選擇UF/RO雙膜法，以印染廢水厭氧/好氧(A/O)工藝的二沉池出水為研究對象，進(jìn)行膜工藝參數(shù)優(yōu)化和污染物去除研究，旨在為膜設(shè)備在印染行業(yè)的應(yīng)用與推廣提供借鑒與參考。
1、材料與方法
1.1 材料
超濾膜，聚偏氟乙烯(PVDF)材質(zhì)，1.2m3•h-1，BW400-FR反滲透膜，美國陶氏(DOW)。
1.2 印染廢水
試驗用水系紹興某染整有限公司A/O工藝的二沉池出水。水質(zhì)指標(biāo)如下：溫度23~26℃，pH值6.8~9.5，色度32倍，濁度5.93NTU，全鹽量2.53×103mg•L-1，懸浮物(SS)含量12mg•L-1，化學(xué)需氧量(CODCr)219mg•L-1，總氮(TN)含量8.14mg•L-1，總磷(TP)含量0.383mg•L-1，氨氮含量2.79mg•L-1。
1.3 膜集成設(shè)備
膜系統(tǒng)集成在一個機(jī)架當(dāng)中，分為超濾系統(tǒng)和反滲透系統(tǒng)2個子體系。各子體系可以單獨運行，亦可同時連續(xù)運行。裝置處理量為2~5m3•d-1。
超濾膜的主要運行參數(shù)如下：進(jìn)水壓力，0.02~0.04MPa，產(chǎn)水壓力，0~0.02MPa，進(jìn)水流量，1.2m3•h-1，產(chǎn)水流量，1.1m3•h-1，反沖壓力，0~0.04MPa，反沖流量，1.5m3•h-1。
反滲透膜的主要運行參數(shù)如下：進(jìn)水壓力，0.99~1.05MPa，濃水壓力，0.94~1.01MPa，循環(huán)流量，0.85~1.10m3•h-1，產(chǎn)水流量，0.012~0.264m3•h-1，產(chǎn)水TDS(總?cè)芙庑怨腆w物質(zhì))，6.39mg•L-1。
2、結(jié)果與分析
2.1 膜集成設(shè)備通量變化
為了了解膜集成設(shè)備的通量變化，在運行初期監(jiān)測膜通量隨運行壓力的變化，結(jié)果如圖1所示?？梢钥闯?，膜通量隨運行壓力的增加而變大，但考慮到對膜的損傷，以及對膜污染、膜生產(chǎn)參數(shù)、脫鹽率等的影響，最終確定運行壓力為1MPa，此時膜系統(tǒng)的產(chǎn)水量為4.6m3•d-1，可滿足試驗設(shè)計。
2.2 膜集成設(shè)備的運行效果
2.2.1 電導(dǎo)率變化
如圖2所示，生化水的電導(dǎo)率為3.60~3.63mS•cm-1，UF產(chǎn)水的電導(dǎo)率為4.16~4.18mS•cm-1，RO產(chǎn)水的電導(dǎo)率為0.035~0.037mS•cm-1。UF產(chǎn)水的電導(dǎo)率高于生化水電導(dǎo)率。這可能與超濾膜系統(tǒng)前端利用加藥系統(tǒng)投加了NaClO藥劑，但超濾膜系統(tǒng)對NaClO并沒有攔截能力有關(guān)。RO系統(tǒng)對生化水電導(dǎo)率的去除率平均達(dá)99.0%以上。
2.2.2 色度變化
如圖3所示，生化水的顏色為棕色，色度30~34倍，UF產(chǎn)水的色度為13~16倍，RO產(chǎn)水的色度在46.7%~56.7%，RO工藝對色度的去除率在96.9%~97.7%。超濾膜的截留分子量在10萬u，而色素分子量較小，極易通過超濾膜。RO系統(tǒng)對色度有比較穩(wěn)定、明顯的去除效果。這是因為反滲透膜具有致密的結(jié)構(gòu)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，能夠高效截留色素分子。
2.2.3 濁度變化
如圖4所示，生化水的濁度為5.86~5.95NTU，UF產(chǎn)水的濁度為0.58~0.60NTU，RO產(chǎn)水的濁度為0.20~0.22NTU。UF工藝對濁度的去除率為90.1%，RO工藝對濁度的去除率為96.5%。在雙膜法處理過程中引進(jìn)超濾技術(shù)，其關(guān)鍵作用體現(xiàn)在可以截留絕大部分的非溶解性雜質(zhì)，為反滲透的常規(guī)可靠運行打下良好基礎(chǔ)。本設(shè)備超濾系統(tǒng)在運行過程中濁度維持在0.60NTU以下，可滿足反滲透進(jìn)水對濁度的要求。
2.2.4 SS含量變化
如圖5所示，生化水的SS含量為10~12mg•L-1，UF產(chǎn)水的SS含量為1.0~1.2mg•L-1，RO產(chǎn)水的SS含量為0.12~0.15mg•L-1。UF工藝對SS的去除率在89.0%~91.7%，超濾主要能截留0.05~0.2μm的顆粒和雜質(zhì)，有效阻擋膠體、蛋白質(zhì)、微生物和大分子有機(jī)物。RO工藝對SS的去除率在98.6%~99.0%。
2.2.5 COD變化
如圖6所示，生化水的CODCr為210~230mg•L-1，UF產(chǎn)水的CODCr為200~207mg•L-1，RO產(chǎn)水的CODCr為18~23mg•L-1。UF工藝對CODCr的去除率在4.8%~10.4%，RO工藝對CODCr的去除率在89.5%~91.4%。本系統(tǒng)中UF對COD的截留作用不太理想，但反滲透膜可截留納米級、相對分子質(zhì)量僅數(shù)百的顆粒，去除廢水中的小分子溶解性CODCr，從而使得系統(tǒng)對CODCr的總?cè)コ蔬_(dá)到90%左右，產(chǎn)水COD始終保持穩(wěn)定，保證了產(chǎn)水水質(zhì)。
2.2.6 TN含量變化
如圖7所示，生化水的TN含量為7.96~8.05mg•L-1，UF產(chǎn)水的TN含量為5.25~5.50mg•L-1，RO產(chǎn)水的TN含量為4.60~4.65mg•L-1。UF工藝對TN的去除率在31.4%~34.5%，RO工藝對TN的去除率在41.9%~43.9%。
2.2.7 氨氮含量變化
如圖8所示，生化水的氨氮含量為2.75~2.80mg•L-1，UF產(chǎn)水的氨氮含量為0.61~0.68mg•L-1，RO產(chǎn)水的氨氮含量為0.32~0.37mg•L-1。UF工藝對氨氮的去除率在75.5%~78.1%，RO工藝對氨氮的去除率在86.6%~89.2%。本研究中所用的超濾系統(tǒng)對氨氮這樣的小分子在理論上是沒有截留效果的，推測氨氮可能是與懸浮物一起被超濾膜去除，具體的機(jī)理有待進(jìn)一步研究。
2.2.8 TP含量變化
如圖9所示，生化水的TP含量為0.35~0.38mg•L-1，UF產(chǎn)水的TP含量為0.23~0.28mg•L-1，RO產(chǎn)水的TP含量為0.11~0.15mg•L-1。UF工藝對TP的去除率在26.3%~39.5%，RO工藝對TP的去除率在63.2%~71.1%。
2.2.9 鹽分含量變化
如圖10所示，生化水的鹽分含量為2.53~2.56g•L-1，UF產(chǎn)水的鹽分含量為2.97~3.00g•L-1，RO產(chǎn)水的鹽分含量為0.025~0.028g•L-1。UF產(chǎn)水的鹽分含量高于生化水，與電導(dǎo)率的變化趨勢基本相同。這是因為超濾膜系統(tǒng)前端利用加藥系統(tǒng)投加了NaClO藥劑，但超濾膜系統(tǒng)對NaClO沒有攔截能力，氯酸鈉發(fā)生反應(yīng)后生成了氯化鈉。在整個運行周期內(nèi)，RO系統(tǒng)的脫鹽率基本維持穩(wěn)定，平均脫鹽率達(dá)99.0%。脫鹽率、產(chǎn)水量與跨膜壓差是常用的評價RO工藝運行性能的主要指標(biāo)。本試驗中，RO膜元件基本完整，未出現(xiàn)破損現(xiàn)象。脫鹽率與RO膜污堵程度不直接相關(guān)，這與Tan等的研究結(jié)果一致。
2.3 膜設(shè)備運行成本
該中試設(shè)備在運行過程中每天設(shè)備耗電24kW•h，按每天處理量4.6m3、電費0.70元•(kW•h)-1計，折合處理費用為3.6元•m-3。膜組件殺菌選用NaClO溶液，酸洗選用藥劑為檸檬酸，膜組件清洗費為0.2元•m-3。以設(shè)備使用年限10a、膜更換周期3~5a計，折合設(shè)備成本為0.5元•m-3。總運行成本4.3元•m-3。
3、小結(jié)
選擇UF/RO雙膜法集成膜設(shè)備，針對印染廢水A/O工藝的二沉池出水，進(jìn)行了膜工藝參數(shù)優(yōu)化和污染物去除研究。裝置處理量為4.6m3•d-1，總運行成本為4.3元•m-3。超濾+反滲透系統(tǒng)對電導(dǎo)率的平均去除率為99.0%，對色度的平均去除率為97.2%，對濁度的平均去除率為96.5%，對SS的平均去除率為98.8%，對CODCr的平均去除率為90.3%，對TN的平均去除率為42.6%，對氨氮的平均去除率為87.5%，對TP的平均去除率為65.0%，平均脫鹽率為99.0%。各項水質(zhì)分析結(jié)果均滿足GB4287—2012《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和GB/T19923—2005《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》的限量要求。
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