除大的污染物，对原废水的电导率影响不大。超滤膜过滤孔径较大，只能去除大分子颗粒，不能去除盐类。这里只对反渗透系统的进出水电导率进行比较，结果见图5。
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RO进水电导率为l 240．3～1 409．7μS／cm．RO产水电导率为17．4-20．9 μS／cm。RO使电导率下降98％以上。RO膜滤径在纳米级，能去除相对分子质量在数百以下的分子和离子，使得废水中大部分盐分被去除掉，RO产水电导率在20μS／cm左右。
3．5超滤运行跨膜压差变化趋势
超滤膜运行的跨膜压差(transmembrane pressure，TMP)是一个重要指标，即超滤膜进水压力和产水压力之间的差值，它是完成膜过滤的推动力。TMP与膜产水通量在一定的范围内呈正比关系．但达到一定程度后，TMP对产水通量的增加作用将急剧减弱，产水量将急剧降低。Omexell超滤膜的最大允许跨膜压差为0．21 MPa[4]。一般跨膜压差达到0．1 MPa以上，需对超滤膜进行化学清洗。单套超滤装置运行跨膜压差和产水量变化如图6所示。
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随着超滤膜截留污染物的不断增加，超滤膜通量也随之下降，超滤膜跨膜压差呈上升趋势，产水量也随之下降8．5％。
3．6反渗透运行压差变化趋势
反渗透膜运行压差(△P)是一个重要指标，△P是指反渗透进水压力和浓水压力之间的差值。△P与膜产水通量之间的关系和超滤膜类似。单套反渗透装置运行压差和产水量变化如图7所示。
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随着反渗透膜截留污染物和盐分的不断增加，反渗透膜通量也随之下降，反渗透膜运行压差呈上升趋势，产水量也随之下降19．3％。
4 经济效益分析
整个系统运行经济效益分析见表1。
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从表1可以看出，该工程投资回收快，经济效益显著。反渗透产水达到工业纯水标准，为厂方印染生产提供了第二水源，投资回报率很高。每年减排CODCr585 t，环境效益明显。厂方积极参与环保的事迹得到当地政府肯定和物质奖励。
5 结论
(1)整个系统对CODCr的去除率达到了99％以上，对浊度、色度的去除率均接近100％，反渗透对盐分的去除率在98％以上。超滤产水和反渗透产水分别回用于车间，满足印染工艺要求。
(2)随着系统的连续运行，超滤膜和反渗透膜都有一定程度的污染，压差有所上升，产水量有所下降。
(3)相对常规印染废水处理方法，双膜法具有操作简单、出水水质稳定、运行费用较低、经济和环境效益显著等特点。
[参考文献]
[1]国家环保总局科技标准司．印染废水污染防治技术指南[M]．北京：中国环境科学出版社．2002：76–78．
[2]阮新潮，曾庆福，黎谦．纺织印染废水处理技术进展[J]．武汉科技学院学报，2001，14(2)：66 71．
[3]奚旦立，陈季华，马春燕．印染废水处理现状及存在问题[C]全国纺织印染废水深度处理及回用和污水达标排放学术研讨会，2005．
[4]曾敬容．次氯酸钠溶液的用途及制法[J]．中国氯碱，1994(6)：21–25．
[5]DOW．DOW OMEXELLTM UF产品技术手册[Z]．DOW Chemical Zhejiang OMEX Environmental Engineering,Ltd：33．
[6]彭会清，许开．印染废水处理现状与进展[J]．四川纺织科技，2003(2)：11–14．
[7]DOW．DOW FILMTECTM反渗透膜和纳滤膜元件产品与技术手册[Z]DOW Chemical FILMTEC,2008：5–6．
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