納濾-電滲析技術(shù)處理纖維染色廢水中的鹽濃縮中試研究

納濾-電滲析技術(shù)處理纖維染色廢水中的鹽濃縮中試研究

紡織印染行業(yè)是世界著名的工業(yè)體系中的大型耗水和廢水排放。浙江上虞某色紡企業(yè)以纖維染色加工為主,染色廢水采用物理沉降、生化和超濾-反滲透組合工藝進(jìn)行處理,反滲透產(chǎn)水可直接回用,但會產(chǎn)生大量反滲透濃水(反滲透產(chǎn)水率約為50%),該廢水色度高、COD高、鹽含量高,處理難度大。反滲透濃水中主要含有活性染料、氯化鈉以及硫酸鈉,其中無機(jī)鹽是染色過程中的添加劑,如能將其重復(fù)使用,可徹底解決鹽排放問題,同時降低生產(chǎn)成本。針對該廢水特點(diǎn),本研究擬采用納濾-電滲析集成工藝處理,以最終實(shí)現(xiàn)水、硫酸鈉和氯化鈉的綜合利用。1實(shí)驗(yàn)部分1.1工藝一:納濾膜濃縮+濃縮法中試在企業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行。反滲透濃水COD為200mg/L,色度1200倍,廢水首先采用納濾進(jìn)行脫色處理,脫色濃縮液返回工廠生化處理系統(tǒng),透過液采用納濾膜濃縮回收2價鹽,膜濃縮液經(jīng)過活性炭脫色后用于染色,納濾膜透過液進(jìn)入電滲析系統(tǒng)進(jìn)行濃縮,濃縮后得到的鹽用于染色,脫鹽后產(chǎn)水用于生產(chǎn)用水。工藝流程見圖1。重點(diǎn)研究納濾膜的脫色、鹽分離以及電滲析膜的鹽濃縮效果。1.2實(shí)驗(yàn)裝置和操作條件膜過濾實(shí)驗(yàn)采用分批式操作模式,廢水放入原料液罐中進(jìn)行循環(huán)濃縮,每級膜處理透過液收集起來用于后續(xù)膜濃縮實(shí)驗(yàn),納濾膜的產(chǎn)水率設(shè)定為90%(濃縮10倍),電滲析膜將濃縮液中總?cè)芙恹}(TDS)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃縮至高于10%后停止實(shí)驗(yàn)。納濾膜實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用的膜組件為4英寸卷式膜組件,該裝置可安裝3支4英寸膜組件,可單獨(dú)使用,也可并聯(lián)或者串聯(lián)使用。納濾膜NF5和NF4膜組件的主要性能指標(biāo)見表1。納濾膜NF5實(shí)驗(yàn)過程中的操作壓力設(shè)定為1MPa,納濾膜NF4的操作壓力設(shè)定為1.6MPa,在實(shí)驗(yàn)過程中定時記錄產(chǎn)水通量的變化。實(shí)驗(yàn)溫度為(30±1)℃,通過在冷卻盤管中通入自來水對料液進(jìn)行冷卻。納濾實(shí)驗(yàn)結(jié)束后先用質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的檸檬酸溶液循環(huán)清洗30min,然后用純水沖洗至中性,再用pH=12的NaOH溶液循環(huán)清洗30min,最后用純水沖洗至中性。中試持續(xù)進(jìn)行45d,除考察膜污染對膜通量的影響實(shí)驗(yàn)之外,正常情況下每天實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對膜元件進(jìn)行清洗。電滲析中試裝置膜堆含有20對膜,包括20張陰膜,20張陽膜,規(guī)格均為200mm×400mm。陽膜為苯乙烯系磺酸型陽離子交換膜(JCM-Ⅱ),陰膜為苯乙烯季銨型均相陰離子交換摸(JAM-Ⅱ)。實(shí)驗(yàn)過程中電滲析操作采用恒電壓模式,電壓維持在17.0V不變,電流會隨著時間下降。實(shí)驗(yàn)過程中,每隔30min記錄電流并測試TDS含量,當(dāng)濃室中TDS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到10%時結(jié)束。結(jié)束后采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的鹽酸溶液和2%的NaOH溶液依次清洗濃、淡室,最后用純水沖至中性。1.3檢測方法和設(shè)備COD采用重鉻酸鉀法測定,TDS含量采用便攜式電導(dǎo)率儀(FG3-ELK)測定,色度采用稀釋倍數(shù)法測定,Ca1.4水質(zhì)以及膜清洗效果納濾膜性能的評價主要考察運(yùn)行過程中各個階段膜通量的變化、出水水質(zhì)以及膜清洗效果。膜通量J的計算式中,V是產(chǎn)水的體積,A從膜清洗前后膜通量之間的變化,以及膜清洗前后膜通量和初始膜通量的比較中,分析得出納濾膜的污染情況和化學(xué)清洗對膜通量恢復(fù)的影響。2結(jié)果與討論2.1納濾膜的截留效果表2是納濾脫色、分鹽產(chǎn)水以及電滲析濃水與原水水質(zhì)的對比結(jié)果。由表2可知,經(jīng)過納濾膜NF5脫色處理后,廢水色度大幅降低,脫色率高達(dá)99.2%。納濾膜NF5的截留分子量較大(見表1),膜對鹽類的截留率低,但對大分子有機(jī)物的截留效果較好,可有效實(shí)現(xiàn)鹽分和有機(jī)物的分離。納濾脫色后的產(chǎn)水再經(jīng)納濾膜NF4進(jìn)行處理,產(chǎn)水的經(jīng)過電滲析濃縮后,Cl2.2納濾膜的通量隨廢水濃縮個數(shù)的變化納濾膜NF5主要用于對反滲透濃水進(jìn)行脫色,圖2顯示實(shí)驗(yàn)起始、運(yùn)行15d和45d后的NF5納濾膜處理廢水時的通量隨著廢水濃縮倍數(shù)的變化趨勢。由圖2可知,在中試開始時,NF5的初始膜通量為129.3L/(m納濾膜NF4對2價鹽的截留率較高,可實(shí)現(xiàn)1、2價鹽的分離,同時實(shí)現(xiàn)2價鹽的濃縮并對廢水進(jìn)行進(jìn)一步的脫色,圖3為實(shí)驗(yàn)起始、運(yùn)行15d和45d后的NF4納濾膜處理廢水時的通量隨著廢水濃縮倍數(shù)的變化趨勢。由圖3可知,NF4新膜處理廢水的起始通量為94.7L/(m2.3電滲析濃縮過程經(jīng)過2級納濾膜處理后廢水的色度以及COD可達(dá)到重復(fù)使用的要求,但TDS含量較低,無法直接重復(fù)使用于染色過程。電滲析可將廢水中的鹽含量濃縮,實(shí)驗(yàn)起始時將TDS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%的NF4透過液放入電滲析濃室中,將膜堆兩側(cè)的電壓維持在17.0V,隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行,電滲析裝置的電流越來越小,膜堆濃室中的鹽含量越來越高,當(dāng)濃室中的TDS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于10.0%后停止實(shí)驗(yàn)。圖4是電滲析過程中電流和濃室鹽含量隨時間的變化趨勢。由圖4可知,電滲析裝置的電流從實(shí)驗(yàn)起始時的10.86A降至2.5h時的10.60A,濃室TDS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從2.6%增至4.4%,濃縮效果明顯。當(dāng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行至7.5h,電流進(jìn)一步降低至8.91A,而濃室TDS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增至7.0%,電滲析濃縮效率下降,原因是隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行,淡室中TDS含量不斷減少,電流密度下降,濃縮效率降低2.4膜污染和化學(xué)清洗2.4.1納濾膜的清洗由于反滲透濃水中含有殘留的染料分子以及鈣、鎂離子,采用納濾膜處理時染料分子會吸附在膜表面,隨著濃縮倍數(shù)的提高,2價陽離子也可能會在膜表面析出結(jié)垢,造成嚴(yán)重的膜污染由圖5可知,在穩(wěn)定運(yùn)行一段時間后,納濾膜NF5、NF4的運(yùn)行通量都能通過化學(xué)清洗恢復(fù),清洗效果良好。NF5未經(jīng)清洗直接使用時的膜通量下降明顯,這說明NF5的膜污染情況較為嚴(yán)重,這主要是由于NF5所處理的料液成分復(fù)雜導(dǎo)致。NF4未經(jīng)清洗直接使用時膜通量的也有所下降,但下降比例不高,在工業(yè)化設(shè)計中可適當(dāng)降低納濾膜NF4的清洗頻率。2.4.2膜堆電流在初始運(yùn)行調(diào)整鈣鎂離子對電滲析過程影響較大,電滲析過程中會發(fā)生極化現(xiàn)象,膜表面離子含量增加,超過其飽和溶解含量后會在離子交換膜膜表面形成沉淀,導(dǎo)致膜電阻明顯增大,電流效率、濃縮鹽效率也隨之下降,縮短電滲析器的使用壽命圖6為電滲析膜堆的初始運(yùn)行電流以及清洗前后運(yùn)行電流隨時間的變化趨勢。由圖6可知,廢水會造成電滲析膜污染,膜堆電流降低趨勢非常明顯,使用后未清洗直接使用的膜堆電流約為初始運(yùn)行時的50%;經(jīng)過化學(xué)清洗之后,電流恢復(fù)到初始時的93%。電滲析膜清洗后重新使用時運(yùn)行電流隨時間先增加后減少,原因是實(shí)驗(yàn)開始時溶液中的離子在電場的作用下定向移動至膜表而,使膜表面的離子含量逐漸增加,膜堆電阻減小,運(yùn)行電流增加。當(dāng)電滲析過程運(yùn)行一段時間后,淡化室中離子含量不斷降低,致使膜堆電阻增大,電流減小2.5染色過程及染色過程經(jīng)電滲析濃縮后的回用鹽水可重復(fù)用于染色過程。回用鹽水染色的棉花著色牢固,顏色不易洗脫,與廠家原工藝染色的產(chǎn)品基本一致,能夠達(dá)到廠家生產(chǎn)要求。3納濾膜及膜過濾研究采用納濾-電滲析集成技術(shù)對纖維染色廢水的反滲透濃水進(jìn)行處理,2級納濾處理后的反滲透濃水色度從12