【集萃网观察】O 前言

    随着排放标准日趋严格和水费不断上涨，人们越来越关注印染废水的深度处理和回用。在废水处理中，膜技术因出水水质可靠、操作方式简便等特点引起了水处理界的广泛重视。随着技术的进步，膜分离技术的不断开发成为未来废水深度处理的重要方向。但另一方面，膜组件价格昂贵以及膜污染造成的通量衰减等问题，严重阻碍了膜技术的推广应用。

    为了解决以上问题，国内外进行了多方面的研究，发现动态膜(Dynamic membrane)技术是其中较有特色且效果较好的一种方法。它可以通过采用大孔径(相对于超滤)的材料来制作膜组件，在过滤之前先用预涂剂(如硅藻土、高岭土、MnO2)或者微生物及其代谢产物在膜材料表面形成动态膜，以使其过滤孔径变小而截留能力增强，并降低膜组件的造价和防止膜污染。除了选择和制备合适的动态膜及控制操作条件外，对废水进行预处理也是减缓膜污染的重要途径之一。因此，若将混凝和膜过滤相结合，充分发挥两者的优势，能提高固液分离效果和分离速率，节约处理时间，降低投资成本，具有广阔的发展前景。

    对用于漂白、染色的回用洗涤水而言，为了不带入一定的铁盐(实用要求铁含量小于0．1 mg／L)，避免纤维布匹产生斑点以及染色不鲜艳等，在选择混凝剂时，应选用铝盐。在处理的各个环节上也要防止铁盐的进入，以保证印染用水指标要求。

    本试验首先研究不同铝盐混凝剂对印染废水二级出水中COD的去除效果，确定混凝剂投加量的范围，在此基础上，进一步考察混凝与动态膜结合对印染废水二级出水的处理效果。

    1 试验部分

    1．1试验水质

    试验用水为配制的印染废水，经厌氧一生物接触氧化．沉淀的二级出水，浊度16～20 NTU，色度8～16倍，COD cr 90～100 mg／L，pH值6～7。

    1．2药品、仪器及方法

    混凝剂硫酸铝，聚合氯化铝，高岭土(山西恒源高岭土有限公司，6 000目)

    仪器DBJ-621型六联定时变速搅拌机

    陶瓷膜管仅．α-Al203;内径9cm,外径13cm,长度38.5 cm，平均孔径2μm(广东省佛山市陶瓷研究所)

    HACHDR2010测试仪(美国哈希公司)，SGZ-1A数显浊度仪(上海悦丰仪器仪表有限公司)

    试验方法

    (1)取废水样于1 L大烧杯中，加入混凝剂后，在搅拌机上快速搅拌1 min，转速为300 r／min，再中速搅拌4 min，转速为200 r／min，最后慢速搅拌5 min，转速50 r／min。静置沉淀30 min，取出上清液分析。

    (2)在陶瓷膜管上涂高岭土动态膜，涂膜浓度为1．5g/L，涂膜时间30 min，跨膜压差0．1 MPa，错流速度1．5 m／s。根据步骤(1)确定的混凝剂投加量范围，向印染废水二级出水中投加混凝剂，沉淀30 min，取上清液进行动态膜过滤，操作压力为0．1 MPa，错流速度为1．5 m／s，考察渗透通量和COD去除率的变化。

    (3)按照相同混凝剂投量范围和运行条件，不沉淀直接过滤，考察渗透通量和COD去除率的变化。

    1．3分析方法

    色度稀释倍数法

    2 结果与讨论

    2.1单投混凝剂对COD去除率的影响

    药剂质量浓度／mg·L-1

    图1 混凝剂投加量对COD去除率的影响 由图1可知，随着聚合氯化铝投加量的增大，COD去除率先增大后减小，且增减都很明显。这可能是因为当浓度超过聚合物混凝剂的最佳投量后，电解质的反离子进入胶粒的紧密层，使胶粒重新带电，ζ电势变大，颗粒重新处于稳定分散状态，即出现胶体再稳现象，导致COD去除率下降。随着硫酸铝投量的增大，COD去除率逐渐增大并出现最大值，随后继续增大投量，COD去除率略有减小。对比聚合氯化铝与硫酸铝的最佳去除效果，两者相差不大，但硫酸铝的最佳用量为90 mg／L，是聚合氯化铝(50 mg／L)的1．8倍。这是由于聚合氯化铝在一定条件下预先被制成了最优形态，投入水中后可发挥优良的混凝作用。

    2.2混凝-动态膜深度处理印染废水

    2．2．1不同过滤方式对渗透通量的影响

    前期试验发现，动态膜工艺对废水色度、浊度的去除效果都较好，出水色度无色，浊度<1 NTU，处理效果稳定，因此，COD去除率成为水质的主要考察指标。在分体式、一体式过滤方式中，聚合氯化铝和硫酸铝的用量对膜的渗透通量的影响见图2—5。

    图2分体式中聚合氯化铝用量对渗透通量的影响 图3 一体式中聚合氯化铝用量对渗透通量的影响

    图4分体式中硫酸铝用量对渗透通量的影响 图5 一体式中硫酸铝用量对渗透通量的影响

    由图2—5知，使用聚合氯化铝和硫酸铝膜的渗透通量变化趋势是相同的。即随着混凝剂用量的增大，通量的衰减速度逐渐变缓，且过滤时间为120min时，膜的通量都是随着混凝剂用量的增加而增大，但不是均匀增加。从这些图中可以看出，采用分体式过滤膜的渗透通量衰减速度明显比一体式缓慢。从通量衰减的过程来看，随着混凝剂用量的增加，一体式过滤方式中已经不会出现渗透通量先急剧下降，再逐渐趋于缓慢的过程。特别是用硫酸铝作为混凝剂，渗透通量是按一定速度均匀、缓慢地衰减，即衰减曲线的拐点逐渐模糊，衰减曲线逐渐过渡为平缓的直线。

    渗透通量随混凝剂用量增大而持续增大的原因，就分体式过滤方式而言，在混凝剂用量不足时，由于混凝剂去除了水中大部分的胶体颗粒，水中污染物质减少，使过滤饼层变薄，过滤阻力减小而导致通量增大；混凝剂投加量过量时，可以从离子强度的变化和pH值的变化来解释。高岭土表面的ζ电位呈负值，且随着pH值的减小；ζ电位负值减小。随着混凝剂投量的增加，三价铝盐在水解聚合物的产生过程中会不断产生H+，使废水的pH值下降；另一方面，水中离子强度也逐渐增大，这些都致使高岭土动态膜表面的ζ电位负值减小、双电层变薄，从而引起动态膜的表观粘度下降，导致渗透通量继续增大。对一体式过滤方式来说，由于混凝沉淀后没有过滤，絮体在动态膜上形成一层较为疏松的滤饼层，其阻力比分体式过滤形成的滤饼层阻力大，因此渗透通量比分体式小。

    在两种过滤方式中，以硫酸铝作为混凝剂时，膜的渗透通量衰减速度都比使用聚合氯化铝缓慢。这是因为硫酸铝的用量比聚合氯化铝大，这就意味着前者水中离子浓度较高，因此渗透通量也较大。再者，投加聚合氯化铝后的颗粒表面ζ电位为12．113 mV，而投加硫酸铝后颗粒表面的ζ电位趋于零。胶体颗粒在溶液中本来带负电，投加聚合氯化铝能使颗粒表面电位减小且变正，这时颗粒与带负电位的膜表面之间的引力加强，导致膜通量降低；而加人硫酸铝后，颗粒表面的电位虽减小但不改变电性，仍带负电，因此与膜表面的吸附力较弱，通量也就比使用聚合氯化铝高。比较不同处理方法的渗透通量，分体式混凝一动态膜>一体式混凝-动态膜>动态膜过滤。

    2．2．2不同过滤方式对COD去除率的影响

    不同过滤方式中的混凝剂对COD去除率影响如图6～9所示。

    在分体式过滤中，随着聚合氯化铝用量增大，COD总去除率整体呈下降趋势。究其原因，当投加量增大但还没有过量时，废水中污染物质减少，导致凝胶层逐渐变薄，容易使小颗粒有机物质渗透过膜层；当聚合氯

    图6分体式中聚合氯化铝投加量对COD去除率的影响 图7一体式中聚合氯化铝投加量对COD去除率的影响

    图8分体式中硫酸铝投加量对COD去除率的影响

    图9 一体式中硫酸铝投加量对COD去除率的影响化铝的投量过量时，混凝的COD去除率逐渐下降，膜的截留能力有所提高，但总的去除效率还是偏低。说明投加混凝剂过量后，废水中污染物的性质和离子浓度都发生了改变，且这种改变不利于去除污染物质。对于硫酸铝，随着其用量增大，COD总去除率先增大后减小，但增大和减小的幅度都不大，这从一个侧面表明硫酸铝的适应范围较宽，即使水质变化较大，也有比较稳定的去除效果。

    通过比较发现，聚合氯化铝的COD的最好去除效率要比硫酸铝高，结合渗透通量进行综合比较，发现聚合氯化铝COD去除率与渗透通量增大成反比，即要保证较高的COD去除率，通量就较低；而硫酸铝投量为90 mg／L时，COD去除效果较好且渗透通量较大。

    在一体式过滤中，投加聚合氯化铝和硫酸铝对COD去除率的影响趋势相似，都是先增大后减小。COD去除率最高时，混凝剂投加量都已经过量，它们分别为60 mg／L和100 mg／L。其原因是，由于混凝后直接过滤，随着混凝剂投量增加，混凝作用将废水中的污染物质凝聚成大颗粒，同时由于吸附架桥作用，使有机小分子附着在大颗粒上而被动态膜截留住；但随着投加量进一步增大，胶体逐渐稳定，微小颗粒重新分散在废水中，使滤饼层变得较为疏松，微小的污染物质溶液渗透到膜另一侧，导致COD去除率下降。试验表明，运用直接过滤的方式，适当过量投加混凝剂有助于提高COD总去除率。综合比较渗透通量和COD去除率，发现最佳投量下聚合氯化铝与硫酸铝COD去除率相同，但使用硫酸铝的渗透通量更大，因此认为硫酸铝的效果更好。

    试验发现，与单独投加混凝剂的最佳投量比较，不论哪种过滤方式，单独投加混凝剂的最佳投量并不是混凝一动态膜过滤工艺的最佳投量。这是因为混凝剂投加量不同，使溶液的离子强度、pH值发生了变化，改变了分离的颗粒或大分子溶质的性质，造成动态膜与溶剂、颗粒和溶质之间的相互作用发生变化，从而影响动态膜的分离性能。

    表1 不同钋弹方法下的CoD去除率

    表1为不同处理方法下的COD去除率，可以看出，虽然分体式混凝一动态膜渗透通量最大，但COD去除率却比单独使用动态膜还低。这可能是因为经过混凝沉淀后，废水中污染物质，特别是胶体污染物质减少，导致无法形成较好的凝胶层，可溶性污染物质截留性能变差。采用一体式过滤方式，不管是渗透通量还是COD去除率都有所提高，因为混凝后直接过滤，滤饼层的性能得到改善，有助于提高渗透通量和截留性能。鉴此，企业可以根据实际情况选择过滤方式。就本试验进水水质而言，只有采用一体式过滤方式，其出水水质才能满足回用要求。

    3 结论

    印染废水组分十分复杂，不同的纤维所用染料不同，其染色工艺、整理工艺也不同，其水质相差极大。对于高浓度废水处理，从技术与经济综合考虑，达标很困难，或者达标率不稳定，要做到回用就更难。因此，纺织印染废水处理后回用，重点应放在低浓度的印染废水上。同时，企业在选择和设计回用方案时，应根据实际情况决定处理回用的水质和水量。根据上述试验，得出以下结论：

    (1)投加混凝剂能显著提高渗透通量，且分体式混凝-动态膜工艺的渗透通量比一体式混凝一动态膜工艺大33％左右，但后者的出水水质更好，COD去除率达57％左右，能满足回用水的要求。

    (2)在一体式混凝一动态膜工艺中，使用硫酸铝作为混凝剂，其与使用聚合氯化铝的COD去除率相同，但前者渗透通量更大，因此，硫酸铝作为混凝剂更好。

    (3)混凝一动态膜工艺的最佳投量不一定是单独投加混凝剂的最佳投量，对一体式混凝．动态膜工艺而言，适当过量地投加混凝剂，既能提高渗透通量又有利于提高COD去除率。

    来源: 印染在线  毛艳梅，奚旦立(东华大学环境科学与工程学院，上海200051)

该文章暂时没有评论！