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環保工作的熱點。本文采用雙膜法（MBR+RO），即膜生物反應器（MBR）與反滲透（RO）膜集成技術對印染廢水進行深度處理回用。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，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,該工藝為印染行業節能減排處理提供了新思路。整個工藝具有處理效率高、出水水質穩定、占地面積小、運行管理方便的特點，在印染廢水處理領域具有廣闊的應用前景。
關鍵詞：中水回用 膜集成技術 砼式PVDF 中空纖維復合膜
1 引言
我國印染行業發展迅速，企業的需水量和排水量也大幅增加。隨著印染行業各種合成染料、助劑的大量使用，未經過科學處理的廢水對環境造成巨大沖擊。這些廢水具有水量大、分布面廣、有機毒物含量高、水質不穩定、難以降解、成分復雜等特點，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。傳統的處理技術普遍存在成本高或二次污染的特點。如何開發經濟有效的處理印染廢水新技術已經成為環保行業和科學研究的熱點和焦點。
為了貫徹落實高污染、高能耗行業深化整治與促進提升政策，浙江省環保廳與浙江省經信委于2012年7月聯合出臺了《浙江省印染行業淘汰落后整治提升方案》，規定2014年6月底前，列入淘汰關停范圍的企業、生產線全部淘汰關停到位；對其他所有不符合整治標準的企業全面實施限期整改。鼓勵印染企業加強技術改造，提高裝備水平，積極推廣印染廢水膜處理等先進技術，促進印染廢水深度處理及中水回用技術應用。對印染廢水進行清污分流，對染色殘液及初次漂洗水進行達標排放處理。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處理，處理后的再生水回用于生產。
與此同時，為了減少印染行業水污染問題，國家環境保護部2012年10月發布了《紡織染整工業水污染物排放標準》(GB 4287-2012)，規定了從
2 雙膜法（MBR與RO膜集成技術）處理印染廢水技術實例分析
2.1 傳統砂濾+柱式超濾+反滲透工藝
廢水通過砂濾作為預處理，之后進入柱式超濾與RO膜集成裝置。砂濾預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。該工藝的主要優缺點如下：
優點：
1、出水水質好；
2、清洗維護方便；
3、總體投資較小；
缺點：
1、要求生化出水穩定，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—生物反應器工藝通過膜分離技術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之一。采用MBR技術與RO膜集成的關鍵是如何保證MBR的產水穩定，且達到RO膜的進水要求。MBR在運行過程中，采用大流量持續曝氣的方式，對中空纖維膜絲進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穩定將直接關系到后續反滲透的正常運行。實際工程中，往往由于中空纖維膜由于膜絲強度不足，在劇烈的氣液沖刷過程中，出現斷絲現象，從而造成反滲透進水SDI超標，進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發的砼式PVDF中空纖維復合膜，膜絲的強度是通PVDF的8倍，更耐沖洗，膜絲在運行過程中斷絲率低，出水水質穩定。
優點：
1、出水水質好；
2、抗原水波動能力強，適應范圍廣；
3、MBR能進一步降低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、工藝路線短，占地面積小；
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(3000T/D)中水特點和回用要求，設計了雙膜法（MBR與RO膜集成技術）工藝流程。原水經混凝沉淀、水解酸化、好氧等前處理后進入MBR池，MBR出水少部分作為系統反洗用水，其余進入反滲透系統處理。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
表1 雙膜法進出水質指標
項 目 | 單 位 | 進水水質 | 出水水質 |
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
將傳統生化處理工藝與高效的膜分離技術相結合，通常出水水質都能滿足使用要求。在實際工藝設計時，充分考慮水質特點，以雙膜工藝為核心，有針對性的采用必須的處理工藝，在保證系統正常運行的情況下提供達標的工藝用水。與此同時，還要有效解決膜污染問題，保持膜通量的基礎上降低運行和維護成本，以及自動化程度的提高。根據印染廢水的特點和試驗研究，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水中的顆粒物質與膠體物質，將截留的不溶性有機物水解為可溶性物質，將難生物降解的物質轉化為易于生物降解的物質。靠水解產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。經過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行有氧呼吸，把有機物分解成無機物，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，一部分隨著泥水混合液進入MBR池作進一步降解。
2.5.2 .1 MBR系統技術指標
表2 MBR系統技術指標
MBR系統參數 | 沖刷曝氣量 （Nm3/m2.h） | MBR池污泥濃度mg/L |
技術指標 | 0.2~0.3 | 3000~10000 |
MBR技術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題。其主要工藝特點如下：（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，實現反應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，易于實現自動控制，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器的應
在MBR系統中采用的是我公司獨立開發的砼式PVDF中空纖維復合膜，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，使之成為獨立又協同合作的有機整體。膜結構類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阻力及吸附污染問題，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題得到很好解決。
MBR工藝具有占地面積小、出水水質好、自動化程度高等特點。采用高污染環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，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，透過液（超濾產水）從中空纖維內部透過膜壁往外沖洗，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鍵是反滲透技術，本公司根據多年膜應用的經驗，選擇的反滲透膜具有較高的透過速度和脫鹽性能。該系統采用的反滲透膜元件，具有脫鹽率高、透過速度快、機械強度好、抗污染性能好等特點，其優點在于：
1）該種膜元件通過增加膜袋的片數，縮短進水流道的長度，增大進水隔網的寬度，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）通過對膜材料的改進，創造了具有優異的化學物理穩定性、耐久性、以及高產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現自動控制，能有效防止膜污染；另外還設置清洗池和加藥系統，既方便進行定期的在線化學清洗，也可在膜污染較嚴重時開展離線化學清洗。控制系統采用“上位機+PLC”模式。整套系統自動化程度高，操作簡便，可做到無人值守，同時該系統設有遠程傳送系統，在我公司可監控到現場的實際運行工況，及時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常規藥劑如NaClO、HCl、NaOH等，另一方面結合實際運行狀況采用合理的藥劑用量，降低藥劑成本；電費占系統運行成本的比例較大，主要集中在風機和水泵的運行上；完善的預處理以及多項膜污染控制措施，可有效延長膜的使用壽命，降低更換周期，減少膜的更換成本；系統實現自動控制，1～2人就可以管理整個系統，節約了人工費；開展良好的運行管理模式定期對設備進行檢查和保養，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，反滲透膜系統主要脫除廢水中的鹽分和小分子,為印染行業節能減排處理提供了新思路。整個工藝具有處理效率高、出水水質穩定、占地面積小、運行管理方便的特點，在印染廢水處理領域具有廣闊的應用前景。
參考文獻：
[1]彭曉文,楊迎新.膜分離技術在印染廢水處理中的應用(J).江西化工.2003,(1):21-23.
[2]高廷耀,顧國維.水污染控制工程〔M〕.北京:高等教育出版社.1999.
[3]崔正國,王修林,單寶田,膜生物反應器在工業廢水處理中的研究及應用[J].水處理技術,2005,31(5):7.
[4]楊志清. 21世紀水資源展望[J].水資源保護, 2004,20 (4): 66 - 68.
[5]王振東,李瓊,段曉宏.印染行業的環境污染與清潔生產[ J ]. 環境保護, 2001, (9) : 33 - 34 .
[6]戴日成,張統,郭茜等.印染廢水水質特征及處理技術綜述[ J ].給水排水, 2000 , 26 (10) : 33 - 34 .
[7]王喜愛.印染廢水的治理及清潔生產[ J].中國測試技術, 2004 , 30 (4) : 75 - 76.
[8]周中年,趙毅紅,朱稹林.清潔生產工藝及應用實例[M].北京:化學工業出版社, 2001.
[9]金晶,汪永輝;印染廢水深度處理回用技術[J];中國資源綜合利用;2005年08期.