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        陶瓷膜在洗米廢水回收中的應(yīng)用

        2020-06-08 13:44:10周利躍
        化工時刊 2020年1期
        關(guān)鍵詞:水質(zhì)

        周利躍 劉 飛

        (南京九思膜科技有限公司,江蘇 南京 211800)

        大米是世界上一半人口的主要糧食,也是食品制造業(yè)和釀造業(yè)的主要原料之一[1]。大米作為我國傳統(tǒng)主食, 在人們膳食構(gòu)成中占有十分重要的位置[2]。另外,大米制品可以作為食品添加劑,如米粉或米漿。大米制作米粉的過程中,通常需要用清水進(jìn)行清洗,主要生產(chǎn)流程包括:原料→洗米→浸泡→粉碎→過濾→壓濾→干燥→成品[3]。洗米水的排放量很大,其重復(fù)利用一直都是大米加工領(lǐng)域關(guān)注的重點。洗米水中含有大量淀粉,若直接排放,會提高污水的COD、BOD和懸浮物(SS),造成對環(huán)境的污染,因此必須對洗米廢水進(jìn)行處理。膜分離技術(shù)具有操作過程簡單、無相變、無二次污染、高效節(jié)能、占地小等優(yōu)點,目前在工業(yè)中已得到廣泛的應(yīng)用,例如環(huán)保、水處理、化工、冶金、能源、醫(yī)藥、食品、仿生等領(lǐng)域[4,5]。本文采用無機陶瓷膜對洗米廢水進(jìn)行處理,回收洗米水中的淀粉,同時透過液可回收再用于洗米工段,實現(xiàn)水資源循環(huán)利用,變廢為寶,從而減輕企業(yè)的負(fù)擔(dān),具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

        1 試驗部分

        1.1 原水水質(zhì)

        試驗廢水來自洗米工段產(chǎn)生的廢水,其主要水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。其中廢水中的COD主要來源于淀粉成分。

        表1 廢水水質(zhì)分析

        2.2 試驗裝置與試驗方法

        采用的陶瓷膜以α-Al2O3/ZrO2為原材料燒制而成,膜元件參數(shù):19通道,膜管外徑30 mm,通道直徑4 mm,膜元件長度1 016 mm,膜面積0.22 m2,陶瓷膜孔徑50 nm。陶瓷膜過濾裝置流程如圖1所示。

        試驗廢水經(jīng)過沉降后去除泥沙等雜質(zhì),上清液倒入原水罐,經(jīng)過循環(huán)泵加壓提升至陶瓷膜組件進(jìn)行錯流過濾,透過液進(jìn)入產(chǎn)水罐,濃縮液繼續(xù)循環(huán)回流至原水罐,裝置采用氣頂液方式實現(xiàn)反沖洗,即正常過濾時,透過液先進(jìn)入反沖罐,反洗時采用壓縮空氣通入反沖罐,實現(xiàn)膜表面污染物的快速反沖洗。

        圖1 陶瓷膜過濾裝置流程圖Fig. 1 Experimental setup of ceramic membrane system

        陶瓷膜過濾裝置運行參數(shù)設(shè)定為:跨膜壓差0.10 MPa,膜面流速2~3 m/s,反沖洗時間為3 s,排氣時間為4 s,反洗周期為15 min,反沖壓力為0.3 MPa。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 陶瓷膜運行通量變化情況

        取洗米廢水上清液水樣42.0 kg,倒入陶瓷膜裝置的原水罐,運行裝置,考察陶瓷膜通量隨濃縮倍數(shù)增加的變化情況,如圖2所示。

        試驗過程中,濃縮液不斷循環(huán)回流至原水箱,廢水溫度會逐漸升高,而溫度上升會導(dǎo)致廢水中淀粉形態(tài)等發(fā)生變化,影響回收價值,因此采取原水箱夾套冷卻的方式控制廢水溫度,廢水溫度從30℃上升至36℃,變化相對較小。

        圖2 陶瓷膜運行通量變化情況Fig. 2 Flux change of ceramic membrane

        由圖2可知,陶瓷膜的起始通量較高,約254 L/m2·h。運行10 min后,膜通量下降到180 L/m2·h左右,主要是由于膜表面迅速形成濃差極化導(dǎo)致。在運行至80 min后,原水箱的廢水濃度越來越高,通過提升膜面流速,可以有效緩解濃差極化對膜通量的影響,該階段平均膜通量約為150 L/m2·h。試驗結(jié)束后,收集原水箱的濃縮液稱重為4.0 kg,濃縮倍數(shù)為10倍以上,折算得廢水回收率為90%以上。

        2.2 水質(zhì)分析

        試驗分別取廢水原液、10倍濃縮液和透過液進(jìn)行分析,水質(zhì)情況如表2和圖3所示。

        表2 原水、濃縮液和透過液水質(zhì)分析結(jié)果

        圖3 洗米水陶瓷膜處理前后對比Fig. 3 The appearance of feed water and penetrate

        由表2得知,陶瓷膜對洗米廢水處理效果優(yōu)良,透過液的濁度和SS得到明顯去除,其去除率大于98%,可以直接回用于洗米工段,達(dá)到節(jié)水目的。陶瓷膜濃縮液含SS較高,主要成分為淀粉,該濃縮液可以用于制作飼料等副產(chǎn)品。

        3 總結(jié)

        采用陶瓷膜過濾洗米廢水,運行膜通量高,在濃縮倍數(shù)高達(dá)10倍的情況下,膜通量基本穩(wěn)定在150 L/m2·h。濃差極化對膜通量影響較大,通過提升膜面流速可以有效緩解濃差極化對膜通量的影響。

        通過本方法,一方面可回收90%以上的廢水循環(huán)利用,另一方面,濃縮液因富含大量淀粉,可制作飼料等副產(chǎn)品,具有良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境雙重效益。

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