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）

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。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

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 試驗(yàn)方法

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）。

2 結(jié)果與討論

2.1 腸衣廢水的預(yù)處理結(jié)果

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 超濾階段的試驗(yàn)結(jié)果

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 納濾階段的試驗(yàn)結(jié)果

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

2.4 出水水質(zhì)

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。

3 結(jié)論

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。

1 李松江，張波，王禹.微電解混凝及生物法處理腸衣加工廢水［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2009，34（4）：102～105.

2 徐建超，章世元，俞路，等.腸衣－肝素加工廢水資源化利用初步探討［J］.飼料工業(yè)，2008，29（18）：63～64.

3 李梅生，趙宜江，張艷，等.陶瓷微濾膜處理生醬油的工藝研究［J］.食品與機(jī)械，2007，23（1）：120～123.

4 余穩(wěn)勝，張鐵，李冰，李琳.超濾膜分離設(shè)備優(yōu)化控制的研究［J］.食品與機(jī)械，2006，22（6）：95～98.

5 吳勤民，趙希榮.不同絮凝劑在腸衣廢水蛋白回收中的應(yīng)用研究［J］.廣西輕工業(yè)，2007（11）：8～10.

6 叢偉，項(xiàng)海，張國(guó)亮，等.超濾／納濾雙模技術(shù)資源化處理印染廢水［J］.水處理技術(shù)，2008，34（10）：75～78.

7 侯立安，劉曉芳.納濾水處理應(yīng)用研究與發(fā)展前景［J］.膜科學(xué)與技術(shù)，2010，30（4）：1～5.

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