膜技術(shù)在木薯淀粉廢水深度處理中應(yīng)用的中試研究

方 輝，朱偉青，陳靜霞，韓 穎，錢(qián) 成

（江蘇維爾利環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆K常州 213000）

木薯淀粉和酒精加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生含蛋白、纖維等物質(zhì)的廢水，故廢水中CODCr、氨氮等污染物含量較高，同時(shí)，由于耗水量較大，其產(chǎn)生的廢水量也相對(duì)較大。本試驗(yàn)通過(guò)采取組合膜處理工藝對(duì)厭氧出水進(jìn)行深度處理[1]，可以將絕大部分廢水處理達(dá)到回用水標(biāo)準(zhǔn)，重新回用到生產(chǎn)加工過(guò)程中，大幅減少木薯淀粉加工過(guò)程的水耗，緩解行業(yè)高水耗與用水緊張的矛盾，有效解決水資源浪費(fèi)問(wèn)題，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。本試驗(yàn)采用集合了超濾、納濾、反滲透為一體的自動(dòng)化程度較高的深度處理集成裝置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)中試試驗(yàn)研究。試驗(yàn)考查了超濾、納濾以及反滲透對(duì)廢水中常見(jiàn)污染物的截留效果,研究了裝置長(zhǎng)期運(yùn)行對(duì)膜性能變化的影響,探索出能夠有效維持長(zhǎng)期穩(wěn)定膜性能的操作方法。

1 材料和方法

1.1 材料和儀器

實(shí)驗(yàn)用廢水是木薯淀粉生產(chǎn)廢水經(jīng)過(guò)厭氧處理后的出水，CODCr約500 mg/L，pH為7.8。試驗(yàn)設(shè)備主要為超濾集成設(shè)備、納濾集成設(shè)備和反滲透集成設(shè)備，其中超濾膜為Berghof，納濾膜和反滲透膜均為DOW。實(shí)驗(yàn)儀器主要為電導(dǎo)率儀、HACH分光光度計(jì)。

1.2 分析方法

分析方法均采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法[1]，其中CODCr的測(cè)定采用快速消解分光光度法，氨氮的測(cè)定采用納式試劑分光光度法，總磷測(cè)定采用鉬酸銨分光光度法。

1.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

設(shè)計(jì)中試工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Process flow chart

廢水經(jīng)過(guò)外置式超濾處理后，厭氧出水中所有的污泥被截留，超濾濃液回流至厭氧系統(tǒng)，確保厭氧系統(tǒng)的污泥濃度[2-3]。采用納濾作為深度處理截留厭氧反應(yīng)中未被處理完全的可溶性有機(jī)物作為液態(tài)肥原料，出水進(jìn)入反滲透系統(tǒng)[4]，反滲透系統(tǒng)截留透過(guò)納濾系統(tǒng)的氨氮，回流補(bǔ)充厭氧系統(tǒng)氮源,并進(jìn)一步保證系統(tǒng)出水效果，同時(shí)對(duì)各個(gè)階段的廢水水質(zhì)進(jìn)行取樣檢測(cè)。本次試驗(yàn)自2015年8月14日開(kāi)始，至2015年9月22日結(jié)束，試驗(yàn)共持續(xù)39 d。

2 結(jié)果與討論

2.1 水質(zhì)情況分析

2.1.1 CODCr分析

連續(xù)12 d分別對(duì)超濾進(jìn)水、超濾清液、納濾清液以及反滲透清液進(jìn)行采樣，并檢測(cè)其CODCr值，測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

圖2 各單元CODCr數(shù)據(jù)圖Fig.2 CODCrdata for each unit

從圖2可以看出，超濾進(jìn)水CODCr在500 mg/L左右，超濾出水CODCr約300 mg/L左右，超濾對(duì)CODcr的截留率約45%；采樣前6 d，納濾出水CODCr在50 mg/L以上，此時(shí)納濾對(duì)CODCr的截留率約80%，采樣的后6 d，納濾出水CODCr平均在30 mg/L左右，此時(shí)納濾對(duì)CODCr的截留率約90%；采樣前6 d未對(duì)反滲透清液采樣測(cè)試，后6 d測(cè)試反滲透清液CODCr值，發(fā)現(xiàn)第8 d和第12 d的反滲透清液近乎于0 mg/L，剩余4 d的CODCr均在7～15 mg/L，反滲透對(duì)納濾清液CODCr的截留率約為50%。綜合超濾、納濾以及反滲透的出水CODCr可知，整套膜集成裝置對(duì)CODCr的截留率在97%左右。

2.1.2 氨氮分析

連續(xù)12 d分別對(duì)超濾進(jìn)水、超濾清液、納濾清液以及反滲透清液進(jìn)行采樣，并檢測(cè)其氨氮值，測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

圖3 各單元氨氮數(shù)據(jù)圖Fig.3 Ammonia nitrogen data for each unit

從圖3可以看出，超濾進(jìn)水氨氮在370 mg/L左右，超濾出水氨氮約350 mg/L左右，超濾對(duì)氨氮的截留率約5%；納濾出水氨氮在280 mg/L以上，此時(shí)納濾對(duì)超濾清液中氨氮的截留率約18%；采樣前6 d未對(duì)反滲透清液采樣測(cè)試，后6 d測(cè)試反滲透清液氨氮值，發(fā)現(xiàn)第9 d和第12 d的反滲透清液氨氮分別為最高值41.2 mg/L、最低值0.22 mg/L，剩余4 d的氨氮均值為22 mg/L左右，反滲透對(duì)納濾清液氨氮的截留率約為92%。綜合超濾、納濾以及反滲透的出水氨氮可知，整套膜集成裝置對(duì)氨氮的截留率在94%左右。

2.1.3 總磷分析

連續(xù)11 d分別對(duì)超濾進(jìn)水、超濾清液、納濾清液以及反滲透清液進(jìn)行采樣，并檢測(cè)其總磷值，測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

圖4 各單元總磷數(shù)據(jù)圖Fig.4 Total phosphorus data for each unit

從圖4可以看出，超濾進(jìn)水總磷在27 mg/L左右，超濾出水總磷約15 mg/L左右，超濾對(duì)總磷的截留率約45%；納濾出水除第6 d數(shù)據(jù)異常，氨氮值為14.93 mg/L外，另外10 d均值在6.5 mg/L左右，此時(shí)納濾對(duì)超濾清液中總磷的截留率約57%；采樣前6 d未對(duì)反滲透清液采樣測(cè)試，后5 d測(cè)試反滲透清液總磷值，發(fā)現(xiàn)第11 d反滲透清液總磷最高，為5.54 mg/L，氨氮均值為0.77 mg/L左右，反滲透對(duì)納濾清液總磷的截留率約為88%。綜合超濾、納濾以及反滲透的出水總磷可知，整套膜集成裝置對(duì)總磷的截留率在97%左右。

2.1.4 電導(dǎo)率分析

連續(xù)3 d分別對(duì)超濾清液、納濾清液以及反滲透清液進(jìn)行采樣，并對(duì)其電導(dǎo)率進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果如表1所示（單位ms/cm）。

表1 各單元電導(dǎo)率數(shù)據(jù)表Tab.1 Electrical conductivity data for each unit

從表1可以看出，納濾清液對(duì)電導(dǎo)率截留率較低，說(shuō)明廢水中的鹽分主要以一價(jià)鹽為主，占到80%以上，故反滲透對(duì)電導(dǎo)率截留率較高，反滲透對(duì)于廢水的脫鹽率較高，達(dá)到92%以上，整個(gè)膜集成裝置對(duì)于鹽分總截留率在93%以上。

2.2 設(shè)備運(yùn)行情況分析

圖5 UF產(chǎn)水量變化情況

淀粉酒精廢水厭氧出水，水質(zhì)pH為7.8左右，偏堿性。由圖5可知，初始運(yùn)行流量超過(guò)設(shè)計(jì)值，但最初9 d，膜通量呈持續(xù)下降狀態(tài)，堵膜現(xiàn)象嚴(yán)重，于第9 d進(jìn)行化學(xué)清洗后恢復(fù)通量。第10 d開(kāi)始整體流量上漲，但呈現(xiàn)的趨勢(shì)為每隔9 d左右，膜通量下降，清洗后通量恢復(fù)，平均產(chǎn)水量主要穩(wěn)定在7 m3/h左右。同時(shí)，由于廢水中有部分木薯渣，超濾前端金屬篩網(wǎng)堵塞現(xiàn)象頻發(fā)，平均每2 d清理一次。

3 結(jié)論

（1）超濾對(duì)于原水中CODCr的截留率達(dá)到45%，納濾對(duì)于超濾清液CODCr的截留率達(dá)到90%，反滲透對(duì)于納濾清液CODCr的截留率達(dá)到50%，該工藝對(duì)于CODCr的截留率高達(dá)97%。

（2）超濾對(duì)于原水中氨氮截留率約5%，而納濾對(duì)于超濾清液氨氮的截留率約18%，反滲透對(duì)于納濾清液氨氮的截留率在92%左右，該工藝對(duì)氨氮總截留率約94%。

（3）超濾對(duì)于原水中總磷截留率約45%，而納濾對(duì)于超濾清液總磷的截留率約57%，反滲透對(duì)于納濾清液總磷的截留率在88%左右，該工藝對(duì)總磷總截留率約97%。

（4）納濾對(duì)于超濾清液鹽分的截留率較低，說(shuō)明整體鹽分以一價(jià)鹽為主，反滲透對(duì)于納濾清液鹽分的截留率在92%左右，該工藝對(duì)鹽分總截留率約93%。

（5）該工藝設(shè)備運(yùn)行情況較為穩(wěn)定,超濾和反滲透的結(jié)垢現(xiàn)象在正常范圍內(nèi)，可通過(guò)定期化學(xué)清洗去除。

（6）根據(jù)工藝裝置對(duì)氨氮和總磷的截留率判斷氨氮和總磷不能直接滿(mǎn)足排放要求，可后續(xù)再加一級(jí)反滲透處理，以保證出水達(dá)標(biāo)或直接回用于生產(chǎn)，有效解決水資源浪費(fèi)問(wèn)題，同時(shí)減少了企業(yè)的一部分生產(chǎn)成本，促進(jìn)了行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。