嚴　明，徐麗華，羅　鵬

(肇慶市順鑫煤化工科技有限公司，廣東　肇慶　526238)

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膜技術(shù)處理印染污水的研究現(xiàn)狀

嚴明，徐麗華，羅鵬

(肇慶市順鑫煤化工科技有限公司，廣東肇慶526238)

環(huán)境是人類生存和發(fā)展的基本前提。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境問題已經(jīng)作為一個不可回避的重要問題提上了各國政府的議事日程。文中介紹了印染污水的來源和特點，在分析了印染污水傳統(tǒng)處理方法的優(yōu)缺點之后，重點闡述了膜技術(shù)(膜分離技術(shù)和電催化膜技術(shù))在印染污水處理中的分類、機理及優(yōu)缺點，并對今后膜技術(shù)處理印染污水的發(fā)展趨勢進行了展望。

印染污水；膜分離技術(shù)；電催化膜技術(shù)

作為紡織印染大國，我國印染行業(yè)每天排放的廢水就有400多萬噸，且每年要消耗100多億噸的清潔水，在全國工業(yè)部門廢水排放量上占有相當高的比例[1]。印染廢水主要來源于印染工藝中的退漿、煮練、洗毛、染色和后整理等工序中排出的廢水(主要含纖維雜質(zhì)、染料、漿料及少量無機鹽)[2]；該廢水具有高色度、高有機物含量、難降解、pH值變化大以及生物毒性等特點。

處理印染污水的傳統(tǒng)方法有很多，主要包括絮凝沉淀法、離子交換吸附法、化學氧化法、電化學法和光催化法等[3]。傳統(tǒng)方法對印染污水處理有一定的效果，但也各自存在一些問題：氧化法和電化學法耗能大，COD去除率低；光催化法耗時長；絮凝法和交換吸附法則成本高，對BOD的處理較差。隨著新型染料和助劑的不斷使用，印染污水中的成分越來復雜，使用傳統(tǒng)方法很難達到日益嚴格的污水排放要求。

膜技術(shù)作為一種節(jié)能、環(huán)保、高效的新技術(shù)，與傳統(tǒng)污水處理方法的不同之處在于具有選擇性好、不添加任何助劑、低能耗等優(yōu)點，可去除印染污水中絕大多數(shù)的污染物，實現(xiàn)污水減排和清潔生產(chǎn)，在印染污水的處理上具有巨大的應用前景。

1　膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)是以選擇性透過膜為分離介質(zhì)，在濃度差(或壓力差、電位差等)的推動作用下，選擇性地透過某些物質(zhì)而保留溶液中其它組分，以達到分離、純化、濃縮的目的。依據(jù)膜孔徑的大小，一般可將膜分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜等。

1.1單一膜分離技術(shù)處理印染廢水

1.1.1微濾膜分離技術(shù)

微濾膜的孔徑在0.1～10 μm之間，是發(fā)展最早、技術(shù)最成熟的膜之一。微濾膜的工作機理與傳統(tǒng)過濾篩機制基本相同，屬于篩網(wǎng)狀過濾，可將細菌、微粒和膠團等不溶物除去而保證濾液純凈，膜通量大，能應用于污水大處理量的情況。

問世近百年，微濾膜分離技術(shù)在印染污水處理方面已經(jīng)發(fā)展的很成熟。Jedidi等[4]采用厚度為20 μm的新型微濾膜處理印染污水，色度和化學污染物(COD)去除率分別為90%和75%，出水濁度小于0.5 NTU。楊大春等[5]采用微濾工藝處理印染污水，結(jié)果表明：色度去除率為99.5%，COD去除率可達69.8%。

1.1.2超濾膜分離技術(shù)

超濾膜技術(shù)也是膜技術(shù)中發(fā)現(xiàn)較早的膜形式之一，主要用于印染污水中染料及助劑的回收。超濾膜的膜孔徑在0.01～0.1 μm之間，截留分子量為500～50000，主要是依靠膜表面的微孔結(jié)構(gòu)對物質(zhì)進行選擇分離，溶液中的小分子物質(zhì)或無機離子可以通過，大分子物質(zhì)、細菌和膠體微粒等則被截留下來，從而實現(xiàn)了大小分子的分離和凈化。

劉玲等[6]考察了不同預處理方式對超濾膜技術(shù)處理印染污水效果的影響，結(jié)果表明：微絮凝的預處理方式能使出水濁度低于0.1 NTU，COD去除率可達70%。Barredo-Damas[7]采用金屬氧化物超濾膜處理印染污水，污水中色度、濁度和COD的去除率分別達到90%、99%和70%。范蘇等[8]采用自制的TiO2超濾膜對印染污水進行處理，發(fā)現(xiàn)：超濾膜的截留相對分子質(zhì)量為9000，對染料和聚乙烯醇的截留率均可高達99%。

1.1.3納濾膜分離技術(shù)

納濾膜的孔徑在0.001～0.01 μm之間，對分子質(zhì)量在200～1000具有很好的截留效果。超濾膜傳質(zhì)機理與超濾膜和微濾膜不同，屬于壓力驅(qū)動型膜，大多數(shù)納濾膜為荷電膜，其行為與自身荷電性能及溶液的荷電狀態(tài)有關(guān)。這種膜對有機物和高價離子具有很高的截留率，而對小分子物質(zhì)則截留效果較差，只有一些無機鹽能透過納濾膜，因此分離效率較高。

Nielson[9]先對納濾膜的通量進行了改進，發(fā)現(xiàn)改性后的納濾膜對印染污水混合染料的截留率高達99%，廢水回收率也能達到97%。Bes-Pia等[10]的研究表明：印染污水經(jīng)物化方法預處理后，再通過納濾膜，COD含量和電導率分別降至100 mg/L和1000 μs/cm，達到了污水回用標準。

1.1.4反滲透膜分離技術(shù)

反滲透膜屬于無孔致密膜，一般來說，只允許溶劑透過而截留離子性物質(zhì)，它以膜兩側(cè)靜壓差為推動力，克服溶劑的滲透壓，實現(xiàn)對污水混合物分離的膜過程。采用反滲透膜處理后的污水，色度去除率在99%以上，出水幾近無色，廢水回收率大大提高，主要用于超濾、納濾后廢水深度處理及染料回收等方面。

常向真[11]設(shè)計了一個采用反滲透膜處理印染污水的工程，并分析了經(jīng)反滲透膜運行后的水質(zhì)及其產(chǎn)水成本，處理后的出水完全可以滿足GB 4287-92的一級排放標準，且該法具有一定的經(jīng)濟效益。Marcucci等[12]采用反滲透法處理了二級出水，污水鹽分的去除率達95%以上，出水幾乎不含有任何有機物和色度。

1.1.5陶瓷膜分離技術(shù)

陶瓷膜的膜孔徑介于微濾膜和超濾膜之間，是一種較新的分離用無機膜，已開發(fā)用于制備陶瓷膜的材料有：氧化鋁質(zhì)、氧化硅質(zhì)、氧化鋯質(zhì)、硅酸鋁質(zhì)、氧化鋅質(zhì)和碳化硅質(zhì)等。與有機膜相比，陶瓷膜具有耐高溫高壓、耐酸堿和有機質(zhì)的腐蝕、機械強度高、不易堵塞、壽命長、孔徑分布均勻、價格低廉、通量大等諸多優(yōu)點，在廢水處理領(lǐng)域的應用也已逐漸展開。

Voigt等[13]利用TiO2陶瓷膜處理了30種不同的印染污水，由于污水成分存在差異，30種污水的脫色率范圍約在70%～100%，COD去除率達和膜通量分別在39～216 L/(m2·h)和45%～80%之間。李煒等[14]研究了多孔陶瓷膜對印染廢水的處理效果，結(jié)果表明：運行20 min后，COD和NH3-N去除率就分別達到了30%和20%左右。

1.1.6炭膜分離技術(shù)

炭膜是20世紀80年代發(fā)展起來的一種新型無機分離膜，主要由炭素材料構(gòu)成。目前，國內(nèi)有報道將炭膜應用于印染污水的研究：李文翠等[15]以海南椰殼為原料制備植物基炭膜，研究表明該膜對染料分子具有一定的截留率。雖然碳膜是一種極具應用前景的新材料，但距離工業(yè)化應用還需要進一步努力。

1.2雙模分離技術(shù)處理印染廢水

在印染污水深度處理和回收方面，單一膜的處理已不能滿足日益嚴格的執(zhí)行要求，而雙模技術(shù)在這方面表現(xiàn)出相當強的優(yōu)勢。雙膜技術(shù)處理過的印染污水可直接回用于印染工序的各個環(huán)節(jié)，濃水則可回流至常規(guī)工序處理，實現(xiàn)了印染污水零排放的夢想，從而達到了印染企業(yè)清潔生產(chǎn)的目的。

Grilli等[16]采用超濾膜-納濾膜組合工藝處理印染污水，研究表明：經(jīng)過超濾膜處理后的一級出水色度去除率為70%，COD去除率達到了90%以上；采用納濾膜進一步處理污水，二級出水的COD、色度和鹽分脫去率分別為80%、90%和70%，出水幾乎無色，遠遠超過了水質(zhì)回用標準。付江濤等[17]采用超濾膜-反滲透膜工藝處理印染污水，研究表明：最終出水的COD去除率和鹽分去除率分別達到了99%和98%以上，濁度和色度的去除率將近100%。

1.3膜分離技術(shù)與其他方法組合處理印染廢水

目前所采用的技術(shù)由于過程或功能的單一性，都無法從根本上解決印染污水深度處理和回收的難題。膜分離技術(shù)在印染污水處理中的應用主要表現(xiàn)在兩個方面：一是上面提到的幾種膜分離技術(shù)的組合工藝，二則是膜分離技術(shù)與其它技術(shù)結(jié)合使用。

Bes-Pia等[18]使用臭氧作為預處理工藝，采用納濾膜技術(shù)處理了經(jīng)生化后的印染污水，研究發(fā)現(xiàn)：出水電導率下降至57%左右。陳桂娥等[19]將紫外氧化(UV氧化)與膜生物反應器組合使用，研究了耦合工藝對模擬印染污水的處理效果，結(jié)果表明：UV氧化大大降低了污水的生物毒性，耦合工藝對總有機碳的去除率達到89%，活性污泥經(jīng)生物強化后具有更高的活性和抗沖擊能力。于海容[20]在用碳納米管對聚乙烯醇超濾膜改性后，復合膜對印染污水中偶氮類類物質(zhì)及三苯甲烷類物質(zhì)的去除率分別達到了80%及85%。

2　電催化膜技術(shù)

20世紀80年代，電催化氧化技術(shù)受到了研究者們的廣泛關(guān)注，并發(fā)展成為一種非常重要的污水處理手段。相對于膜分離技術(shù)單純的分離作用實現(xiàn)有機物的去除，電催化氧化技術(shù)間接將污水中的有機污染物氧化，這種降解途徑能使有機物分解得更徹底，李建新等[21]也于2009年首次提出了復合電催化膜的構(gòu)想。

2.1電催化膜作用機理

電催化膜對有機物的降解過程為間接氧化過程，一般以碳膜作為陽極，TiO2作為陽極催化劑。電催化膜的作用原理表述如下：

2.2電催化膜技術(shù)處理印染廢水

電催化膜技術(shù)實質(zhì)上是膜分離與催化氧化的技術(shù)集成，屬于很新的處理污水科技，即使是實驗室使用也很少見諸報端。于2009年學者李建新首次提出復合電催化膜的構(gòu)想后，該學者后期也研究過電催化膜處理模擬印染污水：利用電催化膜對200 mg/L亞甲基藍溶液進行處理，處理后溶液顯示無色，色度去除率接近100%，且3 h內(nèi)通量沒有下降[22]。

3　結(jié)　語

隨著印染工業(yè)的發(fā)展，印染企業(yè)污水排放量不斷增加。作為一種水量大、組分復雜的污水，隨著排放標準的日漸嚴格，傳統(tǒng)的處理方法已不能適應需求。作為21世紀最有發(fā)展?jié)摿Φ母咝录夹g(shù)之一，膜技術(shù)具有能耗低、操作簡單、環(huán)保等優(yōu)點，在印染污水處理方面具有美好前景。但膜技術(shù)應用于印染污水深度處理仍處于探索階段：膜分離技術(shù)由于濃差極化、易結(jié)垢堵塞、成本高、更換頻率較快等原因，目前還未大范圍推廣；電催化膜在實際應用中，由于受電極材料的限制，存在電流效率低、能耗高的問題，也一直難以實現(xiàn)大規(guī)模應用。未來發(fā)展是要開發(fā)具有化學穩(wěn)定性高、抗菌、長壽、高通量、經(jīng)濟的膜材料，同時還要完善膜技術(shù)理論，不斷開發(fā)膜技術(shù)與其它技術(shù)組合，使得膜技術(shù)出現(xiàn)新的生機，促進印染企業(yè)經(jīng)濟效益與環(huán)境效益的同步發(fā)展。

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Research Status of Membrane Technology in Treatment of Printing and Dyeing Wastewater

YANMing,XULi-hua,LUOPeng

(Zhaoqing Shunxin Coal Industry Technology Co., Ltd., Guangdong Zhaoqing 526238, China)

Environment is the basic prerequisite for the survival and development of human beings. With the development of society and economy, the environmental problem has been put on the agenda of every country as an inevitable and important issue. The origins and characteristics of printing and dyeing wastewater were introduced. After analyzing the advantages and disadvantages of the printing and dyeing wastewater of the traditional processing method, the membrane (membrane separation technology and membrane catalytic technology) in treatment of printing and dyeing wastewater classification, mechanism and advantages and disadvantages of technology were focused on, and the future of membrane technology processing development trend of printing and dyeing wastewater was prospected.

printing and dyeing wastewater; membrane separation technology; electro catalytic membrane technology

嚴明(1987-)，男，主要研究方向為污水處理技術(shù)。

TQ028.8

A

1001-9677(2016)012-0044-03