徐锡言

(广东新大禹环境科技股份有限公司，广东 广州 510000)

0 引言

由于纺织印染工业废水处理的成本较高，因此企业往往在其发展过程中不重视印染行业对于环境的极大影响，忽视对印染废水的处理。而纺织印染工业又是废水排放的主要源头之一。

随着社会的发展，人们对于印染废水的处理和重复再利用也进行了大量的研究，同时取得了相应成果，但由于印染废水的量十分大，其所含有机物浓度较高、溶液碱性大等特征，导致污水处理难度极大。而且印染污水处理理论探究与实际应用有一定差距，因此，印染废水的深度处理研究仍十分重要，在一定程度上影响了印染废水处理工艺的发展。

1 中空纤维膜与陶瓷平板膜简介

1.1 中空纤维膜

中空纤维膜指的是外表处于纤维状，同时具有一定的支撑能力的膜。中空纤维膜是以聚砜、二甲基乙酰胺为原料加工成中间空的腔的纤维丝，再涂抹高渗透性聚合物，使其具有选择性的渗透功能。利用水蒸气、氢、氨和二氧化碳扩散快，而甲烷、氮、氩、氧和一氧化碳扩散渗透较慢的特点，使其分离。中空纤维丝的外径通常为500～600 pum、内径为200～300 pum，构成3～6 m的纤维束将其装到金属壳中，该纤维束一端密封，另一端使用环氧树脂将其粘合。

中空纤维膜是非对称膜中的一种，致密层可置于纤维的外表面也可置于其内表面。对于气体分离膜而言，致密层置于内表面与外表面没有差别。

1.2 陶瓷平板膜

陶瓷膜(ceramic membrane)又称为无机陶瓷膜，是一种通过无机陶瓷材料经特定工艺加工制造成的非对称膜。陶瓷膜有管式陶瓷膜和平板陶瓷膜两种。

平板陶瓷膜的表面分布着许多细小的孔，根据膜表面孔的直径大小不同，使能通过孔径的分子直径不同，从而使得渗透率不同。由于膜两侧的分子浓度不同，产生压力差，该压力差即为驱动力，膜作为过滤介质。在一定压力差的作用下，当废水流经膜表面时，该膜仅允许水无机盐和小分子透过，而阻碍了悬浮物微生物胶等大分子通过，进而实现了分离的目的。

陶瓷膜具备分离效果好、化学性质稳定、耐腐蚀、耐高温、耐细菌、抗污染、可再生、操作过程简便、使用时间长的优点，常用于工艺中的分离、提纯、浓缩、净化等过程。

1.3 平板膜与中空纤维膜对比

1)膜组件受污染程度相对较轻，在一定程度上有助于减轻曝气对膜的污染。中空纤维膜相较而言更容易堵塞，难以进行机械清理，很难清除膜表面的污垢。

2)中空纤维膜在频繁冲洗的过程中反冲洗能耗大，其水动力学控制过程极为复杂。平板膜通常不反冲洗，实际运行中如何进行控制工艺条件是极其重要的内容。随着工艺的不断改进，耐特尔MBR平板膜组件和新加坡世来福MBR平板陶瓷膜组件可以实现反冲洗。

3)平板膜在实际过程中所消耗的能量比中空纤维膜低，其主要原因与膜出水时中空纤维膜管中的压力损失相对较大有关。

4)平板膜硬度大，承受力好，通常不易出现故障，而中空纤维膜相较于平板膜而言，承受力较差，会出现断丝的情况，进而影响出水的水质。

5)平板膜组件的生产与安装过程相对简单，膜的实际维护、更新也相对简单，但由于膜装填密度小，膜在实际制造中的成本高于中空纤维膜。随着膜工艺的不断进步，出现了耐特尔MBR平板膜组件，它既具备了平板膜的优点，同时兼顾了中空纤维膜装填密度大的特点。

2 中空纤维膜与陶瓷平板膜在印染废水深度处理中实验对比

2.1 实验目的

中山某印染工业园废水处理厂深度处理工艺中使用了MBR膜深度处理，为解决MBR单元的中空纤维膜中常出现的堵塞严重、纤维丝易断裂、清洗难度大等问题，研究使用纳米陶瓷平板超滤膜来替换中空纤维膜。

研究废水实际处理过程中，当纳米陶瓷平板超滤膜中通过不同量的废水时，模阻力的变化和膜清洗频率的变化等，进而得出纳米陶瓷平板超滤膜的设计通量值，使其与MBR中空纤维膜进行对比，得出结论。

2.2 实验材料

2.2.1 中空纤维膜

厂家：某环保科技有限公司；性能参数如表1所示。

表1 中空纤维膜性能参数

2.2.2 陶瓷平板膜

厂家：某过滤技术有限公司；性能参数如表2所示。

表2 陶瓷平板膜性能参数

2.3 实验装置

中试进水采用好氧池末端的现有中空纤维膜膜池中的废水，膜池中的污泥浓度为5 000～8 000 mg/L，COD在100～150 mg/L，废水水温为35℃～140℃。

本装置由膜池、产水池、管道设备区、加药区域、电气柜等部分组成，膜池内安装两组陶瓷平板膜塔，膜塔过滤面积为48 m2，最大设计进水量4 m3/h。

膜池进水泵自现有的中空纤维膜膜池，膜塔出水经产水泵至产水池，膜池和产水池均设置排污口和溢流口。膜池内设有穿孔曝气管与微孔曝气管，保证足够的曝气量。中试装置如图1所示。

图1 中试装置图

2.4 试验方法

运行方式采用抽吸9 min，反洗110 s(其中反洗50 s，开、关阀和泵等60 s)，循环运行，每隔15 min记录一次产水浊度、抽吸压力、膜池液位、跨膜压差和产水流量。当跨膜压差达到50 kPa时，进行膜清洗，首先在浓度为1 000 mg/L次氯酸钠溶液中浸泡12 h，用清水冲洗，然后在浓度为2 000 mg/L的柠檬酸溶液中浸泡12 h，用清水冲洗。

2.5 实验结果与分析

2.5.1 陶瓷平板膜应用情况

陶瓷平板膜分别选取了4个膜通量进行中试，分别为：20 LMH、22.5 LMH、25 LMH、30 LMH。

1)通量为30 LMH的中试，分为二个阶段。

阶段一：由于当时设备故障，部分时间手动运行，2021年12月9日运行2 h(手动)、10～11日运行5 h(手动)，设备停止，晚上使用500～800 mg/L的次氯酸钠浸泡。运行曲线如图2所示。

图2 30 LMH阶段一运行曲线

阶段二： 13日起，自动运行状态，连续运行30h，跨膜压差从4.6 kPa增至50 kPa。运行曲线如图3所示。

图3 30 LMH阶段二运行曲线

连续运行30 h后，跨膜压差达到50 kPa，需要进行恢复性清洗。清洗完成后，跨膜压差恢复至3.49 kPa。

2)通量为25 LMH的中试。25 LMH通量下，产水浊度稳定在0.2～0.5 NTU，膜连续运行10 h左右，跨膜压差达到50 kPa，进行了一次恢复性清洗。恢复通量后，又运行了10 h。膜清洗后跨膜压差恢复至3.29 kPa。

3)通量为20 LMH的中试。在此通量下，共连续运行155.5 h，跨膜压差从2.95 kPa增至39.37 kPa，产水浊度稳定在0.2 NTU左右。清洗完成，跨膜压差恢复至3.1 kPa。

4)通量为22.5 LMH的中试。在此通量下，共连续运行了144 h，跨膜压差从3.1 kPa增至24.15 kPa，产水浊度稳定在0.2 NTU左右。此阶段，反洗通量为155 LMH(即7.4 m3/h)。

2.5.2 中空纤维膜应用情况

中空纤维膜分别选取了4个膜通量进行中试，分别为：10 LMH、15 LMH、20 LMH、25 LMH。

1)通量为10 LMH的中试。在此通量下，共运行122 h，跨膜压差从2.55 kPa增至52.45 kPa，产水浊度稳定在0.2 NTU左右。清洗完成，跨膜压差恢复至2.45 kPa。

2)通量为15 LMH的中试。在此通量下，共运行86 h，跨膜压差从2.45 kPa增至55.45 kPa，产水浊度稳定在0.2 NTU左右。清洗完成，跨膜压差恢复至2.65 kPa。

3)通量为20 LMH的中试。在此通量下，共运行39 h，跨膜压差从2.65 kPa增至51.65 kPa，产水浊度稳定在0.2 NTU左右。清洗完成，跨膜压差恢复至2.55 kPa。

4)通量为25 LMH的中试。在此通量下，共运行16 h，跨膜压差从2.55 kPa增至57.05 kPa，产水浊度稳定在0.2 NTU左右。清洗完成，跨膜压差恢复至2.45 kPa。

2.5.3 应用情况

具体应用情况见表3。

表3 应用情况汇总

3 结论

1)与中空纤维膜相比较，陶瓷膜的膜通量更大，约为中空纤维膜的2倍。

2)当具有相同的膜面积时，陶瓷膜的体积比中空纤维膜大得多，因此，中空纤维膜的单位膜面积产水率约为陶瓷膜的2倍多。

3)陶瓷膜相较于中空纤维膜而言更不易堵塞，因此，清洗周期较短。这在一定程度上能够大大降低清洗难度与维护成本，有利于后期的使用。

4)通过研究发现，在产出相同量的水的情况下，陶瓷膜的成本更高。