雙膜法（MBR+RO）在印染廢水中的應(yīng)用

摘要：膜法深度處理回用印染廢水已成為近年來環(huán)保工作的熱點。本文采用雙膜法（MBR+RO），即膜生物反應(yīng)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(tǒng)采用砼式PVDF中空纖維復(fù)合膜，抗污染性強(qiáng)，強(qiáng)度高，使用壽命長，為后續(xù)反滲透的運行提供了有力保障；反滲透膜系統(tǒng)主要脫除廢水中的鹽分和小分子,該工藝為印染行業(yè)節(jié)能減排處理提供了新思路。整個工藝具有處理效率高、出水水質(zhì)穩(wěn)定、占地面積小、運行管理方便的特點，在印染廢水處理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)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(fù)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。隨著印染行業(yè)各種合成染料、助劑的大量使用，未經(jīng)過科學(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(jī)毒物含量高、水質(zhì)不穩(wěn)定、難以降解、成分復(fù)雜等特點，廢水中的染料能夠吸收光線，降低水體的透明度，危害水生生物。同時，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(jī)毒物含量高（COD_Cr一般為1200_～1400mg/L,有的高達(dá)2000 mg/L），含鹽量高，色度高，可生化性差等特點。傳統(tǒng)的處理技術(shù)普遍存在成本高或二次污染的特點。如何開發(fā)經(jīng)濟(jì)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)研究的熱點和焦點。

為了貫徹落實高污染、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(guī)定2014年6月底前，列入淘汰關(guān)停范圍的企業(yè)、生產(chǎn)線全部淘汰關(guān)停到位；對其他所有不符合整治標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)全面實施限期整改。鼓勵印染企業(yè)加強(qiáng)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(yīng)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(dá)標(biāo)排放處理。對污水、廢水采用投藥沉淀過濾、微生物處理以及膜過濾等技術(shù)處理，處理后的再生水回用于生產(chǎn)。

與此同時，為了減少印染行業(yè)水污染問題，國家環(huán)境保護(hù)部2012年10月發(fā)布了《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 4287-2012)，規(guī)定了從2015年1月1日起，現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)將實施更加嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，直接排放廢水化學(xué)需氧量需控制在80mg/l以下，間接排放廢水化學(xué)需氧量需控制在200mg/l以下。從2013年1月1日起對于新建企業(yè)直接排放廢水化學(xué)需氧量必須控制在80mg/l以下，間接排放的廢水化學(xué)需氧量需要控制在200mg/l以下?？梢钥闯?，無論是國家層面還是地方政府都加大了印染行業(yè)廢水整治力度，因此，研究開發(fā)出高效的膜法處理工藝迫在眉睫。

2 雙膜法（MBR與RO膜集成技術(shù)）處理印染廢水技術(shù)實例分析

2.1 傳統(tǒng)砂濾+柱式超濾+反滲透工藝

廢水通過砂濾作為預(yù)處理，之后進(jìn)入柱式超濾與RO膜集成裝置。砂濾預(yù)過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(jī)物等妨礙后續(xù)膜集成工藝系統(tǒng)正常連續(xù)穩(wěn)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(xù)柱式超濾和反滲透的運行負(fù)荷相對較輕。該工藝的主要優(yōu)缺點如下：

優(yōu)點：

1、出水水質(zhì)好；

2、清洗維護(hù)方便；

3、總體投資較小；

缺點：

1、要求生化出水穩(wěn)定，抗波動能力差；

2、工藝路線長，占地面積大；

2.2 MBR與RO膜集成工藝

膜—生物反應(yīng)器工藝通過膜分離技術(shù)大大強(qiáng)化了生物反應(yīng)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(wěn)定，且達(dá)到RO膜的進(jìn)水要求。MBR在運行過程中，采用大流量持續(xù)曝氣的方式，對中空纖維膜絲進(jìn)行沖刷而達(dá)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(wěn)定將直接關(guān)系到后續(xù)反滲透的正常運行。實際工程中，往往由于中空纖維膜由于膜絲強(qiáng)度不足，在劇烈的氣液沖刷過程中，出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，從而造成反滲透進(jìn)水SDI超標(biāo)，進(jìn)而導(dǎo)致反滲透膜使用壽命降低。

在本項目中， MBR系統(tǒng)采用我公司獨立開發(fā)的砼式PVDF中空纖維復(fù)合膜，膜絲的強(qiáng)度是通PVDF的8倍，更耐沖洗，膜絲在運行過程中斷絲率低，出水水質(zhì)穩(wěn)定。

優(yōu)點：

1、出水水質(zhì)好；

2、抗原水波動能力強(qiáng)，適應(yīng)范圍廣；

3、MBR能進(jìn)一步降低COD，提高反滲透系統(tǒng)運行穩(wěn)定性；

4、MBR工藝能降低30~50%污泥量；

5、能利用原有生化池、工藝路線短，占地面積?。?/ins>

2.3  雙膜法（MBR+RO）工藝流程及整體設(shè)計思路

結(jié)合紹興某印染企業(yè)(3000T/D)中水特點和回用要求，設(shè)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(tǒng)反洗用水，其余進(jìn)入反滲透系統(tǒng)處理。其他配套設(shè)備包括：曝氣設(shè)備、污泥處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、MBR、反滲透膜清洗系統(tǒng)。

2.4 設(shè)計水質(zhì)

表1 雙膜法進(jìn)出水質(zhì)指標(biāo)

2.5 雙膜法工藝特點

將傳統(tǒng)生化處理工藝與高效的膜分離技術(shù)相結(jié)合，通常出水水質(zhì)都能滿足使用要求。在實際工藝設(shè)計時，充分考慮水質(zhì)特點，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(tǒng)正常運行的情況下提供達(dá)標(biāo)的工藝用水。與此同時，還要有效解決膜污染問題，保持膜通量的基礎(chǔ)上降低運行和維護(hù)成本，以及自動化程度的提高。根據(jù)印染廢水的特點和試驗研究，我們選擇了恰當(dāng)?shù)挠布O(shè)備，此外，我們對廢水處理的工藝設(shè)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(tǒng)的設(shè)計、工藝參數(shù)的調(diào)整等工作。

2.5.1 前處理工藝特點

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(xù)工藝系統(tǒng)正常連續(xù)穩(wěn)定運行的污染物，同時降低原水的濁度、色度等感官指標(biāo)，減輕后續(xù)工藝的處理負(fù)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(shè)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(jī)物水解為可溶性物質(zhì)，將難生物降解的物質(zhì)轉(zhuǎn)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(jī)物，因此設(shè)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(nèi)，微生物只是對有機(jī)物進(jìn)行吸收和吸附，而對有機(jī)物的降解主要是在氧化池及MBR池內(nèi)完成的。經(jīng)過水解酸化池之后的好氧池是本工藝降解有機(jī)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(jī)物分解成無機(jī)物，從而使廢水中的污染物得到降解。由于后面設(shè)置了MBR池，污染物一部分在好氧池中被降解，一部分隨著泥水混合液進(jìn)入MBR池作進(jìn)一步降解。

2.5.2 MBR系統(tǒng)工藝特點

2.5.2.1 MBR系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

                          表2  MBR系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

2.5.2.2 MBR系統(tǒng)工藝特點

MBR技術(shù)利用膜的高效固液分離作用，大大強(qiáng)化了生物反應(yīng)器的功能，克服了污泥膨脹等問題。其主要工藝特點如下：（1）它利用膜分離設(shè)備將生化反應(yīng)池中的活性污泥和大分子有機(jī)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(wěn)定； (3)避免了微生物的流失，與活性污泥法相比，可保持反應(yīng)器中較高的污泥濃度，實現(xiàn)反應(yīng)器水力停留時問和污泥泥齡的完全分離，提高了難降解有機(jī)物的降解效率；(4)生物反應(yīng)器中的微生物濃度高，耐沖擊負(fù)荷；(5)設(shè)備工藝集中，易于實現(xiàn)自動控制，操作管理方便；(6)使用過程中存在的膜污染問題，一定程度上制約了膜生物反應(yīng)器的應(yīng)

在MBR系統(tǒng)中采用的是我公司獨立開發(fā)的砼式PVDF中空纖維復(fù)合膜，通過在紡制過程中加入合成纖維的方法，將膜的分離滲透功能與強(qiáng)度功能相互分離，使其分別由膜體本身和增強(qiáng)纖維承擔(dān)，使之成為獨立又協(xié)同合作的有機(jī)整體。膜結(jié)構(gòu)類似于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，PVDF相當(dāng)于混凝土，增強(qiáng)纖維相當(dāng)于鋼筋，形成整體后物理拉伸強(qiáng)度取決于纖維的數(shù)量與強(qiáng)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(jié)構(gòu)影響很小，因纖維裸露而引起的流動阻力及吸附污染問題，以及結(jié)合不夠緊密而導(dǎo)致的脫落，影響其在工程中的應(yīng)用等問題得到很好解決。

MBR工藝具有占地面積小、出水水質(zhì)好、自動化程度高等特點。采用高污染環(huán)境下使用的抗污染超濾膜元件。具有高強(qiáng)度、耐壓、耐酸堿、抗污染、使用壽命長，對膠體、懸浮顆粒、色度、濁度、細(xì)菌、大分子有機(jī)物具有良好的分離能力。反洗時，透過液（超濾產(chǎn)水）從中空纖維內(nèi)部透過膜壁往外沖洗，膜孔距擴(kuò)大把污染物沖出，恢復(fù)膜性能。

2.5.3 反滲透工藝特點

本方案中廢水回用的關(guān)鍵是反滲透技術(shù)，本公司根據(jù)多年膜應(yīng)用的經(jīng)驗，選擇的反滲透膜具有較高的透過速度和脫鹽性能。該系統(tǒng)采用的反滲透膜元件，具有脫鹽率高、透過速度快、機(jī)械強(qiáng)度好、抗污染性能好等特點，其優(yōu)點在于：

1）該種膜元件通過增加膜袋的片數(shù)，縮短進(jìn)水流道的長度，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(jī)物及微生物在膜表面的吸附，具有更強(qiáng)的耐污染能力。

2）通過對膜材料的改進(jìn)，創(chuàng)造了具有優(yōu)異的化學(xué)物理穩(wěn)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(tǒng)運行工況

2.6 系統(tǒng)的智能化

工藝設(shè)計中配置了反洗系統(tǒng)并可實現(xiàn)自動控制，能有效防止膜污染；另外還設(shè)置清洗池和加藥系統(tǒng)，既方便進(jìn)行定期的在線化學(xué)清洗，也可在膜污染較嚴(yán)重時開展離線化學(xué)清洗。控制系統(tǒng)采用“上位機(jī)+PLC”模式。整套系統(tǒng)自動化程度高，操作簡便，可做到無人值守，同時該系統(tǒng)設(shè)有遠(yuǎn)程傳送系統(tǒng)，在我公司可監(jiān)控到現(xiàn)場的實際運行工況，及時提出調(diào)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(shè)備維護(hù)費等。藥劑費用一方面盡量采用市售的低價常規(guī)藥劑如NaClO、HCl、NaOH等，另一方面結(jié)合實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(tǒng)運行成本的比例較大，主要集中在風(fēng)機(jī)和水泵的運行上；完善的預(yù)處理以及多項膜污染控制措施，可有效延長膜的使用壽命，降低更換周期，減少膜的更換成本；系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制，1～2人就可以管理整個系統(tǒng)，節(jié)約了人工費；開展良好的運行管理模式定期對設(shè)備進(jìn)行檢查和保養(yǎng)，可有效控制設(shè)備維護(hù)費用。

3 結(jié)論

本文介紹了采用雙膜法（MBR+RO），即膜生物反應(yīng)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(yīng)用，其中MBR系統(tǒng)采用砼式PVDF中空纖維復(fù)合膜，抗污染性強(qiáng)，強(qiáng)度高，使用壽命長，反滲透膜系統(tǒng)主要脫除廢水中的鹽分和小分子,為印染行業(yè)節(jié)能減排處理提供了新思路。整個工藝具有處理效率高、出水水質(zhì)穩(wěn)定、占地面積小、運行管理方便的特點，在印染廢水處理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

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