熊 強(qiáng) 張菲菲 姚 忠
(南京工業(yè)大學(xué),江蘇 南京 210009)
超濾/納濾技術(shù)深度處理腸衣廢水的研究
熊 強(qiáng) 張菲菲 姚 忠
(南京工業(yè)大學(xué),江蘇 南京 210009)
采用超濾/納濾技術(shù)對(duì)腸衣廢水進(jìn)行深度處理,研究操作壓力和處理時(shí)間對(duì)膜性能的影響。結(jié)果表明,適宜的超濾壓力為0.25 MPa,運(yùn)行1 h后,腸衣廢水的COD(chemical oxygen demand)、BOD(biochemical oxygen demand)的平均去除率分別大于60%和35%,平均膜通量大于580 L/(m2·h);適宜的納濾壓力為1.4~1.6 MPa,連續(xù)運(yùn)行3 h后,腸衣廢水COD、BOD和氯離子的平均去除率分別大于70%、90%和98%,平均膜通量大于60 L/(m2·h);最終出水的水質(zhì)可以達(dá)到中水回用的要求。
腸衣;廢水;超濾;納濾;膜
腸衣是家畜的大、小腸經(jīng)刮制而成的畜產(chǎn)品,主要用作填制香腸和灌腸的外衣。中國(guó)是世界上腸衣最大生產(chǎn)國(guó),其產(chǎn)量約占全世界腸衣產(chǎn)量的80%,腸衣的出口量已經(jīng)占到世界貿(mào)易額的50%以上。腸衣生產(chǎn)在整個(gè)加工鏈中用水量極大,并且產(chǎn)生大量的有機(jī)廢水。廢水干物質(zhì)中主要成分為氯化物,有機(jī)物則以粗蛋白、氨基酸和脂肪為主,突出表現(xiàn)為高COD、高鹽、高氨氮和易腐臭等特點(diǎn)。對(duì)于可生物降解的有機(jī)廢水,生物處理工藝是最有效和經(jīng)濟(jì)的處理方法之一[1]。但是,生物法在實(shí)際處理腸衣廢水時(shí)遇到了困難,腸衣廢水中的高氯化物含量嚴(yán)重抑制了微生物的生長(zhǎng)和代謝,從而影響到廢水處理的效果,傳統(tǒng)的腸衣廢水處理技術(shù)僅能達(dá)到二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)[2],大量的腸衣廢水得不到有效的利用。膜分離技術(shù)作為20世紀(jì)60年代后迅速崛起的一門(mén)分離新技術(shù),在食品[3,4]、醫(yī)藥、水處理等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。本試驗(yàn)擬采用超濾和納濾技術(shù)對(duì)腸衣廢水進(jìn)行深度處理,以達(dá)到廢水回用的目的。
腸衣加工廢水:采自南通某腸衣加工企業(yè)。廢水CODcr在1 400~1 500 mg/L,BOD在600 mg/L左右,懸浮物SS(suspended substance)在520 mg/L左右,氯離子濃度達(dá)到7 000 mg/L,色度在80左右。
殼聚糖(CTS),脫乙酰度87%活性炭:濟(jì)南海得貝海洋生物工程有限公司;
活性炭:南京正森化工實(shí)業(yè)有限公司;
超濾裝置(陶瓷膜,膜孔徑20 nm):XS-T-01,南京九思高科技有限公司;
納濾裝置:XS-N-40,南京九思高科技有限公司;
納濾膜:DL系列高通量3層復(fù)合膜,截留分子量為150~300道爾頓,美國(guó)GE公司。
1.2.1 腸衣廢水處理工藝 腸衣廢水的處理工藝包括預(yù)處理和深度處理兩個(gè)階段。預(yù)處理的具體工藝:收集腸衣廢水進(jìn)集水池,用稀堿調(diào)節(jié)p H值至7.0,按0.3 g/L加入殼聚糖絮凝30 min[5];絮凝得到的上清液加入2 g/L的活性碳進(jìn)行脫色,脫色處理30 min后過(guò)濾取清液。深度處理主要采用膜處理技術(shù),即預(yù)處理得到的清液先后通過(guò)超濾和納濾裝置進(jìn)行處理,最終的出水經(jīng)過(guò)水質(zhì)檢驗(yàn)合格后回用。本試驗(yàn)主要考察超濾和納濾的操作條件對(duì)膜通量以及水處理效果的影響。
1.2.2 水質(zhì)分析方法
(1)COD的測(cè)定:重鉻酸鉀法(GB 11914——89);
(2)BOD5的測(cè)定:稀釋與接種法(HJ 505——2009);
(3)懸浮物濃度(SS)的測(cè)定:重量法(GB 11901——89);
(4)色度的測(cè)定:稀釋倍數(shù)法(GB 11903——89);
(5)濁度(NTU)的測(cè)定:分光光度法(GB 13200——91);
(6)氯離子的測(cè)定:硝酸銀滴定法(GB/T 11896——89)。
原水經(jīng)過(guò)絮凝、脫色等預(yù)處理后,廢水的色度、COD和BOD值大幅度降低,其中COD和BOD的去除率分別達(dá)到85.7%和82.5%,懸浮物可基本去除,有效減輕了后續(xù)超濾/納濾處理的負(fù)荷。
2.2.1 壓力變化對(duì)膜通量的影響 試驗(yàn)過(guò)程中控制操作壓力在0.1~0.4 MPa,溫度為室溫。改變操作壓力,每個(gè)壓力條件下處理3個(gè)批次,每批處理40 L廢水,連續(xù)運(yùn)行1 h后測(cè)定膜通量,取其平均值,操作壓力對(duì)膜通量的影響見(jiàn)圖1。
圖1 壓力對(duì)超濾膜通量的影響Figure 1 Change of UF flux with pressure
由圖1可知,在0.1~0.25 MPa的壓力范圍,隨著操作壓力的上升膜通量呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì),進(jìn)一步增大操作壓力膜通量的上升趨勢(shì)趨緩,說(shuō)明超濾壓力過(guò)高時(shí)膜表面濃差極化程度增加較快。此外,提高操作壓力雖然可以增大單位膜面積的處理能力,但會(huì)消耗更多的能量、增加處理成本,因此,適宜的操作壓力為0.25 MPa。
2.2.2 膜通量隨時(shí)間的變化 操作壓力為0.25 MPa,溫度為室溫,60 L廢水連續(xù)超濾90 min。每隔15 min測(cè)定一次膜通量,超濾膜通量和運(yùn)行時(shí)間的關(guān)系見(jiàn)圖2。
由圖2可知,超濾在起始時(shí)膜通量很大,但由于濃差極化現(xiàn)象嚴(yán)重,在15 min后就急劇下降,連續(xù)運(yùn)行1 h后膜通量下降趨緩,至1.5 h時(shí)膜通量基本保持不變。
圖2 超濾通量隨時(shí)間的變化Figure 2 Change of UF flux with time
2.2.3 超濾對(duì)廢水的處理效果 操作壓力為0.25 MPa,溫度為室溫,60 L廢水連續(xù)超濾90 min。每隔10 min測(cè)定一次出水的COD和BOD值,以出水COD、BOD去除率為指標(biāo)考察超濾對(duì)廢水的處理效果,結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可知,連續(xù)運(yùn)行1 h超濾對(duì)腸衣廢水COD的去除率在60%以上,對(duì)BOD的去除率在30%以上。因此,在用納濾處理腸衣廢水之前先用超濾處理,可以有效截留水中大顆粒污染物,從而減少納濾過(guò)程的污染程度[6]。
圖3 COD、BOD去除率隨超濾時(shí)間的變化Figure 3 Change of COD and BOD removal efficiency with time
2.3.1 壓力變化對(duì)膜通量的影響 超濾出水進(jìn)一步通過(guò)納濾裝置,改變操作壓力,納濾出水通量的變化見(jiàn)圖4。由圖4可知,隨著操作壓力的上升,膜通量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。說(shuō)明由于操作壓力的增大,膜面污染加劇,膜過(guò)濾阻力也隨之增加,表現(xiàn)為膜通量急劇下降。故適宜的操作壓力為1.4~1.6 MPa,在此條件下每批次操作的平均膜通量大于60 L/(m2·h)。
2.3.2 運(yùn)行時(shí)間對(duì)膜通量的影響 在1.6 MPa的壓力下連續(xù)超濾6 h,膜通量的變化很小(圖5),說(shuō)明試驗(yàn)選用的GE公司DL系列復(fù)合膜對(duì)腸衣廢水的抗污染性較好,能夠適應(yīng)連續(xù)處理的要求。
圖4 壓力對(duì)納濾膜通量的影響Figure 4 Change of NF flux with pressure
圖5 納濾時(shí)間對(duì)膜通量的影響Figure 5 Change of NF flux with time
2.3.3 納濾對(duì)廢水的處理效果 納濾膜出水COD、BOD及氯離子去除率隨時(shí)間的變化見(jiàn)圖6。由圖6可知,連續(xù)運(yùn)行6 h,腸衣廢水COD、BOD的去除率變化不大,其中BOD去除率在90%左右,COD的去除率在70%左右。和超濾相比,納濾處理除了可以進(jìn)一步降低出水的COD和BOD以外,更重要的是脫除廢水中的鹽分[7],腸衣廢水經(jīng)過(guò)納濾處理后氯離子的去除率達(dá)到98%以上,基本達(dá)到了工藝設(shè)計(jì)的要求。
圖6 COD、BOD、氯離子去除率隨納濾時(shí)間的變化Figure 6 Change of COD and BOD and Clremoval efficiency with time
腸衣廢水經(jīng)過(guò)絮凝、脫色、超濾、納濾等工藝處理后,各處理階段出水水質(zhì)的主要指標(biāo)見(jiàn)表1。由表1可知,腸衣廢水經(jīng)過(guò)超濾處理后,水質(zhì)的主要指標(biāo)基本符合國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn),超濾出水再經(jīng)過(guò)納濾處理,出水的水質(zhì)可以達(dá)到中水回用的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。中水回用不僅可以解決腸衣廢水對(duì)環(huán)境的污染,還可以提高水資源的利用總量。
本試驗(yàn)將超濾和納濾技術(shù)應(yīng)用于腸衣廢水的深度處理,取得了良好的處理效果,最終出水水質(zhì)的主要指標(biāo)如COD、BOD、氯離子、懸浮物、色素、濁度等均達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)工藝用水的標(biāo)準(zhǔn),可實(shí)現(xiàn)腸衣廢水的回用。隨著膜分離技術(shù)的發(fā)展,膜性能和膜集成手段的不斷提高、膜制備的成本不斷下降,膜技術(shù)在廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。
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Ultrafiltration and nanofiltration for advanced treatment of casing wastewater
XIONG Qiang ZHANG Fei-fei YAO Zhang
(Nanjing University of Technology,Nanjing,Jiangsu210009,China)
The casing wastewater was treated by ultrafiltration and nanofiltration integrated membrane processes.The effects of operating pressure and process-time on the UF and NF performance were investigated.Results showed that the feasible operation pressure for the UF was 0.25 MPa,processing after 1 h the average COD and BOD removal rate of casing wastewater were over 60%and 35%respectively.And the average membrane flux was over 580 L/(m2·h).The feasible operation pressure for the NF was 1.4~1.6 MPa,processing after 3 h the average COD and BOD and Cl-removal rate of casing wastewater were over 70%and 90%and 98%,respectively,and the average membrane flux was over 60 L/(m2·h).Finally the effluent quality can be achieved in the water reuse requirements.
casing;wastewater;ultrafiltration;nanofiltration;membrane
10.3969/j.issn.1003-5788.2012.01.014
南通市科技局項(xiàng)目(編號(hào):AL2009022)
熊強(qiáng)(1970-),男,南京工業(yè)大學(xué)副教授,碩士生導(dǎo)師。E-mail:xiongqiang@njut.edu.cn
2011-11-01