印染废水深度处理中纳滤和反渗透工艺的比较

采用纳滤和反渗透两种膜工艺对印染厂处理出水进行深度处理，以达到废水减排、再生回用的目的，主要考察膜性能、处理效果及经济性等方面的状况。结果表明，在性能方面，与反渗透膜相比，纳滤膜在较低压力下即可获得较高的通量，NF-2#膜的抗污染性能较强；在处理效果方面，与反渗透膜相比，纳滤膜产水水质稍差，NF-1#和NF-2#产水COD分别为150~180 mg/L和120~130 mg/L，产水电导率分别为2 900~3 200μS/cm和2 000~2 300μS/cm。反渗透产水水质较好，COD可达到5 mg/L以下，BW30和CPA2的产水电导率分别稳定在38μS/cm和63μS/cm。虽然对一价离子的去除率差异较大，但两种膜工艺对Mg2+、Ca2+等工业循环回用水中最关注离子的去除率相当。在经济性方面，反渗透和纳滤处理成本分别为1.82元/m3和1.53元/m3。膜工艺的经济优势相当明显。

关键词：纳滤；反渗透；印染废水；回用

印染行业废水排放量大，且随着水费不断上涨、废水减排的压力日益增大，废水回用技术将被逐渐推广，膜技术的应用越来越广泛。纳滤和反渗透技术不仅能去除大部分有机物，降低COD，而且具有很好的脱盐效果。除COD、脱色、脱盐能在一步完成〔1〕，得到较高品质的出水，使其能回用于印染环节，同时浓水回流至上一处理工序，实现废水零排放〔2〕。C.Allegre等〔3〕利用纳滤对染料废水脱盐处理，产水能直接回用于生产过程中，使生产过程每年可节省78 300欧元。N.M.H.ElDefrawy等〔4〕针对不同印染工序废水水质，采用不同工艺处理废水，把生物法、纳滤和反渗透技术有效结合，既能回收部分废水，又使排放的废水达到排放标准，整个过程处理成本仅为0.1元/m3。

1·实验部分

1.1废水水质

实验所用印染废水为浙江某市印染厂实际废水，废水水质如表1所示。

未经处理前，废水COD达到1 900 mg/L，经过生物法处理后，出水COD仍有250 mg/L，未达到我国《纺织染整工业水污染物排放标准》（GB 4287—1992）一级排放标准。本实验拟将生物法处理后的出水用膜法进行深度处理后，进一步回用于印染生产过程之中。

1.2实验装置及流程

实验装置采用自制板框式NF/RO装置，单板膜面积为40 cm2，三段串联而成，实验流程见图1。

原水通过精密过滤器预处理，经高压柱塞泵加压后，经过压力平衡器稳压，进入膜槽。所有膜使用前在去离子水中浸泡24 h，使膜孔内充满液体。膜片装入膜框后，用去离子水在1.4 MPa（纳滤）或2.8 MPa（反渗透）下预压5~10 min，直到通量稳定后连续运行。

1.3实验材料

实验中采用的反渗透膜为陶氏（Filmtec）公司的BW30和海德能（Hydranautics）公司的CPA2两种；纳滤膜采用NF-1#（美国Osmonics公司的DL-NF复合膜）和NF-2#（国产自制的混合纤维素膜）。

1.4分析方法

电导率采用雷磁DDS-ⅡA型电导率仪测定，浊度根据GB 13200—1991标准分光光度法测定，COD用重铬酸钾国标法测定，阴离子采用瑞士万通861 Compact IC型自动进样离子色谱仪测定，阳离子浓度采用美国热电ICP测定膜对离子的去除率：

R=（1-Cp/Cf）×100%

式中：Cp———透过液组分浓度；

Cf———原水组分浓度。

2·实验结果与讨论

2.1膜的纯水通量

由于印染废水的组成比较复杂，因而在用膜技术处理印染废水时，应针对不同印染废水选择材料、结构和性能合适的膜。膜材质的选择主要考虑废水的pH和染料的种类及盐含量。另外膜的选择必须确保膜对印染废水中色度和COD的有效去除，以达到一定的处理要求。采用膜的纯水通量来考察膜的本征特性。纳滤和反渗透过程采用的压力范围分别为0.6~2.2 MPa和1.8~3.2 MPa，它们的纯水通量如图2所示。

由图2可知，纳滤膜的通量均大于反渗透膜。其中NF-1#膜的通量最大，通量随压力增长也最快。NF-2#膜与CPA2反渗透膜通量比较接近，说明NF-2#膜是比较致密的纳滤膜。BW30膜通量最小，且随压力增长最为缓慢，表明两种反渗透膜中，BW30膜结构要较CPA2膜更为致密。

2.2膜通量的衰减

由于印染废水中含有大量有机物，这些有机物质会通过膜表面吸附、膜孔内吸附等使膜孔堵塞，当浓差极化严重时，有机物质就会析出附着在膜表面，形成凝胶层。膜孔堵塞及凝胶层的产生会导致膜污染的形成，从而使膜通量急剧下降。下降后的膜通量以J表示，J0为膜初始通量，J/J0随时间变化的关系如图3所示。

由图3可知，4种膜通量在某一运行周期的初始阶段急剧下降，后来逐渐趋于平缓，这主要是由于在压力作用下，浓差极化在初始时刻即形成，废水渗透压增加导致膜两侧净推动力减小；而在后期运行中，通量仍有所下降，这主要是由于浓差极化的存在使凝胶层逐渐形成，且不断被压实所致，另外，膜孔堵塞也是后期膜通量下降的重要原因。

图4为NF-1#膜和BW30膜表面的电镜图。

由图4可知，有机物析出所形成的凝胶层已覆盖了膜面，成为膜通量下降的主要原因。由于反渗透过程操作压力为2.8 MPa，大于纳滤过程操作压力（1.4 MPa），并且反渗透膜较纳滤膜更致密，因而反渗透膜对有机物以及盐类小分子物质的去除效果更明显，同时也使得反渗透过程的浓差极化更严重，凝胶层在高压下变得更加致密，极大地增加了凝胶层阻力。

从图3还可看出，无论反渗透还是纳滤，结构更致密的膜通量下降的程度较结构疏松的膜要小得多，说明小分子量物质对膜孔的堵塞可能是造成膜污染的一个重要因素。如6 h后，具有较大膜孔径的NF-1#膜通量为初始通量的0.45，比反渗透膜的通量下降幅度还大，而相对致密的NF-2#膜通量稳定性则要好得多。对两种反渗透膜来说，其结果比较也是一样，即BW30比CPA2膜通量稳定。