膜技術在木薯淀粉廢水深度處理中應用的中試研究

方 輝，朱偉青，陳靜霞，韓 穎，錢 成

（江蘇維爾利環?？萍脊煞萦邢薰?，江蘇常州 213000）

木薯淀粉和酒精加工過程中會產生含蛋白、纖維等物質的廢水，故廢水中CODCr、氨氮等污染物含量較高，同時，由于耗水量較大，其產生的廢水量也相對較大。本試驗通過采取組合膜處理工藝對厭氧出水進行深度處理[1]，可以將絕大部分廢水處理達到回用水標準，重新回用到生產加工過程中，大幅減少木薯淀粉加工過程的水耗，緩解行業高水耗與用水緊張的矛盾，有效解決水資源浪費問題，降低企業生產成本。本試驗采用集合了超濾、納濾、反滲透為一體的自動化程度較高的深度處理集成裝置進行現場中試試驗研究。試驗考查了超濾、納濾以及反滲透對廢水中常見污染物的截留效果,研究了裝置長期運行對膜性能變化的影響,探索出能夠有效維持長期穩定膜性能的操作方法。

1 材料和方法

1.1 材料和儀器

實驗用廢水是木薯淀粉生產廢水經過厭氧處理后的出水，CODCr約500 mg/L，pH為7.8。試驗設備主要為超濾集成設備、納濾集成設備和反滲透集成設備，其中超濾膜為Berghof，納濾膜和反滲透膜均為DOW。實驗儀器主要為電導率儀、HACH分光光度計。

1.2 分析方法

分析方法均采用國家標準方法[1]，其中CODCr的測定采用快速消解分光光度法，氨氮的測定采用納式試劑分光光度法，總磷測定采用鉬酸銨分光光度法。

1.3 實驗過程

設計中試工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Process flow chart

廢水經過外置式超濾處理后，厭氧出水中所有的污泥被截留，超濾濃液回流至厭氧系統，確保厭氧系統的污泥濃度[2-3]。采用納濾作為深度處理截留厭氧反應中未被處理完全的可溶性有機物作為液態肥原料，出水進入反滲透系統[4]，反滲透系統截留透過納濾系統的氨氮，回流補充厭氧系統氮源,并進一步保證系統出水效果，同時對各個階段的廢水水質進行取樣檢測。本次試驗自2015年8月14日開始，至2015年9月22日結束，試驗共持續39 d。

2 結果與討論

2.1 水質情況分析

2.1.1 CODCr分析

連續12 d分別對超濾進水、超濾清液、納濾清液以及反滲透清液進行采樣，并檢測其CODCr值，測試結果如圖2所示。

圖2 各單元CODCr數據圖Fig.2 CODCrdata for each unit

從圖2可以看出，超濾進水CODCr在500 mg/L左右，超濾出水CODCr約300 mg/L左右，超濾對CODcr的截留率約45%；采樣前6 d，納濾出水CODCr在50 mg/L以上，此時納濾對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，此時納濾對CODCr的截留率約90%；采樣前6 d未對反滲透清液采樣測試，后6 d測試反滲透清液CODCr值，發現第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CODCr的截留率在97%左右。

2.1.2 氨氮分析

連續12 d分別對超濾進水、超濾清液、納濾清液以及反滲透清液進行采樣，并檢測其氨氮值，測試結果如圖3所示。

圖3 各單元氨氮數據圖Fig.3 Ammonia nitrogen data for each unit

從圖3可以看出，超濾進水氨氮在370 mg/L左右，超濾出水氨氮約350 mg/L左右，超濾對氨氮的截留率約5%；納濾出水氨氮在280 mg/L以上，此時納濾對超濾清液中氨氮的截留率約18%；采樣前6 d未對反滲透清液采樣測試，后6 d測試反滲透清液氨氮值，發現第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，整套膜集成裝置對氨氮的截留率在94%左右。

2.1.3 總磷分析

連續11 d分別對超濾進水、超濾清液、納濾清液以及反滲透清液進行采樣，并檢測其總磷值，測試結果如圖4所示。

圖4 各單元總磷數據圖Fig.4 Total phosphorus data for each unit

從圖4可以看出，超濾進水總磷在27 mg/L左右，超濾出水總磷約15 mg/L左右，超濾對總磷的截留率約45%；納濾出水除第6 d數據異常，氨氮值為14.93 mg/L外，另外10 d均值在6.5 mg/L左右，此時納濾對超濾清液中總磷的截留率約57%；采樣前6 d未對反滲透清液采樣測試，后5 d測試反滲透清液總磷值，發現第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，整套膜集成裝置對總磷的截留率在97%左右。

2.1.4 電導率分析

連續3 d分別對超濾清液、納濾清液以及反滲透清液進行采樣，并對其電導率進行檢測，測試結果如表1所示（單位ms/cm）。

表1 各單元電導率數據表Tab.1 Electrical conductivity data for each unit

從表1可以看出，納濾清液對電導率截留率較低，說明廢水中的鹽分主要以一價鹽為主，占到80%以上，故反滲透對電導率截留率較高，反滲透對于廢水的脫鹽率較高，達到92%以上，整個膜集成裝置對于鹽分總截留率在93%以上。

2.2 設備運行情況分析

圖5 UF產水量變化情況

淀粉酒精廢水厭氧出水，水質pH為7.8左右，偏堿性。由圖5可知，初始運行流量超過設計值，但最初9 d，膜通量呈持續下降狀態，堵膜現象嚴重，于第9 d進行化學清洗后恢復通量。第10 d開始整體流量上漲，但呈現的趨勢為每隔9 d左右，膜通量下降，清洗后通量恢復，平均產水量主要穩定在7 m3/h左右。同時，由于廢水中有部分木薯渣，超濾前端金屬篩網堵塞現象頻發，平均每2 d清理一次。

3 結論

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

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

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

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

（5）該工藝設備運行情況較為穩定,超濾和反滲透的結垢現象在正常范圍內，可通過定期化學清洗去除。

（6）根據工藝裝置對氨氮和總磷的截留率判斷氨氮和總磷不能直接滿足排放要求，可后續再加一級反滲透處理，以保證出水達標或直接回用于生產，有效解決水資源浪費問題，同時減少了企業的一部分生產成本，促進了行業的可持續發展。