膜分离技术处理印染废水的应用

杨俞+王淑影+徐瑧

摘 要：该文介绍了印染废水的来源及特点，对比了印染废水传统处理方法（物理法、化学法及生物法）的优缺点，描述了膜分离技术分类及优点，详细介绍了不同膜在印染废水处理中的应用，指出了膜分离技术存在的问题并展望了膜分离技术未来的发展方向。

关键词：印染废水 膜 分离技术

中图分类号：X791 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）07（c）-0088-03

Abstract： This paper introduced the origins， characteristics of printing and dyeing wastewater and discussed the advantages and disadvantages of the traditional physical， chemical and biochemical treatment technologies. The classify and the advantages of the membrane separation technologies are described. The applications of the different membrane to the treatment of printing and dyeing wastewater are detailed introduction. We also pointed out the problems of the membrane separation technologies and outlook the development direction of the membrane separation technologies.

Key Words： Printing and dyeing wastewater； Membrane； Separation technology

我国是纺织印染第一大国，纺织业作为我国传统支柱产业之一，为人们提供衣着所需的同时每年排放的印染废水高达30×108 t，占全国工业废水排放总量的35%，2015年4月2日国务院发布的《水污染防治行动计划》中印染行业是专项整治的重污染行业之一[1]。

印染废水主要来源于预处理（烧毛、退浆、煮炼、漂白、丝光等）、染色、印花和整理四大工序中排放的废水。废水所含污染物种类多且复杂，包括染料、浆料、助剂、油剂、酸碱、纤维杂质、砂类物质、无机盐、杂环类、胺类、取代苯类和醇类等有毒有害污染物，因此该废水具有水质、pH值、水温水量变化大、色度高（400倍以上）、有机物含量高、BOD5/CODCr值低（20%左右）可生化性差，含盐量高、电导率大以及生物毒性等特点[2，3]。

1 传统处理方法

目前，印染废水处理的传统处理方法可以分为以下3类：物理法、化学法及生物法。

物理法主要为吸附法、混凝法[4，5]。吸附法是利用活性炭、离子交换树脂、煤渣和膨润土等吸附剂吸附废水中的杂质，去水中的污染物。其优点是：成本较低、操作简单；缺点是：再生费用较高。混凝法通过添加絮凝剂使废水中的固体悬浮物沉淀下来，缺点是对水溶性染料的去除效果不佳，污泥量大。

化学法包括电化学法、化学氧化法等[6-9]。化学氧化法又分为Fenton试剂法、O3氧化法、光催化氧化法等，Fenton试剂法利用由H2O2与Fe2+混合组成氧化体系分解印染废水中的大分子。对O3氧化法利用O3具有的强氧化能力分解有机污染物。光催化氧化法以光化学氧化为基础，在光照条件下借助催化剂，将有机污染物氧化降解。化学氧化法的主要优点是：设备简单、操作方便，能有效分解有机污染；缺点是：成本较高。电化学法是主要通过絮凝和氧化还原作用，将废水中的污染物去除，其优点是：设备小、占地少、运行管理简单、COD去除率高、脱色效果好；缺点是：成本高、能耗大、电极材料制备复杂且副反应多。

生物法[10]利用微生物的絮凝、吸附和生物降解功能，对有机物进行分離、氧化降解，分为好氧法和厌氧法。生物法的优点是：运行费用低、不产生二次污染、处理效果较好；缺点是：去除率低、出水难达标、污泥处理费用较高。

2 膜分离技术

早在18世纪分离膜的概念就已被提出，但是当时膜并没有应用于过滤方面，发展到今天膜分离技术作为一种节能、高效、环境友好的新技术，被广泛应用于资源回收及环境治理等领域。膜分离技术基本原理是以选择性透过膜为分离介质，物料组分在膜的推动力（如浓度差、压力差、电位差等）作用下，选择性地透过膜，达到分离、提纯、浓缩的目的。按分离功能划分膜分离技术主要分为微滤（micro-filtration，MF）、超滤（ultra-filtration，UF）、纳滤（nano-filtration，NF）、反渗透（reverse-osmosis，RO）[11]。膜分离技术因其在分离上具有高效节能、无污染、工艺简单、操作简便、过程易控制等优点，在污水处理领域得到大力发展。

3 膜分离技术处理印染废水

3.1 微滤

微滤（micro-filtration，MF），孔径在0.1～10 μm之间，其分离机理与筛分机理相同， 主要截留悬浮颗粒物（胶体、细菌、微粒），是发展最早、技术最成熟的膜之一，因此微滤膜分离技术在印染废水处理方面发展得很成熟。早期李文翠等[12]使用碳膜对印染废水进行处理，其对染料分子的截留率最高可达到99%以上。嵇鸣等[13]采用氢氧化镁吸附与陶瓷膜微滤相结合，色度去除率可达98%。杨大春等[14]采用Fenton试剂与微滤工艺结合处理印染污水，色度去除率可达99.5%，COD去除率可达69.8%。

3.2 超滤

超滤（ultra-filtration，UF）主要依靠膜表面的微孔结构对不同物质进行选择性分离，超滤的膜孔径为2～100 nm，截留分子量为500～5 000，截留分子直径为5～10 μm。采用超滤技术对印染废水的研究中，李富祥等[15]利用中空纤维膜对废水中COD、色度、浊度和无机离子进行去除，去除率分别为17%、10%以下、98.5%和5%。中科院环化所用超滤膜对还原染料废水处理试验研究[16]表明，超滤处理染料废水脱色率98%，CODCr去除率60%～90%，染料回收率95%以上。陈士明等[17]采用微絮凝直接过滤-超滤工艺处理印染废水，使用MODEC改性聚氯乙烯（PVC）内压式中空纤维膜，其对浊度去除率99.2%，脱色率86%和COD平均去除率为56%。

3.3 纳滤

纳滤（nano-filtration，NF）的孔径大约为1 nm，截流分子量为300～500道尔顿，纳滤过主要用于对无机盐和有机小分子的过滤。Yi He等[18]采用CA纳滤膜对C.I.活性橙12、C.I.活性红24、C.I.活性蓝74、C.I.活性黑5和C.I.活性蓝13，5种活性染料进行拦截，截留率均高于99%，对染料回收再利用取得进展。Goksen Capar等[19]使用纳滤膜对酸性染料废水进行处理，研究发现废水被中和后，再经过纳滤对色度的去除率为100%，COD、浊度的去除率分别为92%、97%。马江权等[20]采用微滤-纳滤联用技术处理印染废水，水质COD去除率大于86%，盐截留率大于95%，浊度和色度去除率高达100%。

3.4 反渗透

反渗透（reverse-osmosis，RO）早在20世纪70年代就应用于印染废水处理[21]。曾杭成等[22]研究了BW30和CPA2两种反渗透膜对印染废水的处理，结果表明，两种反渗透膜产水COD均小于10 mg/L，电导率小于80 μs/cm，对有机物去除率可达99%，盐的去除率93%以上。邹勇斌等[23]应用反渗透膜深度处理印染废水，CODCr的去除率97.4%、脱盐率97.0%，浊度去除率接近100%，废水回收率80%。叶舟等[24]采用超滤和反渗透连用处理印染废水并实现废水回用，COD去除效率99%以上，色度及浊度去除率接近100%，脱盐率99%以上，废水的总回用率达到85%。

3.5 双膜组合法

双膜组合法近年来逐渐成为国内外研究的热点之一。双膜法在对印染废水的处理和回收利用上表现出巨大的优势。丛纬等[25]采用超滤/纳滤双膜技术处理印染废水，COD去除效率90%，浊度去除率90%。付江涛等[26]采用Omexell SFP2860超滤膜和BW30-365FR反渗透膜组合，对浙江绍兴以棉类、涤纶类、丝织类、针织等类布匹印染加工的某印染厂废水进行处理，通过双膜法处理，CODCr去除率99%以上，浊度、色度去除率接近100%，脱盐率98%以上。张勇[27]采用“O3+UF+RO”组合工艺对经前处理、生化处理及物化处理和过滤工段的印染废水进一步处理，COD去除率93%以上，浊度、色度去除率接近100%，脱盐率97.5%以上。双膜组合法极大地提高了印染废水COD、浊度、色度及盐的去除率，尤其是超滤或纳滤膜与反渗透膜的连用，可实现废水回用，降低了经济成本。

4 问题及展望

随着环境的日益恶化，国家对环境保护越来越重视，对印染企业的用水量、排放量和排放标准日趋严格，企业的压力不断上升，国内外研究者对废水资源化回用的技术研究越来越多。膜分离技术是一种高新技术，具有高效节能、无污染、工艺简单、操作简便、过程易控制等特点，其在印染废水处理方面的展现出巨大的潜力。

目前膜主要存在以下问题：（1）膜价格较高，膜材料主要依靠进口；（2）膜较易污染并导致膜通量下降；（3）膜组件寿命短，需经常更换，增加运行成本；（4）膜清洗困难，药剂清洗会改变膜的物化性能并缩短膜的寿命。针对以上问题，开发低价格、抗污染、抗菌、通量高、寿命长、化学稳定性好的膜材料是未来膜发展的重要方向之一。同时针对印染废水水质的复杂特点在工艺上将膜技术与其他技术（化学、生物技术）有机耦合，开发出如光催化膜、電催化膜、MBR-RO等新的膜技术，使得膜分离技术不断完善，对现有工艺的不足之处加以弥补，促进印染企业在经济效益、社会效益与环境效益三方面同步发展。

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