印染废水深度处理中纳滤和反渗透工艺的比较

2.3膜对COD和盐的去除效果

纳滤和反渗透膜产水的COD和电导率，以及膜对COD和盐的去除率如图5、图6所示，膜对离子的截留率见图7所示。

由图5、图6可知，纳滤产水的COD和电导率都较高，这是由于废水中部分有机物和盐类的相对分子质量很小，如废水中一价离子Na+、Cl-、NO3-等，纳滤膜的筛分作用无法完全截留这部分小分子质量的有机物，对一价离子的截留率也较低，如图7中所示，NF-2#对NO3-去除率仅为3.9%，对Na+的去除率则有65%，NF-1#更是4种膜中对离子截留率最低的。两种纳滤膜对SO42-的去除率虽然略高一些，分别为71.7%和78%，但由于SO42-是印染废水中含量较多的离子之一，因此纳滤膜产水电导率还是较高。相比之下，由于反渗透膜是无孔膜，因此对有机物和离子的去除率都较高，产水COD可达5 mg/L以下，对离子的去除率在90%以上，其中BW30产水电导率稳定在38μS/cm，CPA2产水电导率稳定在63μS/cm，产水水质远超《城市污水再生利用工业用水水质标准》（GB 11923—2005）中的相关指标，接近工业用初级纯水指标。

由图5、图6还可知，纳滤产水COD和电导率随操作时间加长稍有增长，而COD去除率和脱盐率则有所下降，这主要是由于浓差极化使膜表面有机物和离子浓度远远大于主体溶液的浓度，这不仅减小了膜两侧的净推动力，也加快了溶质透过通量。溶质传递方程：

Js=B·ΔC（1）

式中：Js———溶质透过通量；

B———溶质渗透系数；

ΔC———膜两侧溶质浓度差。

由溶质传递方程可知，在相同操作条件下，B为常数，溶质透过通量与膜两侧浓度差成正比。因此浓差极化使膜表面溶质浓度增加，ΔC变大，故Js也变大。但随着凝胶层的形成，膜面有机物浓度不再变化，随着产水侧有机物和离子浓度的增加，ΔC趋向稳定，所以产水COD和电导率也趋于稳定。

2.4产水水质比较

表2为常温下纳滤（1.4 MPa）和反渗透（2.8 MPa）运行6 h后的产水水质。

由表2可知，反渗透产水COD和电导率均较低，水质指标远超回用标准。纳滤产水水质比反渗透差，产水COD>100 mg/L，对一价离子去除率较低。但是，纳滤在低压下即可获得较大的通量，且运行费用低，低压下对Mg2+、Ca2+等工业循环回用水中最关注离子的去除率与高压下反渗透的去除率相当，在废水资源化利用方面潜力很大，这也是目前国内外基础和应用研究中一直青睐纳滤的主要原因。

2.5工艺放大及经济性分析

综合以上分析，纳滤和反渗透在废水资源化利用领域具有较好的实用价值，与常规工艺相比，纳滤与反渗透的脱盐功能对提高废水水质、增强生物法处理的效果、防止管道腐蚀等具有重要作用。根据本实验数据及以往相关工程类比，工业放大阶段以产水10 t/h计算，反渗透工程直接投资费用约15~20万元，纳滤投资费用一般为反渗透投资费用的80%，大约为12~16万元。运行费用中，反渗透过程电耗以0.5元/m3计，由于废水资源化项目膜耗较大，预计膜寿命为2 a，膜耗以0.52元/m3计，反渗透所用药剂及操作人工费合计约0.5元/m3；纳滤操作压力比反渗透小，因此电耗比反渗透小，以0.4元/m3计，纳滤膜耐污染性比反渗透强，使用寿命长，以3 a计，且产水量比反渗透大，使用膜数量可适当减少，但目前市场纳滤膜价格比反渗透稍贵，经计算纳滤膜耗预计在0.33元/m3左右，纳滤所用药剂及操作人工费合计约0.5元/m3。综上所述，纳滤与反渗透运行费用分别为1.23元/m3和1.52元/m3。整个系统折旧以10 a计算，折旧费用约0.3元/m3，因此，反渗透和纳滤的废水回用处理成本分别约1.82元/m3和1.53元/m3，加上常规废水生化处理的费用约1.35元/m3，总成本与目前企业自来水价格（3.5元/m3）相比，反渗透和纳滤技术仍有一定的优势。由于我国水资源的严重紧缺，随着水费不断上涨、废水减排的压力日益增大，膜工艺过程的优势必将越来越明显。

3·结论

实验采用两种纳滤膜和两种反渗透膜处理印染厂生物法处理后的出水，考察了纳滤和反渗透两种过程对印染废水资源化回收利用的可行性。结果表明，反渗透对印染废水深度处理效果比较明显，废水COD去除率达到99%以上，两种反渗透膜对废水脱盐率基本在98%~99%之间，产水水质超过回用标准。纳滤过程产水水质低于反渗透，主要是由于废水中一价离子和小分子物质含量较高，而纳滤膜对其去除率较低，因此实验中所用的两种纳滤膜NF-1#和NF-2#对废水COD去除率分别为30%~50%和47%~53%，对废水脱盐率分别为25%~39%和46%~53%。鉴于纳滤操作压力低，且产水通量大、运行费用低、低压下即可对Mg2+、Ca2+等工业循环回用水中最关注离子达到与反渗透一样的去除率等优点，纳滤在废水资源化回收利用方面具有其独特的优势。对反渗透和纳滤过程的成本分析表明，膜工艺在印染废水节能减排、资源再生利用等方面将具有广阔的应用前景。