管式超滤膜处理分散染料废水的研究

管式超滤膜处理分散染料废水的研究

分散染料是染料行业中最重要的染料之一，不含强水性基质。在染色过程中，对于具有分散状态的非离子染料，其细度应约为1:m。在生产分散染料过程中,产生大量废水,其中含有大量染料中间体及未回收的染料,每生产1t染料,有约2%的产品流失。浙江某生产分散染料的企业,其多种生产废水中,浓度最高的是研磨锅冲洗水,废水中含有浓度1%~3%分散染料以及分散剂等成分,COD达到几万mg/L,色度达到几万倍,甚至十几万倍,直接排放到污水处理站,大大增加污水站处理负荷,也增加了污水站的运行费用,还使废水中的分散染料白白流失,造成浪费。管式超滤膜可以有效截留废水中的分散染料颗粒,由于管式膜流道宽、耐污染能力强,可以将废水中分散染料浓缩倍数提高几倍到十几倍,浓缩液可以采用压滤方法回收分散染料,透过液中含有MF等分散剂,采用纳滤处理,纳滤产水达到生产用水标准,回用生产,纳滤浓缩液排至污水站处理。在回收染料产生经济效益的同时,还大大减小了污水处理站的处理负荷。本文采用管式超滤+纳滤技术,对分散染料研磨锅冲洗水进行处理,并对处理工艺进行中试研究。1实验部分1.1实验装置和设备管式超滤膜:组件尺寸:Φ50mm×1000mm,膜材质:聚偏氟乙烯(PVDF),膜管直径12mm,膜孔径0.03μm,有效膜面积0.25m纳滤膜:组件型号:4040,膜材质为聚酰胺,脱盐率(NaCl)90%,有效膜面积7.4m实验废水:分散染料研磨锅冲洗水,包含分散蓝、分散黄、分散红等多种分散染料研磨冲洗水。实验装置主要由原液罐、供水泵、管式超滤膜、中间罐、高压泵、纳滤膜组成,其中原液罐容积1000L,材质PE;供水泵流量8t/h,扬程30m,为管式超滤膜供水。1.2工艺管式超滤+纳滤工艺流程如图1所示。1.3超滤膜运行特性将分散染料研磨废水加入原液罐中,启动供水泵,使超滤膜透过液进入中间罐,浓缩液回流原液罐,调节管式超滤膜的进水流量和压力,记录不同工艺条件下的膜通量,并对超滤膜透过液和浓缩液进行水质分析。在中间罐中有一定量超滤产水后,启动高压泵,使纳滤透过液排出,纳滤浓缩液回流中间罐,调节纳滤膜进水压力和流量,记录不同工艺条件下的膜通量,并对纳滤膜透过液和浓缩液进行水质分析。2结果与讨论2.1质量浓度、cod分散染料研磨锅冲洗水中含有很高浓度的分散染料细小颗粒,还含有MF等分散剂,颜色呈棕黑色,SS质量浓度为14.5g/L;色度>50000倍;COD为30g/L。废水中的分散染料颗粒细小,粒径约1μm,在水中以悬浮状态存在,不易沉淀和分离。采用流道宽、耐污染能力强的管式超滤膜对废水进行中试实验,考察不同运行压力、膜面流速、运行时间、浓缩倍数等工艺条件下的膜分离性能。2.1.1fmpa时膜通量在采用管式超滤处理研磨锅冲洗水的过程中,膜运行压力对膜通量影响较大,随着运行压力增加,膜通量增加,当压力分别为0.1、0.15、0.2、0.25、0.3MPa时,膜通量分别为63、105、138、151、160L/h。结果表明,在运行压力超过0.20MPa后,膜通量增加幅度减小,这主要是因为分散染料废水中染料浓度较高,在膜过滤过程中,染料颗粒会有部分附着于膜表面,在膜表面形成污染层,阻碍水的通过,使膜通量减小,运行压力越大,形成的污染层厚度越大,越致密,对水透过的阻力越大,使膜通量随运行压力增加的幅度放缓。因此综合考虑运行压力、膜通量及能耗,运行压力0.25MPa为最优运行压力。2.1.2膜面流速对膜通量的影响管式膜由于流道宽,膜面流速快,水中污染物不易在膜表面附着,因此膜面流速对管式膜的通量有很大影响,通过调节管式膜的进水流量,调节管式膜的膜面流速,研究膜面流速与膜的通量的关系,当膜面流速分别为0.5、1、1.5、2、2.5、3m/s,膜通量分别为73、84、104、132、158、162L/h。结果表明,膜面流速越快,膜通量越大,膜面流速增加到2.5m/s后,膜通量随膜面流速增加趋势放缓。因为膜面流速越快,膜的进水流量越大,能耗越高,综合考虑能耗和膜通量,膜面流速2.5m/s为最优。2.1.3管式膜通量与运行时间的关系通常使用膜处理废水的过程中,膜通量会随运行时间增加而逐渐减小,需要进行定期清洗来恢复膜通量。分散染料冲洗水浓度不变的条件下,管式膜通量与运行时间的关系如图2所示。由图2可知,在管式膜处理分散染料研磨锅冲洗水的过程中,膜通量随运行时间波动,总体保持稳定,这说明管式膜在处理分散染料废水过程中膜通量保持相对稳定,没有随运行时间增加明显减小。2.1.4浓缩个数对膜通量的影响在管式膜处理分散染料废水的过程中,随着透过液的排出,废水中悬浮物和固含量会逐渐增加,对膜通量会有较大影响。不同浓缩倍数与膜通量的关系如图3所示。由图3可知,随着浓缩倍数的增加,膜通量逐渐减小,在浓缩倍数超过15倍后,膜通量减小幅度增加。这主要是因为随着浓缩倍数增加,浓缩液中SS含量大幅度升高,膜污染程度增加,再加上浓差极化的作用,膜通量有较大幅度减小。由表1可知,在废水浓缩到10倍时,废水中SS质量浓度已达到132g/L,绝大部分是分散染料产品颗粒,可采用压滤的方法回收染料,每吨废水可回收染料10kg以上,产生可观的经济效益,而管式超滤透过液水质变化不大。2.1.5废水体积和膜通量的变化中试实验采用间歇运行方式,分批处理废水,一批废水处理量为500L,浓缩10倍后排出浓缩液,然后加入下一批废水,膜通量随运行时间而波动,结果如图4所示。从图4中可以看出,在每个运行周期中,废水体积逐渐减小,膜通量逐渐减小,在下一个周期中,膜通量又恢复到上周期的初始水平。这主要是因为随着过滤过程的进行,透过液不断排出,废水体积逐渐减少,废水浓度逐渐增加,膜通量逐渐减少,在更换下一批物料后,废水浓度降低,在较快膜面流速下,膜表面污染物被冲走,再加上浓差极化程度降低,膜通量增加,最终膜通量得到恢复。说明管式膜在使用过程中具有自清洗功能,在处理分散染料废水过程中通量可以保持稳定长时间运行,不需进行频繁清洗。2.2纳滤膜深度处理、研磨炉清洁水超滤膜由于分散染料研磨锅废水中含有MF等可溶性分散剂,在管式超滤膜处理后,水中色度及COD仍然很高,需采用纳滤膜进行深度处理。2.2.1压力对膜通量的影响在采用纳滤膜处理超滤后的研磨锅冲洗水的过程中,膜运行压力对膜通量影响较大,随着运行压力增加,膜通量增加。由图5可知,膜通量与运行压力基本呈线性关系。2.2.2浓缩个数选择在采用纳滤膜处理超滤后的研磨锅冲洗水的过程中,膜通量随浓缩倍数增加逐渐减小。研究表明,原液膜通量为80L/h,浓缩倍数分别为1.5倍、2倍和3倍,对应的膜通量为72、72、56L/h。结果表明,在浓缩液到3倍时,膜通量下降了30%。由表2可知,纳滤膜产水水质稳定,色度和COD有大幅降低,达到回用水和排放标准,可以作为冲洗水回用,或达标排放。采用纳滤处理后,分散染料冲洗水回用率可以达到60%以上。ááá???????èá2.2.3运行时间波动纳滤中试实验采用间歇运行方式,分批处理废水,一批废水处理量为500L,浓缩3倍后排出浓缩液,然后加入下一批废水,膜通量随运行时间而波动,结果如图6所示。由图6可知,在每个运行周期中,随着过滤过程的进行,透过液不断排出,废水浓度逐渐增加,膜通量逐渐减少,在更换下一批物料后,膜通量又逐渐恢复,但随着运行的进行,膜通量总体呈下降趋势,纳滤膜在运行一定周期后,需进行清洗操作,以保证可以稳定长时间运行。在实验中,采用自来水对纳滤膜进行冲洗,清洗时间30min,纳滤膜基本恢复到初始时的通量。3回收率及精密度分散染料研磨锅冲洗废水中含有大量的分散染料颗粒和分散剂,采用管式超滤膜处理分散染料研磨锅冲洗废水,可以有效截留废水中的分散染料颗粒,浓缩倍数可达到10倍以上,每吨废水可回收分散染料10kg以上