高盐印染废水处理中超滤+ 纳滤工艺的应用及脱盐效果分析

引言
  印花染整行业是工业废水排放大户，不但耗水量大，而且废水色度高，成分复杂，具有较大的生物毒性。废水的颜色和主要污染来源于未上染和被水洗下来的染料，因此染色废水脱色的关键就是分解或去除这些染料。我国是印染大国，2006 年底，全国印染布年产量达到40 × 109 m，超过世界总量的30%。纺织印染废水居全国工业部门废水排放量的第6 位，COD 排放量的第4 位，直接排放会造成严重的环境污染，还可能通过食物链， 直接或间接影响人体健康，同时，印染废水回用率低、水资源消耗大，已成为行业可持续发展的瓶。
  染色废水是印染废水的重要组成部分，废水水量较大，水质随染料的不同而不同， 有机物含量高、可生化性差、COD 高、BOD/COD 低， 而且色度高、组分复杂，含有毒性含有染料、无机盐、浆料和表面活性剂等， 如能将染色废水处理后回用于生产，对于实现印染行业的清洁生产、减轻污染、节约水资源等均具有重要的意义。与吸附、絮凝等传统染色废水处理技术相比，近几年发展起来的膜分离法染色废水处理技术，因其对杂质的去除效率高、产水水质好、无二次污染、可靠性高、运行简易等优点，已逐渐受到人们的青睐和重视。但是采用超滤+ 纳滤处理染色废水的相关研究鲜见报道。本文采用超滤+ 纳滤处理工艺处理不同高盐废水，得出了相关结论，为处理高盐染色废水提供实际，对于改善印染企业生产环境以及降低生产成本具有重要意义。
  1 材料与方法
  1.1 材料
  试验废水样品采集：
  （1）第一类废水：试验废水为苏州俐马公司棉染过程中产生的前道漂洗废水。其生产工艺主要为活性染料染色，其中主要含盐助剂以氯化钠为主，兼有少量次氯酸钠和小苏打（碳酸氢钠）。
  （2）第二类废水：试验废水取自浙江雄峰集团的浙江昌峰纺织印染有限公司， 试验进水为染缸废水和第一道漂洗废水的混合液约250 L，混合比为5 ∶2，试验超滤进水250 L 左右，纳滤进料80 L 左右。
  （3）第三类废水：在上述第二种废水中加入H2SO4 调节pH 值至6.34，废水中出现沉淀，经过滤去除沉淀后的废水。
  1.2 试验工艺流程
  针对高浓度的印染废水纳滤处理， 采用超滤和纳滤相结合的双膜系统，具体试验流程如下：高浓度染色废水收集到收集罐中，经过预处理后进入到中间水罐; 预处理后出水进到泵送到超滤膜进行预过滤，预过滤后出水收集到中间水罐中，然后进入到纳滤膜系统，通过纳滤膜对染料和盐的分离、浓缩及纯化，达到脱色、纳滤和净化的目的，分别收集纳滤膜进水、产水和浓缩液。纳滤膜浓缩液收集，进行浓缩液蒸发结晶试验。
  现场试验仅有1 支NF 膜，因此纳滤膜浓缩分2次进行，实际工程应用时将2 支NF 膜串联依次进行浓缩。
  2 结果与分析
  2.1 第一类废水
  2.1.1废水的基本性能测试
  对苏州俐马公司棉染过程中产生的前道漂洗废水的基本性能进行了测试实验。
  2.1.2COD 和TOC 变化
  实验在工艺运行过程中采样， 并对样品进行分析，主要测定了COD 和TOC 2 个指标。
  从表2 可以看出，现场试验监测超滤对COD 的去除率为63.9%，TOC 的去除率分别为59.1%。二次纳滤浓缩液的COD 去除率为49.0% ;TOC 的为57.5%。超滤和纳滤都明显降低了出水中COD 和TOC 的含量，COD 和TOC 的总去除率都在80%以上，提高了出水水质。
  2.1.3色度变化
  对3 月12 日、3 月21 日和4 月2 日3 个批次试验进行取样检测。
  由表3 可以看出超滤+ 纳滤处理工艺脱色效果很好，总稳定化率都在99%以上，而且从表3 还可以看出，脱色主要是在纳滤阶段，超滤过程脱色效果较差，通过纳滤脱色后，出水几乎为无色。
  2.1.4电导率和盐分变化
  各工艺阶段电导率和盐分变化结果见表4。由表4 可以看出，超滤和纳滤膜对以NaCl 为主要助剂的混合浓洗水除盐效果较差，对盐分去除效果仅为5.35%。
  2.2 第二类废水
  表5 为废水经超滤纳滤膜处理前后的水质变化情况。
  由表5 可知， 超滤膜进水采用浙江昌峰纺织印染有限公司染缸废水和第一道漂洗废水按照5 ∶ 2 体积比形成的混合液， 混合后pH 值约12，ρ（TOC）为441 mg/L，ρ（CODCr）为5 330 mg/L，超滤处理后，TOC 和COD 分别去除了37.6%和14.4%。超滤对色度的去除约75%。超滤对SO42-，Cl-，Na+，全盐量，电导率几乎无法去除。。
  经一级纳滤膜纳滤出水色度128 倍，全盐量质量浓度约4 760 mg/L。由于一级纳滤后，纳滤膜堵塞严重，增加进/出膜压力至0.2 Pa/ 0.19 Pa 时，3 min 后，处理能力由90 L/h 下降至54 L/h，纳滤膜通量显著下降，因此，未能继续进行二级纳滤，必须对纳滤膜进行清洗。
  2.3 第三类废水
  2.3.1第三类水基本性能
  在上述第二种废水中加入H2SO4调节pH 值至
  6.34，废水中出现沉淀，经过滤去除沉淀后的废水。5 月18 日～5 月30 日对现场试验进水进行了监测分析，试验进水指标监测数据如表7，由于加入硫酸调节pH 值， 废水中SO4 2-浓度增大， 同时COD 下降。
  2.3.2超滤膜和纳滤膜试验结果
  废水经超滤膜和纳滤膜处理前后的水质变化情况见表8。
  由表8 可知， 由于进超滤膜前用H2SO4调节pH值至6.34，因此SO42-质量浓度从680 mg/L 增加为2 970 mg/L，经超滤处理后SO42-去除了35.7%，超滤装置对色度去除率约75%，但对电导率和全盐量几乎无去除。
  经纳滤膜纳滤出水色度为2 倍，ρ （全盐量）约563 mg/L，ρ（SO4 2-）为155 mg/L，由此可知，纳滤对色度去除较好，同时具有较好的脱盐效果，ρ（全盐量）从9 500 mg/L 降至563 mg/L，脱盐率约94%，能大量削减外排废水中的含盐量。ρ（TOC）为67.4 mg/L，ρ（CODCr）为148 mg/L，总去除率分别为77.2%和93.6%。
  3 结论
  （1）NaCl 为主要助剂的混合浓洗水，COD 和TOC 的总去除率都在80%以上， 纳滤阶段脱色效果很好，去除率都在99%以上，降低电导率和除盐效果较差，对盐分去除效果仅为5.35%。
  （2）以硫酸盐为主要助剂的碱性染缸废水和第一道漂洗废水按照5 ∶ 2 体积比形成的混合液，混合后pH 值约12，纳滤过程对电导率和盐去除效果好，去除率分别为63.4%和60.3%， 色度的去除率为93.8%。
  （3）调节pH 值后的以硫酸盐为主要助剂的染缸废水COD 和TOC， 总去除率分别为77.2%和93.6%，纳滤对色度去除较好，总去除率为98.4%。同时具有较好的脱盐效果，全盐量质量浓度能从9 500 mg/L 降至563 mg/L，脱盐率约94%，能大量削减外排废水中的含盐量。