印染廢水處理微絮凝/超濾組合工藝

　　印染廢水是毛紡品、人工合成纖維布的染色及其印染行業(yè)所產(chǎn)生的一類工業(yè)廢水，具有生化性難、色度高、成分復(fù)雜、水質(zhì)變化大、不同程度的臭味等特點。目前，處理印染廢水的方法有許多，如混凝/沉淀法、混凝沉淀/臭氧氧化法、絮凝/Fenton氧化法、微生物法、納濾及超濾/反滲透、預(yù)處理/超濾、生物處理/反滲透、混凝預(yù)處理/納濾等組合工藝。但隨著印染行業(yè)的快速發(fā)展，印染廢水中存在越來越多的難生化降解的人工合成染料及助劑，導(dǎo)致傳統(tǒng)生物、生化處理周期長，占地面積大，處理效果差，甚至無法生化處理，而Fenton類氧化法也存在藥劑耗量大、渣量大及渣的二次污染問題，直接膜分離工藝易導(dǎo)致膜系統(tǒng)堵塞及縮短膜的使用周期。為減少進水中懸浮顆粒、膠體、可溶性分子等污染物對膜表面污染、膜孔變小、堵塞等問題，常采用絮凝預(yù)處理，如微絮凝直接過濾/超濾、微絮凝/微濾、微絮凝/變孔隙直接過濾、微絮凝/超濾/膜系統(tǒng)、微絮凝/直接過濾、微絮凝/反滲透等組合工藝。而已報道的“微絮凝”預(yù)處理工藝多采用傳統(tǒng)的聚合氯化鐵(PFC)、聚合氯化鋁(PAC)、FeCl3、Al2(SO4)3及其組合藥劑和高分子絮凝劑聚丙烯酰胺(PAM)。在使用過程中，F(xiàn)e3+會導(dǎo)致膜表面污染，而Al3+、PAM及其分解單體丙烯酰胺對人和動物均存在一定神經(jīng)毒性的風(fēng)險。

　　近年來，微生物絮凝劑(MBF)作為新興的綠色環(huán)保型絮凝劑，具有價格低廉、高效、無毒、適應(yīng)廣等特點，已成為國內(nèi)外研究的熱點之一。采用MBF進行微絮凝預(yù)處理，結(jié)合膜分離技術(shù)，形成新的微絮凝/超濾組合工藝，并在實際印染處理領(lǐng)域的應(yīng)用鮮有報道。本研究選擇MBF作為絮凝劑，考察微絮凝過程的影響因素、微絮凝的正交實驗和超濾處理過程的運行參數(shù)等，可為今后開展MBF/膜分離組合工藝在廢水處理領(lǐng)域的工程化應(yīng)用提供借鑒。

　　1、實驗部分

　　1.1 廢水來源與水質(zhì)

　　印染廢水取自福建省泉州市某染整廠染整工序的廢水出水口，主要含有少量的染料、助劑、絮凝劑、少量的無機鹽類，其主要水質(zhì)指標(biāo)見表1。

　　1.2 主要試劑與儀器

　　CaCl2為工業(yè)級;H2SO4為分析純;MBF(編號：XN188)。折疊濾芯過濾器(50μm);外壓式超濾膜分離設(shè)備(帶反洗功能，濾膜材質(zhì)為聚偏氟乙烯，膜分離面積0.9m2，平均截留分子量10000u);UV-2102C型紫外-可見分光光度計;HCA-100型COD消解器;XZ-0101S型濁度儀;ALC-110.4型電子分析天平;PHS-3C型pH計。

　　1.3 實驗步驟與方法

　　取印染廢水加入適量的H2SO4調(diào)節(jié)pH，過濾，去除較大粒度(≥50μm)的雜質(zhì)。室溫中，向200mL過濾水樣中投加MBF(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%)和助凝劑CaCl2，450r/min下攪拌2min，靜置絮凝，取少量上清液，測定其脫色率和COD。將絮凝預(yù)處理的出水引入保安過濾器(過濾精度為5μm)，然后進入超濾膜單元進行深度處理。

　　1.4 分析方法

　　根據(jù)進出水中的OD550計算脫色率。膜滲透通量(JV，L/(m2?h))是指在膜分離過程中，單位時間內(nèi)單位膜面積上的物質(zhì)透過量，由式(1)計算獲得。

　　式中：V為滲透液體積，L;S為膜有效面積，m2;t為取樣時間，min。

　　2、實驗結(jié)果與分析

　　2.1 單一微絮凝因素的優(yōu)化實驗

　　2.1.1 CaCl2投加量的影響

　　在MBF投加量為25mg/L、pH約為12、絮凝30min的條件下，考察CaCl2投加量對印染廢水的絮凝效果的影響，如表2所示。MBF均為25mg/L，出水中脫色率隨著CaCl2投加量增大而先升后降，當(dāng)CaCl2為800mg/L時脫色率達到了86.72%，出水中COD降低至515.88mg/L，COD去除率為81.46%。因此，MBF與CaCl2質(zhì)量比(簡稱MBF∶CaCl2)最佳為1∶32。

　　2.1.2 MBF投加量的影響

　　在MBF∶CaCl2=1∶32、pH約為12、絮凝30min的條件下，考察MBF投加量對印染廢水的絮凝效果的影響，如表3所示。當(dāng)MBF為30mg/L時，脫色率達到87.50%，出水COD降低至477.20mg/L，COD去除率達到82.85%;當(dāng)MBF為40mg/L時，脫色率達到88.28%，出水COD降低至461.34mg/L，COD去除率達到83.42%。從藥劑成本和渣量考慮，MBF投加量適宜為30mg/L。

　　2.1.3 pH的影響

　　在MBF投加量為30mg/L、MBF∶CaCl2=1∶32、絮凝30min的條件下，考察pH對印染廢水的絮凝效果的影響，如表4所示。脫色率隨pH升高而先升后降，當(dāng)pH為7.5時，絮凝效果最佳，脫色率達到87.50%，出水中COD降低至453.27mg/L，COD去除率為83.71%。

　　2.1.4 絮凝時間的影響

　　在MBF投加量為30mg/L、MBF∶CaCl2=1∶32、pH為7.5的條件下，考察絮凝時間對印染廢水的絮凝效果的影響，如表5所示。脫色率隨絮凝時間的延長先升后降，20min時脫色率達到88.28%，出水COD降低至452.99mg/L，去除率為83.72%。

　　綜上所述，采用MBF作為微絮凝劑，預(yù)處理工藝的最佳條件為MBF∶CaCl2=1∶32、MBF30mg/L、pH=7.5、絮凝時間20min。

　　2.2 微絮凝工藝的正交實驗

　　基于預(yù)處理的實驗結(jié)果，選擇MBF投加量(A)、CaCl2投加量(B)、pH(C)和絮凝時間(D)為影響因素進行L9(43)正交實驗，如表6所示。由表7可知，4種因素的影響順序為MBF投加量>CaCl2投加量>pH>絮凝時間。

　　2.3 超濾實驗結(jié)果

　　2.3.1 工藝對膜滲透通量的影響

　　選擇運行壓力0.20MPa、回收率90%，采用“錯流過濾-不反洗”的方式，連續(xù)運行90min，間隔10min，記錄膜滲透通量，如圖1所示。微絮凝/超濾組合工藝處理印染廢水過程中膜滲透通量的下降速率優(yōu)于單一超濾工藝;MBF對超濾膜的膜滲透通量影響小。因此，添加MBF進行微絮凝預(yù)處理可顯著提高后續(xù)超濾工藝中膜滲透通量，而且對超濾膜的壽命影響小。

　　2.3.2 運行壓力對膜滲透通量的影響

　　采用“錯流過濾-不反洗”的運行方式，選擇回收率90%，每間隔10min記錄膜滲透通量，考察運行壓力對膜滲透通量的影響，如圖2所示。膜滲透通量隨著運行壓力的增大而增大;經(jīng)擬合，運行壓力為0.10、0.12、0.14、0.16、0.18MPa時衰減率分別為14.6%、7.3%、13.2%、22.7%、19.2%，表明該系統(tǒng)在運行壓力為0.12MPa時膜滲透通量最穩(wěn)定。

　　2.3.3 運行周期對膜滲透通量的影響

　　在運行壓力0.12MPa、回收率90%、交替“運行-反洗”方式的條件下，考察運行周期對膜滲透通量的影響，如表8所示。膜滲透通量隨著運行周期的延長而先增后減。當(dāng)運行周期為18min時，膜滲透通量最大，達到338.33L/(m2?h)。

　　2.3.4 回收率對膜滲透通量和去除COD的影響

　　超濾膜影響指標(biāo)主要有超濾膜材質(zhì)、截留分子量、原水基質(zhì)濃度。在運行壓力0.12MPa、回收率90%、運行周期18min、交替“運行-反洗”方式的條件下，考察回收率對膜滲透通量和去除COD的影響，如表9所示。膜滲透通量隨著回收率增加而逐漸減小，而COD去除率卻呈現(xiàn)先升后降的趨勢。當(dāng)回收率為83%時，出水COD降低至109.39mg/L，COD去除率達到最大值(75.85%)，綜合COD去除率達到96.07%，膜滲透通量也較大，達到351.21L/(m2?h)。

　　2.4 藥劑成本及污泥產(chǎn)量分析

　　按處理量為15m3/h計，H2SO4、CaCl2(工業(yè)級)、MBF成本分別為0.12、0.92、1.28元/m3;超濾直接運行成本為0.49元/m3，其中電耗、清洗、膜芯成本分別為0.09、0.03、0.37元/m3。因此，微絮凝/超濾組合工藝運行成本累計為2.81元/m3，直接處理成本較低，具有一定的推廣前景。

　　污泥含水率以97.5%計，傳統(tǒng)生化法處理印染廢水的污泥產(chǎn)量約30～50kg/m3，鐵鹽或鋁鹽作為預(yù)處理的污泥產(chǎn)量約8.00～26.00kg/m3。微絮凝/超濾組合工藝中，加H2SO4溶液調(diào)節(jié)廢水pH至7左右時污泥產(chǎn)量約19.20kg/m3，MBF處理單元工藝產(chǎn)生污泥量約14.70kg/m3，合計污泥產(chǎn)量約33.90kg/m3，污泥產(chǎn)量介于傳統(tǒng)生物法和鐵鹽或鋁鹽絮凝處理工藝之間，但其污泥具有可生物降解、無毒性和無二次污染問題，可直接衛(wèi)生填埋處置，而鐵鹽、鋁鹽產(chǎn)生的污泥穩(wěn)定性較差、易溶出、不可生物降解。PAM作為絮凝劑還可能產(chǎn)生具有生物毒性的丙烯酰胺單體，對渣的存放場地存在一定生態(tài)風(fēng)險。

　　3、結(jié)論

　　(1)微絮凝的最佳運行條件為MBF∶CaCl21∶32、MBF投加量30mg/L、pH=7.5、絮凝時間20min。正交實驗表明，4種因素對微絮凝工藝的影響順序依次為MBF投加量>CaCl2投加量>pH>絮凝時間。添加MBF進行微絮凝預(yù)處理可顯著提高后續(xù)超濾工藝中膜滲透通量，而且對超濾膜的壽命影響小。

　　(2)超濾的最佳運行條件為運行壓力0.12MPa、運行周期18min、回收率83%、交替“運行―反洗”方式。

　　(3)在微絮凝/超濾組合工藝最佳運行條件下，實際印染廢水中COD由2782.50mg/L降低至109.39mg/L，綜合COD去除率達到96.07%。(來源：廈門紫金礦冶技術(shù)有限公司，紫金礦業(yè)集團股份有限公司)