【集萃網(wǎng)觀察】O 前言
隨著排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格和水費(fèi)不斷上漲,人們?cè)絹?lái)越關(guān)注印染廢水的深度處理和回用。在廢水處理中,膜技術(shù)因出水水質(zhì)可靠、操作方式簡(jiǎn)便等特點(diǎn)引起了水處理界的廣泛重視。隨著技術(shù)的進(jìn)步,膜分離技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)成為未來(lái)廢水深度處理的重要方向。但另一方面,膜組件價(jià)格昂貴以及膜污染造成的通量衰減等問(wèn)題,嚴(yán)重阻礙了膜技術(shù)的推廣應(yīng)用。
為了解決以上問(wèn)題,國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了多方面的研究,發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)膜(Dynamic membrane)技術(shù)是其中較有特色且效果較好的一種方法。它可以通過(guò)采用大孔徑(相對(duì)于超濾)的材料來(lái)制作膜組件,在過(guò)濾之前先用預(yù)涂劑(如硅藻土、高嶺土、MnO2)或者微生物及其代謝產(chǎn)物在膜材料表面形成動(dòng)態(tài)膜,以使其過(guò)濾孔徑變小而截留能力增強(qiáng),并降低膜組件的造價(jià)和防止膜污染。除了選擇和制備合適的動(dòng)態(tài)膜及控制操作條件外,對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理也是減緩膜污染的重要途徑之一。因此,若將混凝和膜過(guò)濾相結(jié)合,充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì),能提高固液分離效果和分離速率,節(jié)約處理時(shí)間,降低投資成本,具有廣闊的發(fā)展前景。
對(duì)用于漂白、染色的回用洗滌水而言,為了不帶入一定的鐵鹽(實(shí)用要求鐵含量小于0.1 mg/L),避免纖維布匹產(chǎn)生斑點(diǎn)以及染色不鮮艷等,在選擇混凝劑時(shí),應(yīng)選用鋁鹽。在處理的各個(gè)環(huán)節(jié)上也要防止鐵鹽的進(jìn)入,以保證印染用水指標(biāo)要求。
本試驗(yàn)首先研究不同鋁鹽混凝劑對(duì)印染廢水二級(jí)出水中COD的去除效果,確定混凝劑投加量的范圍,在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步考察混凝與動(dòng)態(tài)膜結(jié)合對(duì)印染廢水二級(jí)出水的處理效果。
1 試驗(yàn)部分
1.1試驗(yàn)水質(zhì)
試驗(yàn)用水為配制的印染廢水,經(jīng)厭氧一生物接觸氧化.沉淀的二級(jí)出水,濁度16~20 NTU,色度8~16倍,COD cr 90~100 mg/L,pH值6~7。
1.2藥品、儀器及方法
混凝劑硫酸鋁,聚合氯化鋁,高嶺土(山西恒源高嶺土有限公司,6 000目)
儀器DBJ-621型六聯(lián)定時(shí)變速攪拌機(jī)
陶瓷膜管僅.α-Al203;內(nèi)徑9cm,外徑13cm,長(zhǎng)度38.5 cm,平均孔徑2μm(廣東省佛山市陶瓷研究所)
HACHDR2010測(cè)試儀(美國(guó)哈希公司),SGZ-1A數(shù)顯濁度儀(上海悅豐儀器儀表有限公司)
試驗(yàn)方法
(1)取廢水樣于1 L大燒杯中,加入混凝劑后,在攪拌機(jī)上快速攪拌1 min,轉(zhuǎn)速為300 r/min,再中速攪拌4 min,轉(zhuǎn)速為200 r/min,最后慢速攪拌5 min,轉(zhuǎn)速50 r/min。靜置沉淀30 min,取出上清液分析。
(2)在陶瓷膜管上涂高嶺土動(dòng)態(tài)膜,涂膜濃度為1.5g/L,涂膜時(shí)間30 min,跨膜壓差0.1 MPa,錯(cuò)流速度1.5 m/s。根據(jù)步驟(1)確定的混凝劑投加量范圍,向印染廢水二級(jí)出水中投加混凝劑,沉淀30 min,取上清液進(jìn)行動(dòng)態(tài)膜過(guò)濾,操作壓力為0.1 MPa,錯(cuò)流速度為1.5 m/s,考察滲透通量和COD去除率的變化。
(3)按照相同混凝劑投量范圍和運(yùn)行條件,不沉淀直接過(guò)濾,考察滲透通量和COD去除率的變化。
1.3分析方法
色度稀釋倍數(shù)法
2 結(jié)果與討論
2.1單投混凝劑對(duì)COD去除率的影響
藥劑質(zhì)量濃度/mg·L-1
圖1 混凝劑投加量對(duì)COD去除率的影響 由圖1可知,隨著聚合氯化鋁投加量的增大,COD去除率先增大后減小,且增減都很明顯。這可能是因?yàn)楫?dāng)濃度超過(guò)聚合物混凝劑的最佳投量后,電解質(zhì)的反離子進(jìn)入膠粒的緊密層,使膠粒重新帶電,ζ電勢(shì)變大,顆粒重新處于穩(wěn)定分散狀態(tài),即出現(xiàn)膠體再穩(wěn)現(xiàn)象,導(dǎo)致COD去除率下降。隨著硫酸鋁投量的增大,COD去除率逐漸增大并出現(xiàn)最大值,隨后繼續(xù)增大投量,COD去除率略有減小。對(duì)比聚合氯化鋁與硫酸鋁的最佳去除效果,兩者相差不大,但硫酸鋁的最佳用量為90 mg/L,是聚合氯化鋁(50 mg/L)的1.8倍。這是由于聚合氯化鋁在一定條件下預(yù)先被制成了最優(yōu)形態(tài),投入水中后可發(fā)揮優(yōu)良的混凝作用。
2.2混凝-動(dòng)態(tài)膜深度處理印染廢水
2.2.1不同過(guò)濾方式對(duì)滲透通量的影響
前期試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),動(dòng)態(tài)膜工藝對(duì)廢水色度、濁度的去除效果都較好,出水色度無(wú)色,濁度<1 NTU,處理效果穩(wěn)定,因此,COD去除率成為水質(zhì)的主要考察指標(biāo)。在分體式、一體式過(guò)濾方式中,聚合氯化鋁和硫酸鋁的用量對(duì)膜的滲透通量的影響見(jiàn)圖2—5。
圖2分體式中聚合氯化鋁用量對(duì)滲透通量的影響 圖3 一體式中聚合氯化鋁用量對(duì)滲透通量的影響
圖4分體式中硫酸鋁用量對(duì)滲透通量的影響 圖5 一體式中硫酸鋁用量對(duì)滲透通量的影響
由圖2—5知,使用聚合氯化鋁和硫酸鋁膜的滲透通量變化趨勢(shì)是相同的。即隨著混凝劑用量的增大,通量的衰減速度逐漸變緩,且過(guò)濾時(shí)間為120min時(shí),膜的通量都是隨著混凝劑用量的增加而增大,但不是均勻增加。從這些圖中可以看出,采用分體式過(guò)濾膜的滲透通量衰減速度明顯比一體式緩慢。從通量衰減的過(guò)程來(lái)看,隨著混凝劑用量的增加,一體式過(guò)濾方式中已經(jīng)不會(huì)出現(xiàn)滲透通量先急劇下降,再逐漸趨于緩慢的過(guò)程。特別是用硫酸鋁作為混凝劑,滲透通量是按一定速度均勻、緩慢地衰減,即衰減曲線的拐點(diǎn)逐漸模糊,衰減曲線逐漸過(guò)渡為平緩的直線。
滲透通量隨混凝劑用量增大而持續(xù)增大的原因,就分體式過(guò)濾方式而言,在混凝劑用量不足時(shí),由于混凝劑去除了水中大部分的膠體顆粒,水中污染物質(zhì)減少,使過(guò)濾餅層變薄,過(guò)濾阻力減小而導(dǎo)致通量增大;混凝劑投加量過(guò)量時(shí),可以從離子強(qiáng)度的變化和pH值的變化來(lái)解釋。高嶺土表面的ζ電位呈負(fù)值,且隨著pH值的減;ζ電位負(fù)值減小。隨著混凝劑投量的增加,三價(jià)鋁鹽在水解聚合物的產(chǎn)生過(guò)程中會(huì)不斷產(chǎn)生H+,使廢水的pH值下降;另一方面,水中離子強(qiáng)度也逐漸增大,這些都致使高嶺土動(dòng)態(tài)膜表面的ζ電位負(fù)值減小、雙電層變薄,從而引起動(dòng)態(tài)膜的表觀粘度下降,導(dǎo)致滲透通量繼續(xù)增大。對(duì)一體式過(guò)濾方式來(lái)說(shuō),由于混凝沉淀后沒(méi)有過(guò)濾,絮體在動(dòng)態(tài)膜上形成一層較為疏松的濾餅層,其阻力比分體式過(guò)濾形成的濾餅層阻力大,因此滲透通量比分體式小。
在兩種過(guò)濾方式中,以硫酸鋁作為混凝劑時(shí),膜的滲透通量衰減速度都比使用聚合氯化鋁緩慢。這是因?yàn)榱蛩徜X的用量比聚合氯化鋁大,這就意味著前者水中離子濃度較高,因此滲透通量也較大。再者,投加聚合氯化鋁后的顆粒表面ζ電位為12.113 mV,而投加硫酸鋁后顆粒表面的ζ電位趨于零。膠體顆粒在溶液中本來(lái)帶負(fù)電,投加聚合氯化鋁能使顆粒表面電位減小且變正,這時(shí)顆粒與帶負(fù)電位的膜表面之間的引力加強(qiáng),導(dǎo)致膜通量降低;而加人硫酸鋁后,顆粒表面的電位雖減小但不改變電性,仍帶負(fù)電,因此與膜表面的吸附力較弱,通量也就比使用聚合氯化鋁高。比較不同處理方法的滲透通量,分體式混凝一動(dòng)態(tài)膜>一體式混凝-動(dòng)態(tài)膜>動(dòng)態(tài)膜過(guò)濾。
2.2.2不同過(guò)濾方式對(duì)COD去除率的影響
不同過(guò)濾方式中的混凝劑對(duì)COD去除率影響如圖6~9所示。
在分體式過(guò)濾中,隨著聚合氯化鋁用量增大,COD總?cè)コ收w呈下降趨勢(shì)。究其原因,當(dāng)投加量增大但還沒(méi)有過(guò)量時(shí),廢水中污染物質(zhì)減少,導(dǎo)致凝膠層逐漸變薄,容易使小顆粒有機(jī)物質(zhì)滲透過(guò)膜層;當(dāng)聚合氯
圖6分體式中聚合氯化鋁投加量對(duì)COD去除率的影響 圖7一體式中聚合氯化鋁投加量對(duì)COD去除率的影響
圖8分體式中硫酸鋁投加量對(duì)COD去除率的影響
圖9 一體式中硫酸鋁投加量對(duì)COD去除率的影響化鋁的投量過(guò)量時(shí),混凝的COD去除率逐漸下降,膜的截留能力有所提高,但總的去除效率還是偏低。說(shuō)明投加混凝劑過(guò)量后,廢水中污染物的性質(zhì)和離子濃度都發(fā)生了改變,且這種改變不利于去除污染物質(zhì)。對(duì)于硫酸鋁,隨著其用量增大,COD總?cè)コ氏仍龃蠛鬁p小,但增大和減小的幅度都不大,這從一個(gè)側(cè)面表明硫酸鋁的適應(yīng)范圍較寬,即使水質(zhì)變化較大,也有比較穩(wěn)定的去除效果。
通過(guò)比較發(fā)現(xiàn),聚合氯化鋁的COD的最好去除效率要比硫酸鋁高,結(jié)合滲透通量進(jìn)行綜合比較,發(fā)現(xiàn)聚合氯化鋁COD去除率與滲透通量增大成反比,即要保證較高的COD去除率,通量就較低;而硫酸鋁投量為90 mg/L時(shí),COD去除效果較好且滲透通量較大。
在一體式過(guò)濾中,投加聚合氯化鋁和硫酸鋁對(duì)COD去除率的影響趨勢(shì)相似,都是先增大后減小。COD去除率最高時(shí),混凝劑投加量都已經(jīng)過(guò)量,它們分別為60 mg/L和100 mg/L。其原因是,由于混凝后直接過(guò)濾,隨著混凝劑投量增加,混凝作用將廢水中的污染物質(zhì)凝聚成大顆粒,同時(shí)由于吸附架橋作用,使有機(jī)小分子附著在大顆粒上而被動(dòng)態(tài)膜截留;但隨著投加量進(jìn)一步增大,膠體逐漸穩(wěn)定,微小顆粒重新分散在廢水中,使濾餅層變得較為疏松,微小的污染物質(zhì)溶液滲透到膜另一側(cè),導(dǎo)致COD去除率下降。試驗(yàn)表明,運(yùn)用直接過(guò)濾的方式,適當(dāng)過(guò)量投加混凝劑有助于提高COD總?cè)コ。綜合比較滲透通量和COD去除率,發(fā)現(xiàn)最佳投量下聚合氯化鋁與硫酸鋁COD去除率相同,但使用硫酸鋁的滲透通量更大,因此認(rèn)為硫酸鋁的效果更好。
試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),與單獨(dú)投加混凝劑的最佳投量比較,不論哪種過(guò)濾方式,單獨(dú)投加混凝劑的最佳投量并不是混凝一動(dòng)態(tài)膜過(guò)濾工藝的最佳投量。這是因?yàn)榛炷齽┩都恿坎煌,使溶液的離子強(qiáng)度、pH值發(fā)生了變化,改變了分離的顆粒或大分子溶質(zhì)的性質(zhì),造成動(dòng)態(tài)膜與溶劑、顆粒和溶質(zhì)之間的相互作用發(fā)生變化,從而影響動(dòng)態(tài)膜的分離性能。
表1 不同釙彈方法下的CoD去除率
表1為不同處理方法下的COD去除率,可以看出,雖然分體式混凝一動(dòng)態(tài)膜滲透通量最大,但COD去除率卻比單獨(dú)使用動(dòng)態(tài)膜還低。這可能是因?yàn)榻?jīng)過(guò)混凝沉淀后,廢水中污染物質(zhì),特別是膠體污染物質(zhì)減少,導(dǎo)致無(wú)法形成較好的凝膠層,可溶性污染物質(zhì)截留性能變差。采用一體式過(guò)濾方式,不管是滲透通量還是COD去除率都有所提高,因?yàn)榛炷笾苯舆^(guò)濾,濾餅層的性能得到改善,有助于提高滲透通量和截留性能。鑒此,企業(yè)可以根據(jù)實(shí)際情況選擇過(guò)濾方式。就本試驗(yàn)進(jìn)水水質(zhì)而言,只有采用一體式過(guò)濾方式,其出水水質(zhì)才能滿足回用要求。
3 結(jié)論
印染廢水組分十分復(fù)雜,不同的纖維所用染料不同,其染色工藝、整理工藝也不同,其水質(zhì)相差極大。對(duì)于高濃度廢水處理,從技術(shù)與經(jīng)濟(jì)綜合考慮,達(dá)標(biāo)很困難,或者達(dá)標(biāo)率不穩(wěn)定,要做到回用就更難。因此,紡織印染廢水處理后回用,重點(diǎn)應(yīng)放在低濃度的印染廢水上。同時(shí),企業(yè)在選擇和設(shè)計(jì)回用方案時(shí),應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況決定處理回用的水質(zhì)和水量。根據(jù)上述試驗(yàn),得出以下結(jié)論:
(1)投加混凝劑能顯著提高滲透通量,且分體式混凝-動(dòng)態(tài)膜工藝的滲透通量比一體式混凝一動(dòng)態(tài)膜工藝大33%左右,但后者的出水水質(zhì)更好,COD去除率達(dá)57%左右,能滿足回用水的要求。
(2)在一體式混凝一動(dòng)態(tài)膜工藝中,使用硫酸鋁作為混凝劑,其與使用聚合氯化鋁的COD去除率相同,但前者滲透通量更大,因此,硫酸鋁作為混凝劑更好。
(3)混凝一動(dòng)態(tài)膜工藝的最佳投量不一定是單獨(dú)投加混凝劑的最佳投量,對(duì)一體式混凝.動(dòng)態(tài)膜工藝而言,適當(dāng)過(guò)量地投加混凝劑,既能提高滲透通量又有利于提高COD去除率。
來(lái)源: 印染在線 毛艷梅,奚旦立(東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,上海200051)
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