当前的世界环境

介绍

Textile is one of the major industrial sectors in the world which requires huge amounts of consumables for different processes such as dyeing, washing, sizing, finishing and rinsing that consists of many types of chemical reagents include i.e. polyurethane, polyamide, phosphates, softening agent, stiffening agents and chelating agents¹．在纺织品加工过程中，已经生产了大量的纺织废水。从纺织品加工产生的废水高度浓缩，它包括大量的氨，有毒元素，有机物和非可生物降解物质^2-4．这些污染物会长期对环境造成严重影响，因此必须对纺织废水进行适当的处理，消除这些剧毒污染物，以减少危险化学品对环境的影响。

有各种方法可用于治疗纺织废水，其中包括物理化学和生物学方法主要利用^5,6．在物理化学技术中，各种方法用于治疗纺织废水。其中一些是氧化，离子交换，吸附，凝血等。^7,8．此外，在吸附、离子交换和混凝过程中，有机污染物从一个阶段释放到另一个阶段，没有任何去除。采用电化学氧化法、臭氧氧化法、Fenton氧化法和光催化氧化法对有机污染物进行了有效去除。这些流程需要很高的成本，因此，行业没有实施这些流程。另一方面，生物工艺是处理纺织废水最频繁和最经济的替代方法^9.．与物理化学过程相矛盾的是，生物过程是一种生态友好的技术，因为它通过防止二次污染物的产生而将污染物全部去除，而且维护成本低^5、10．

膜技术是一种高级活性污泥工艺的组合，其中废水处理是在活性生物质的存在下通过微滤和超滤膜完成的^11.．生物反应器（MBR）技术正在发挥恢复废水的质量，并提高水的可持续性，因为MBR促进了水的可重用性及其分散治疗的可用性选择。MBR技术的主要益处是总固体去除，染料的生物降解能力高，氮，碳和有机污染物的高能力，因为膜的小孔尺寸小^12.．典型的滤膜孔径在0.01 ~ 0.1μm之间，可以有效地抑制废水中外部的细菌。因此，膜技术是去除约98%的有机化合物、细菌、不可降解物质和染料的较好选择，是替代传统废水处理的较优选择，推动了膜技术的新发明^13.．

经历精心精细的文献研究后，在这项工作中进行了尝试，以研究市售的聚醚砜（PES）膜在试验规模SMBR模型中处理纺织废水的性能。本研究的目的是获得理想的操作条件，以提高COD，BOD的去除性能，没有_3.-N，TSS，TP，浊度，电导率和颜色。聚醚砜（PES）膜的性能在不同的HRT和OLR中进行。在纺织废水处理中施加膜技术之前，这项工作可以考虑作为初步阶段。此外，这项工作的结果可以是正在研究飞行员规模SMBR模型的新研究人员的参考点。

方法

选择膜

本研究使用的薄膜中空纤维超滤微孔聚醚砜(PES)膜的平均孔径为0.02 μm，购自印度浦那的Aquaplus净水器pv . Ltd。膜的表面积为0.038 m²内径0.6 mm，外径0.8 mm。此外，对购买的膜进行了有限元分析和接触角测量。表1表明这聚醚砜(PES)膜规范。

表1：膜规格。

膜的表征

对其与EDAX

在FESEM的帮助下表征了聚醚砜（PES）膜的外表面和横截面形态（型号：S-4800，日本，日本）。聚醚砜（PES）膜的样品在液氮中深深用于获得精确的样品件，然后借助离子溅射涂有金色的膜（型号：E1010，日立，日本）。另外，从edax（Hitachi，E1010），在复杂的分析仪表（SaIF），Kavayitri Bahinabai Chaudhari North Maharashtra University，jalgaon，Maharashtra，印度，从埃克斯（Hitachi，E1010）中获得了聚醚砜（Hitachi）膜的元素组成。

接触角测量

接触角是鉴定亲水性的重要参数^14.．采用固着滴法制备图像处理软件，采用美国新泽西州Rame-Hart仪器(型号21ac)对聚醚砜(PES)薄膜的表面性质和亲水性进行了测定。每个液滴平均沉积在膜表面10 μL，从6个不同方向测量接触角，得出平均接触角。

合成染料溶液

在该研究中，通过使用阴离子磺酸反应性Azo染料来进行SMBR模型的颜色去除性能，即Everzol Black作为颜色样品。图1显示了Everzol黑的化学结构。将2克Everzol Black染料溶于2000 ml蒸馏水中制备Everzol Black原液。然后，在90°C加热1小时使溶液完全溶解。加热后的溶液在水中冷却，并由此制备了1000ppm的Everzol Black原液和200ppm的Everzol Black工作液。在整个运行过程中，将工作溶液随机添加到SMBR模型中，通过比较进水溶液和渗透溶液的浓度来测定去除率。Everzol Black的特性见表2。

图1:Everzol Black的化学结构。 点击这里查看图

表2：Everzol Black的特征。

纺织废水的特点

从M/s洗涤槽中采集纺织废水样品。SMS WALUJ CETP私人有限公司，Aurangabad, m.s.，印度。纺织废水的特性见表3。

表3:纺织废水特性。

分析方法

pH值用Elico(型号:LI614)的数字pH计测量。用汉纳仪器(型号:HI9932)的数字电导率仪测定纺织废水的电导率。pH值和电导率的准确性被两个传感器连续校正，与温度保持一致。浊度按APHA的标准方法，用(HACH，型号:2100Q)浊度计测定^15.．测定电导率和浊度的准确性分别为0.5％至1.0％和0.5 nTU至2.0 NTU。通过使用20ml样品除去10ml的0.025N KMnOâ，“Hg的夹子来测量鳕鱼的浓度通过使用滴定分析来测量。₂所以_4.30毫升H.₂所以_4.，然后在COD消化池中消化2 h。消化后，用蒸馏水稀释至150 ml，用0.1N (NH)滴定_4.）₂Fe（所以_4.）₂·6H.₂加入2-3滴铁蛋白指示剂。用下列公式测定纺织废水中的COD值。



其中，B是用于坯料的ml滴定剂。A是针对样品的Ml滴定剂，V是用于滴定的Ml样品。

采用滴定法测定了纺织废水的生化需氧量。200毫升的样品的稀释1000毫升蒸馏水是确定溶解氧(做)的空白和样品相同的空白和样品测定后5天的孵化通过添加2毫升每个硫酸锰和叠氮化碱性碘在BOD瓶300毫升的空白和样品。然后，加入2-3滴硫酸将形成的沉淀溶解。然后加入2-3滴淀粉指示剂，用0.025N硫代硫酸钠滴定空白和样品的50 ml。对纺织品样品进行DO计算后，按下式计算BOD。

如果在0天，DOI是样品，DOF在第5天是样品，V是样品的体积。

硝酸氮的测定采用比色法，在Elico(型号SL159)的紫外-可见分光光度计上410 nm处吸光度。总磷的分析采用比色法，在紫外-可见分光光度计(Elico，模型:SL159)上取690 nm波长的吸光度。用紫外-可见分光光度计(Elico，型号:SL159)测定纺织废水中的颜色变化。在436 nm波长下测量颜色浓度，通过比较吸光度值与标准曲线计算值。物理参数。TSS、TDS、MLSS和MLVSS采用APHA标准方法进行分析^15.．

SMBR模型设计

在环境和地球科学学院K.B.C.M.M.M.M.中设计和制造了具有75升积极体积的试验规模SMBR模型。大学，贾尔格森（MS）印度。图2显示了SMBR模型的实验设置。用于制造SMBR模型的材料从本地市场购买。丙烯酸片用于制造罐和不锈钢阀门，使用仪表和PVC管以进行必要的要求。SMBR模型总面积为19.03米²其中包含三个区域，面积为6.34米²每个隔间。第一隔室具有用于进料/中和罐的进料/中和罐，其中具有测压器和机械搅拌器的进料泵与流入的连续混合和通气相连。用平均孔径为0.02μm的聚醚砜（PE）和表面积为0.038米的超滤膜²内径和外径分别为0.6和0.8毫米，被放置在第二个隔间的底部，该隔间被命名为“SMBR罐”。在膜下放置空气喷射器，平均流速为3 L/min。带有附真空表的吸水泵用于泵送通过膜的进水。操作时间设定为运行10分钟，反冲洗膜休息30秒。在SMBR水箱中固定了水位控制装置，以保持污水和HRT的恒定水平。连续监测并记录跨膜压力(TMP)、渗透通量、物理化学等参数，评价SMBR模型的整体性能。

图2：SMBR模型的实验组。 点击这里查看图

操作条件和性能监控

SMBR模型的整个运作是在环境和地球科学学院进行K.B.c.M.进行。大学，贾尔格森（MS）印度。在操作开始时，从M / s收集活性污泥。SMS Waluj CETP Private Limited，Aurangabad，M.S.，印度，生物反应器中的细菌的适当生长。通过将纺织品废水从中和/流入储罐喂养90天，分别具有08,06和04小时的不同HRT来连续运行SMBR模型。渗透泵的平均通量设定为19 L / m²/ h和SMBR反应器的容量为240-310 L /天。COD和F / M比率在854-1152mg / L和0.08-0.17g BOD / g MLSS / D中保持，用于估计稳定运算的流出质量。MLS和MLVSS浓度为11,325-12,247和7,023-7,875mg / L.表4显示了SMBR模型的工作参数。在每次10分钟的渗透物流后施加30秒的常规反作用。由于没有弹出生物质，SRT在整个操作中无数。在整体运营期间，连续监测SMBR模型和纺织废水物理化学特性的操作参数。

表4：SMBR模型的操作条件。

结果与讨论

中空纤维表征

通过FESEM检查聚醚砜膜的横截面和外表面形态学性质。聚醚砜膜的内芯在图3A中明显观察到。在膜的横截面中，观察到有三层中空纤维。在内部和外表面附近观察到的指状结构，并且观察到中空纤维横截面的近中间的椭圆形结构。图3b清楚地显示了聚醚砜膜的外表面上的无皮多孔表面。因此，它已被广泛选择废水处理，因为其高性能朝着有机物去除以及悬浮物质。图4显示了鼻塞聚醚砜膜的edax光谱，其中将元素组合物被发现为C：74.83％，O：19.27％和S：6.30％。因此，已经广泛选择了处理废水的原因，因为它对悬浮物和有机物进行了高性能。

图3：聚醚砜(PES)膜的FESEM图像(a)横截面(b)外表面。 点击这里查看图

图4聚醚砜膜的EDAX。 点击这里查看图

接触角用于了解膜表面的亲水性/疏水性，通过测量膜表面和水滴之间的接触角来估计。较低的接触角表示更高的亲水性，间接降低污垢亲和力^16.．图5显示了聚醚砜中空纤维膜的测量水接触角。发现平均膜接触角为62.9°。已经清楚地表明，聚醚砜中空纤维膜具有更强的亲水性，并且还表明，它产生了在膜表面上另外地强调的颗粒的固定。

图5：聚醚砜（PES）膜的接触角图像。 点击这里查看图

COD和BOD去除

在SMBR运行中，HRT是最重要的变量，它不仅与膜的性能有关，而且与SMBR的体积和设计有关。因此，确定SMBR的理想HRT是非常必要的。与常规生物处理工艺的HRT (15-28 h)相比，MBR操作所需的HRT更低(8-10 h)。^17.．根据可靠的研究报告^21页本研究尝试分别在08、06、04 h进行HRT治疗。实测参数的进水和出水值如表5所示。在SMBR的综合性能中，除TP、TDS和电导率外，COD、BOD、NO_3.-N、TSS、浊度和色度处理效果最佳。有机污染物的去除率、进水和出水值，即COD和BOD分别如图6和图7所示。在08.00、06.00和04.00 h HRTs条件下，SMBR对COD的平均去除率分别为86.69%、84.63%和77.51%(表5)。同时，在hrt为08.00、06.00和04.00时，BOD的平均去除率分别为87.02%、86.62%和84.62%。除06.00和04.00 h hrt外，COD和BOD的去除率最高。同样,Friha等还报道，试验型膜生物反应器（MBR）系统已经实现了鳕鱼，BOD的最高除去约为98％和96％^22.．已经表明SMBR大致消除了所有可生物降解的污染物。

表5:SMBR模型运行期间纺织废水的进水和出水值。

图6：SMBR运行过程中COD的去除性能及进水和出水浓度。 点击这里查看图

图7：SMBR操作期间BOD去除和流出物和流出物浓度的性能。 点击这里查看图

硝酸盐 - 氮气去除

没有的流动浓度_3.-N在36-51 mg/L范围内(表5)_3.- 在流出物中分别逐渐下降至6-13mg / L.如图8所示，平均除去NO_3.-N在08.00、06.00、04.00 h, hrt分别为82.44%、79.39%和75.63%。同样,夏等也报告说，他们的平均回答是NO_3.HBPC-MBR处理污染饮用水时-N去除率约为95.1%。^23.

图8：否表现3.-N在SMBR操作期间去除和流出物和流出物浓度。 点击这里查看图

浊度和TSS去除

结果表明，SMBR反应器对TSS的去除率较高，分别为98.79%、98.24%和97.57%。TSS的平均进水浓度为102 ~ 134 mg/L，出水浓度在0.5 ~ 3.7 mg/L范围内逐渐降低。图9显示了整个操作过程中TSS的去除和进水和出水浓度的变化。类似地，浊度也以大量除去。流入流入的浊度浓度为232-316 NTU的范围。发现08.00,06.00，04.00小时，HRT的平均浊度分别为98.16％，97.40％和96.91％。图10显示了整个操作期间浊度去除和流出物和流出物浓度的变化。在整个操作期间，TSS和浊度去除的性能不受操作条件的影响。这些结果表明，SMBR对去除大量有机物和颗粒物质具有重要优势。

图9：SMBR操作期间TSS去除和流出物和流出物浓度的性能。 点击这里查看图

图10：SMBR操作期间浊度去除和流出物和流出物浓度的性能。 点击这里查看图

除颜色

颜色是一个物理化学参数，可以很容易地通过分析方法确定，它提供了有关水质的有价值的细节。图11显示了染料去除和染料浓度在进水和出水中的变化。在08.00、06.00、04.00 h, hrt下的去色率分别为83.52%、81.23%和72.33%。研究表明，SMBR保留了产生降解废水中有机物的胞外酶的活性微生物。同样,Aouni等报道了纳滤膜对纺织废水中> - 90%的色度的去除效果^24.．此外，郑等据报道，用浸没式纳米过滤膜生物反应器去除颜色的研究，达到了99.3％的颜色去除^25.．HRT为08.00 h时达到最大脱色效果，但只比HRT为06.00 h时提高了2%。从技术角度来看，较低的HRT不仅使生物量最小化，而且使生物反应器的尺寸最小化，这对有机物的降解非常重要。研究结果表明，HRT为06.00 h是去除纺织废水中色度的最佳HRT。

图11:SMBR操作过程中的去色性能及进水和出水浓度。 点击这里查看图

OLR对COD去除的影响

OLR对COD去除的影响如图12所示。结果表明，COD去除的总体性能并不受到OLR变化的不利影响。类似地，Baêta等人还报道了MBR反应器中的OLR对COD的去除效率不影响^26.．在08.00,06.00和04.00 H Hrts的SMBR的整个操作期间，OLR的范围为0.317-0.699,0.567-1.213和0.913-1.854 kg bod / m^3.．d。

图12:在SMBR运行中，OLR对COD去除的影响。 点击这里查看图

F / M比对BOD的影响

常规活性污泥系统的F/M值在0.07 ~ 1.6/d范围内，但在SMBR运行中，F/M值通常小于0.1/d^18.．由于被膜截留，SMBR中的微生物活性仍然很高。在较低的食物/生物量比下，污泥的BOD去除率最高，沉降性较好。在本研究中，F/M值分别为0.082 ~ 0.141、0.081 ~ 0.174和0.082 ~ 0.154 g BOD/g MLSS。d，分别在08、06和04小时HRTs。F/M比对BOD的影响如图13所示。SMBR中大量的MLSS降低了F/M比。因此，在较低的F/M比和较高的单位体积微生物量下，BOD的降低幅度较大。膜的F/M比也限制了生物质的特性，间接影响膜的污染敏感性^27.．

图13:SMBR运行中F/M比对BOD去除的影响。 点击这里查看图

渗透通量，跨膜压力和膜清洗

TMP在08.00、06.00、04.00 h和hrt的变化范围分别为1.9 ~ 2.5、2.3 ~ 3.4和2.5 ~ 3.5 psi。这是由于膜被中度污染，导致渗透通量逐渐下降。这在整体性能中反复发生。为此，每运行10分钟后，对膜进行30秒的常规反冲洗。每15天的间隔,一个让其它化学清洗是由泡膜与柠檬酸和次氯酸钠5 h。清洗后膜,TMP逐渐降低了从3.5到2.3 psi和渗透通量达到23 L / m²/小时。在08.00,06.00,04.00小时，HRT的平均渗透通量在19.4-24.3,16.4-23.7和14-20.8 L / m的范围内。²/ h分别。图14示出了在整个操作期间的TMP和渗透通量的变化。已经表明，常规化学清洁增加了膜的渗透性，并且它保持恒定的渗透助焊剂。

图14：在整个SMBR操作期间TMP和渗透通量的变化。 点击这里查看图

结论

在整个SMBR模型的整个操作中，用于治疗纺织废水，除了TP，TDS和电导率，AN> 84％的鳕鱼，BOD，NO_3.-N, TSS，浊度和颜色。OLR、F/M和MLSS浓度的增加对SMBR的性能影响不大。但是,除了04.00 h荷尔蒙替代疗法,COD的去除效率,BOD,不_3.-N、TSS、浊度和色度分别在06.00 h和08.00 h得到，hrt均大于84%。本研究结果表明，06.00 h HRT是处理纺织废水的最佳工艺条件。高浓度的MLSS和微生物的联合作用显著地实现了脱氮，平均去除86%的NO_3.-N和89％的颜色。在整个SMBR术期间使用化学清洁和连续反冲洗的应用的利用显着防止了严重污垢的膜，导致19L / m的平均渗透通量²/小时。在86-90天的操作过程中，膜被中度污染，TMP达到3.5 psi。研究还得出结论，89%的脱色废水可再次用于纺织工业的不同工艺。不可删除的参数。TP、TDS、电导率等需要进一步处理。反渗透或纳滤。试验结果表明，SMBR中试工艺可有效处理纺织废水，可推广应用于纺织废水处理的规模化生产。

承认

作者(甘帕特·莫尔)感谢Shri。感谢G.H.莱索尼基金会为这项研究提供资金支持。作者还感谢Jalgaon北马哈拉施特拉大学Kavayitri Bahinabai Chaudhari环境与地球科学学院院长提供了必要的设施。

命名法

1. SMBR：淹没膜生物反应器
2. HRT：液压保留时间
3. TDS:总溶解固体
4. TSS：总悬浮固体
5. MLSS:混合液悬浮固体
6. MLVSS:混合液，挥发性悬浮固体
7. COD：化学需氧量
8. 生化需氧量
9. TP：总磷
10. OLR：有机装载速率
11. PES：聚醚砜
12. TMP:跨膜压力
13. F/M比率:食物/微生物比率

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