双膜法（MBR+RO）在印染废水中的应用

摘要：膜法深度处理回用印染废水已成为近年来环保工作的热点。本文采用双膜法（MBR+RO），即膜生物反应器（MBR）与反渗透（RO）膜集成技术对印染废水进行深度处理回用。其中MBR系统采用砼式PVDF中空纤维复合膜，抗污染性强，强度高，使用寿命长，为后续反渗透的运行提供了有力保障；反渗透膜系统主要脱除废水中的盐分和小分子,该工艺为印染行业节能减排处理提供了新思路。整个工艺具有处理效率高、出水水质稳定、占地面积小、运行管理方便的特点，在印染废水处理领域具有广阔的应用前景。

关键词：中水回用  膜集成技术  砼式PVDF  中空纤维复合膜

1 引言

我国印染行业发展迅速，企业的需水量和排水量也大幅增加。随着印染行业各种合成染料、助剂的大量使用，未经过科学处理的废水对环境造成巨大冲击。这些废水具有水量大、分布面广、有机毒物含量高、水质不稳定、难以降解、成分复杂等特点，废水中的染料能够吸收光线，降低水体的透明度，危害水生生物。同时，染料品种的变化以及化学浆料的大量使用造成了印染废水有机毒物含量高（COD_Cr一般为1200_～1400mg/L,有的高达2000 mg/L），含盐量高，色度高，可生化性差等特点。传统的处理技术普遍存在成本高或二次污染的特点。如何开发经济有效的处理印染废水新技术已经成为环保行业和科学研究的热点和焦点。

为了贯彻落实高污染、高能耗行业深化整治与促进提升政策，浙江省环保厅与浙江省经信委于2012年7月联合出台了《浙江省印染行业淘汰落后整治提升方案》，规定2014年6月底前，列入淘汰关停范围的企业、生产线全部淘汰关停到位；对其他所有不符合整治标准的企业全面实施限期整改。鼓励印染企业加强技术改造，提高装备水平，积极推广印染废水膜处理等先进技术，促进印染废水深度处理及中水回用技术应用。对印染废水进行清污分流，对染色残液及初次漂洗水进行达标排放处理。对污水、废水采用投药沉淀过滤、微生物处理以及膜过滤等技术处理，处理后的再生水回用于生产。

与此同时，为了减少印染行业水污染问题，国家环境保护部2012年10月发布了《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB 4287-2012)，规定了从2015年1月1日起，现有生产企业将实施更加严格的排放标准，直接排放废水化学需氧量需控制在80mg/l以下，间接排放废水化学需氧量需控制在200mg/l以下。从2013年1月1日起对于新建企业直接排放废水化学需氧量必须控制在80mg/l以下，间接排放的废水化学需氧量需要控制在200mg/l以下。可以看出，无论是国家层面还是地方政府都加大了印染行业废水整治力度，因此，研究开发出高效的膜法处理工艺迫在眉睫。

2 双膜法（MBR与RO膜集成技术）处理印染废水技术实例分析

2.1 传统砂滤+柱式超滤+反渗透工艺

废水通过砂滤作为预处理，之后进入柱式超滤与RO膜集成装置。砂滤预过滤主要目的是去除原水中的悬浮物、胶体、色度、浊度、大分子有机物等妨碍后续膜集成工艺系统正常连续稳定运行的污染物，防止划伤膜表面及尽量降低污物对超滤膜丝的污堵。由于有砂滤的作用，后续柱式超滤和反渗透的运行负荷相对较轻。该工艺的主要优缺点如下：

优点：

1、出水水质好；

2、清洗维护方便；

3、总体投资较小；

缺点：

1、要求生化出水稳定，抗波动能力差；

2、工艺路线长，占地面积大；

2.2 MBR与RO膜集成工艺

膜—生物反应器工艺通过膜分离技术大大强化了生物反应器的功能，是目前*有前途的废水处理新技术之一。采用MBR技术与RO膜集成的关键是如何保证MBR的产水稳定，且达到RO膜的进水要求。MBR在运行过程中，采用大流量持续曝气的方式，对中空纤维膜丝进行冲刷而达到降低膜表面污染物的目的，因此如何保证其出水水质稳定将直接关系到后续反渗透的正常运行。实际工程中，往往由于中空纤维膜由于膜丝强度不足，在剧烈的气液冲刷过程中，出现断丝现象，从而造成反渗透进水SDI超标，进而导致反渗透膜使用寿命降低。

在本项目中， MBR系统采用我公司独立开发的砼式PVDF中空纤维复合膜，膜丝的强度是通PVDF的8倍，更耐冲洗，膜丝在运行过程中断丝率低，出水水质稳定。

优点：

1、出水水质好；

2、抗原水波动能力强，适应范围广；

3、MBR能进一步降低COD，提高反渗透系统运行稳定性；

4、MBR工艺能降低30~50%污泥量；

5、能利用原有生化池、工艺路线短，占地面积小；

2.3  双膜法（MBR+RO）工艺流程及整体设计思路

结合绍兴某印染企业(3000T/D)中水特点和回用要求，设计了双膜法（MBR与RO膜集成技术）工艺流程。原水经混凝沉淀、水解酸化、好氧等前处理后进入MBR池，MBR出水少部分作为系统反洗用水，其余进入反渗透系统处理。其他配套设备包括：曝气设备、污泥处理系统、控制系统、MBR、反渗透膜清洗系统。

2.4 设计水质

表1 双膜法进出水质指标

2.5 双膜法工艺特点

将传统生化处理工艺与高效的膜分离技术相结合，通常出水水质都能满足使用要求。在实际工艺设计时，充分考虑水质特点，以双膜工艺为核心，有针对性的采用必须的处理工艺，在保证系统正常运行的情况下提供达标的工艺用水。与此同时，还要有效解决膜污染问题，保持膜通量的基础上降低运行和维护成本，以及自动化程度的提高。根据印染废水的特点和试验研究，我们选择了恰当的硬件设备，此外，我们对废水处理的工艺设计做了全面的优化，包括清洗药剂的选择、控制方式的确定、膜系统的设计、工艺参数的调整等工作。

2.5.1 前处理工艺特点

本项目采用混凝沉淀作为原水进膜前的第一道处理工艺，主要目的是去除原水中的悬浮物、胶体等妨碍后续工艺系统正常连续稳定运行的污染物，同时降低原水的浊度、色度等感官指标，减轻后续工艺的处理负荷，此外可以防止划伤膜表面及尽量降低污物对MBR膜片的污堵。

由于印染废水中含有大分子、难以降解的污染物，设置水解酸化池能截留吸附进水中的颗粒物质与胶体物质，将截留的不溶性有机物水解为可溶性物质，将难生物降解的物质转化为易于生物降解的物质。靠水解产酸菌的作用可以分解水中的大分子有机物，因此设置在混凝沉淀之后的水解酸化池可以提高印染废水的可生化性。在水解酸化池内，微生物只是对有机物进行吸收和吸附，而对有机物的降解主要是在氧化池及MBR池内完成的。经过水解酸化池之后的好氧池是本工艺降解有机物的重要处理工序，在好氧池中活性污泥进行有氧呼吸，把有机物分解成无机物，从而使废水中的污染物得到降解。由于后面设置了MBR池，污染物一部分在好氧池中被降解，一部分随着泥水混合液进入MBR池作进一步降解。

2.5.2 MBR系统工艺特点

2.5.2.1 MBR系统技术指标

                          表2  MBR系统技术指标

2.5.2.2 MBR系统工艺特点

MBR技术利用膜的高效固液分离作用，大大强化了生物反应器的功能，克服了污泥膨胀等问题。其主要工艺特点如下：（1）它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质截留住，省掉二沉池，减少了占地面积；(2)对污染物的去除率高，出水悬浮物含量很低，出水水质稳定； (3)避免了微生物的流失，与活性污泥法相比，可保持反应器中较高的污泥浓度，实现反应器水力停留时问和污泥泥龄的完全分离，提高了难降解有机物的降解效率；(4)生物反应器中的微生物浓度高，耐冲击负荷；(5)设备工艺集中，易于实现自动控制，操作管理方便；(6)使用过程中存在的膜污染问题，一定程度上制约了膜生物反应器的应

在MBR系统中采用的是我公司独立开发的砼式PVDF中空纤维复合膜，通过在纺制过程中加入合成纤维的方法，将膜的分离渗透功能与强度功能相互分离，使其分别由膜体本身和增强纤维承担，使之成为独立又协同合作的有机整体。膜结构类似于钢筋混凝土结构，PVDF相当于混凝土，增强纤维相当于钢筋，形成整体后物理拉伸强度取决于纤维的数量与强度，引入的单丝跟膜材料有一定的相溶性，且镶嵌在膜中的体积小，只占膜材料体积的3～5%，对成膜结构影响很小，因纤维裸露而引起的流动阻力及吸附污染问题，以及结合不够紧密而导致的脱落，影响其在工程中的应用等问题得到很好解决。

MBR工艺具有占地面积小、出水水质好、自动化程度高等特点。采用高污染环境下使用的抗污染超滤膜元件。具有高强度、耐压、耐酸碱、抗污染、使用寿命长，对胶体、悬浮颗粒、色度、浊度、细菌、大分子有机物具有良好的分离能力。反洗时，透过液（超滤产水）从中空纤维内部透过膜壁往外冲洗，膜孔距扩大把污染物冲出，恢复膜性能。

2.5.3 反渗透工艺特点

本方案中废水回用的关键是反渗透技术，本公司根据多年膜应用的经验，选择的反渗透膜具有较高的透过速度和脱盐性能。该系统采用的反渗透膜元件，具有脱盐率高、透过速度快、机械强度好、抗污染性能好等特点，其优点在于：

1）该种膜元件通过增加膜袋的片数，缩短进水流道的长度，增大进水隔网的宽度，不仅拥有更高的水通量，而且可以减少有机物及微生物在膜表面的吸附，具有更强的耐污染能力。

2）通过对膜材料的改进，创造了具有优异的化学物理稳定性、耐久性、以及高产水量和高脱盐性能的膜元件。

3）膜片表面更光滑、更耐污染，膜片的电荷性更适合于处理印染废水。

表3 反渗透系统运行工况

2.6 系统的智能化

工艺设计中配置了反洗系统并可实现自动控制，能有效防止膜污染；另外还设置清洗池和加药系统，既方便进行定期的在线化学清洗，也可在膜污染较严重时开展离线化学清洗。控制系统采用“上位机+PLC”模式。整套系统自动化程度高，操作简便，可做到无人值守，同时该系统设有远程传送系统，在我公司可监控到现场的实际运行工况，及时提出调整及建议事项。

2.7运行成本分析

运行成本主要包括：药剂费用、电费、膜更换费、人工费、设备维护费等。药剂费用一方面尽量采用市售的低价常规药剂如NaClO、HCl、NaOH等，另一方面结合实际运行状况采用合理的药剂用量，降低药剂成本；电费占系统运行成本的比例较大，主要集中在风机和水泵的运行上；完善的预处理以及多项膜污染控制措施，可有效延长膜的使用寿命，降低更换周期，减少膜的更换成本；系统实现自动控制，1～2人就可以管理整个系统，节约了人工费；开展良好的运行管理模式定期对设备进行检查和保养，可有效控制设备维护费用。

3 结论

本文介绍了采用双膜法（MBR+RO），即膜生物反应器（MBR）与反渗透（RO）膜集成技术在印染废水深度处理回用工程中的应用，其中MBR系统采用砼式PVDF中空纤维复合膜，抗污染性强，强度高，使用寿命长，反渗透膜系统主要脱除废水中的盐分和小分子,为印染行业节能减排处理提供了新思路。整个工艺具有处理效率高、出水水质稳定、占地面积小、运行管理方便的特点，在印染废水处理领域具有广阔的应用前景。

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