無(wú)機陶瓷膜MBR處理己內酰胺生產(chǎn)廢水

MBR 是將高效膜分離作用和生物反應器的生物降解作用集于一體的水處理技術(shù)，使用膜組件替代傳統活性污泥法中的沉淀池實(shí)現泥水分離。MBR 工藝出水水質(zhì)穩定、安全性高、出水中細菌和病菌去除率高、無(wú)污泥膨脹、占地面積小、運行管理簡(jiǎn)單。MBR 中所用的膜組件分為有機膜和無(wú)機膜，其中無(wú)機膜比有機膜具有耐高溫、耐有機溶劑、耐酸堿、抗微生物腐蝕、剛性及機械強度好、孔徑均勻、不老化、壽命長(cháng)、可再生等優(yōu)點(diǎn)，在水處理特別是工業(yè)廢水處理領(lǐng)域中，無(wú)機膜具有更廣泛的應用前景。

己內酰胺生產(chǎn)廢水( 簡(jiǎn)稱(chēng)廢水) 是一種難處理的石油化工廢水，主要污染物包括苯、甲苯、有機酸、環(huán)己酮、環(huán)己烷、環(huán)己酮肟、氨氮等，傳統的A /O工藝難以達到有效、穩定的處理效果。

本研究將無(wú)機陶瓷膜分離裝置用于MBR 的膜分離工藝，對廢水進(jìn)行處理，探討了廢水經(jīng)A /O 工藝處理后，再經(jīng)無(wú)機陶瓷膜進(jìn)行泥水分離的效果，以及運行過(guò)程中膜通量的衰減情況和污染膜的清洗與恢復情況。

1 實(shí)驗部分

1．1 試劑和實(shí)驗裝置

氫氧化鈉、鹽酸為工業(yè)純; 其他所用試劑均為化學(xué)純。

MF0．4 /06-00A 型無(wú)機陶瓷膜分離裝置: 湖南恒輝環(huán)保實(shí)業(yè)有限公司，其中膜管表面用于分離的材料為二氧化鋯微孔材料，膜管支撐體為氧化鋁陶瓷，膜通道37 個(gè)，通道直徑3．6 mm，膜孔徑0．2 μm，膜管外徑41 mm，有效膜面積0．428 m2。

1．2 實(shí)驗流程

廢水取自某己內酰胺生產(chǎn)廠(chǎng)，廢水MBR 處理流程見(jiàn)圖1。廢水在集水池中匯集后由泵打入厭氧池和好氧池中進(jìn)行A /O 生物處理，然后廢水流入初沉池中進(jìn)行初步沉淀以降低廢水中的懸浮物質(zhì)量濃度，初沉池出來(lái)的廢水中懸浮物質(zhì)量濃度為15 ～30 mg /L，COD 為200 ～ 450 mg /L。將廢水引入無(wú)機陶瓷膜分離裝置進(jìn)行泥水分離，出水可達標排放，濃縮液通過(guò)泵回流入A /O 流程繼續處理。

圖1 廢水的MBR 處理流程

無(wú)機陶瓷膜運行一段時(shí)間后會(huì )被污染，需要進(jìn)行清洗�？蓪�無(wú)機陶瓷膜分離裝置的出水閥門(mén)關(guān)閉，用清水或配置的溶液在裝置中高速運行，對膜管上的污染物進(jìn)行清洗，清洗時(shí)間為2 h。

1．3 分析方法

采用重鉻酸鉀法測定COD; 采用重量法測定懸浮物質(zhì)量濃度。

2 結果與討論

2．1 無(wú)機陶瓷膜分離裝置的分離效果

采用無(wú)機陶瓷膜分離裝置對初沉池出來(lái)的廢水進(jìn)行處理，共運行10 d。在膜壓差為0．07 MPa的條件下，無(wú)機陶瓷膜分離裝置對廢水中懸浮物質(zhì)量濃度和COD 的去除效果見(jiàn)圖2 和圖3。

由圖2 可見(jiàn): 經(jīng)無(wú)機陶瓷膜分離裝置處理后廢水中懸浮物的質(zhì)量濃度明顯下降，廢水中懸浮物的去除率達90% 以上; 裝置運行穩定后，出水中懸浮物質(zhì)量濃度達1 mg /L 以下。由圖3 可見(jiàn): 實(shí)驗開(kāi)始的前2 天，無(wú)機陶瓷膜沒(méi)有適應廢水中所含污染物分子的大小，廢水的COD 去除效果不佳; 隨著(zhù)累計處理時(shí)間的增加，無(wú)機陶瓷膜孔隙間逐漸聚集微小顆粒，過(guò)濾系統逐漸由微濾向納濾轉化，出水COD 趨于穩定，COD 小于100 mg /L，COD 去除率高于70%。

2．2 膜通量的衰減

無(wú)機陶瓷膜分離裝置的過(guò)濾形式為錯流式過(guò)濾，其過(guò)濾原理示意見(jiàn)圖4。

圖4 無(wú)機陶瓷膜分離裝置的過(guò)濾原理示意

廢水在膜管內高速流動(dòng)，在膜管兩端壓力的驅動(dòng)下，含小分子組分的澄清滲透液從膜管的側表面透過(guò)膜，含大分子組分的混濁濃縮液被膜截流，回流到A /O 流程。無(wú)機陶瓷膜分離裝置的跨膜壓差對廢水在膜管內的錯流流量和膜通量的影響見(jiàn)表1。由表1 可見(jiàn)，膜管兩端的跨膜壓差越大，廢水在膜管中的錯流流量越大，而膜管側表面的膜通量越小。這是因為，廢水在高速流動(dòng)的情況下，流速越大，與流速垂直方向的滲透量越小。

表1 跨膜壓差對廢水在膜管內的錯流流量和膜通量的影響

在跨膜壓差為0．03 MPa 時(shí)，懸浮物質(zhì)量濃度對膜通量的影響見(jiàn)圖5。由圖5 可見(jiàn): 懸浮物質(zhì)量濃度較高時(shí)，膜通量隨時(shí)間延長(cháng)而快速下降，并在快速下降一段時(shí)間后逐步趨于穩定; 懸浮物質(zhì)量濃度較低時(shí)，隨時(shí)間延長(cháng)膜通量下降較小。這是因為，懸浮物質(zhì)量濃度較高時(shí)，膜管出水穩定后通量非常低甚至發(fā)生堵塞，濾餅層迅速形成，使膜孔堵塞，同時(shí)廢水的黏度較大，致使膜通量快速下降。在實(shí)際的工藝運行中，可通過(guò)改善初沉池的沉淀效果，降低懸浮物質(zhì)量濃度，從而提高膜通量。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

在懸浮物質(zhì)量濃度為25．06 mg /L 的條件下，跨膜壓差對膜通量的影響見(jiàn)圖6。由圖6 可見(jiàn): 當跨膜壓差較小時(shí)，錯流流量不高，初始膜通量較高，但初期膜通量下降很快，后期膜通量下降趨緩，但仍較難獲得穩定的膜通量; 當跨膜壓差較大時(shí)，錯流流量較高，雖然初始膜通量較低，但膜通量下降較小，最終膜通量維持在某一定值上下略有波動(dòng)，比較符合裝置長(cháng)周期運行所需要的條件。

2．3 污染膜的清洗和膜通量的恢復

無(wú)機陶瓷膜分離裝置運行一段時(shí)間后，污染膜通量為41．6 L /( m2·h) 。在跨膜壓差為0．03 MPa的條件下，用清水反沖洗后膜通量上升至65．1L /( m2·h) ，膜通量恢復率為27．9%; 用HCl 溶液( pH 為1) 清洗后膜通量上升至113．2 L /( m2·h) ，膜通量恢復率為48．4%; 用質(zhì)量分數為5 % 的NaOH 溶液清洗后膜通量上升至208．7 L /( m2·h) ，膜通量恢復率為89．3 %，且隨清洗時(shí)間延長(cháng)，膜通量幾乎能夠完全恢復。這是因為，NaOH 溶液主要可清除油脂、蛋白質(zhì)、藻類(lèi)等生物污染和膠體污染及大多數的有機物污染，而己內酰胺生產(chǎn)廢水主要含有較多的生物菌團和有機膠體等物質(zhì)，故用NaOH 溶液清洗污染膜的效果最好。

3 結論

a) 采用無(wú)機陶瓷膜分離裝置對己內酰胺生產(chǎn)廢水處理工藝中的初沉池出水進(jìn)行處理，發(fā)現無(wú)機陶瓷膜分離裝置能有效去除廢水中的懸浮物和COD。懸浮物去除率達90%以上，出水懸浮物質(zhì)量濃度在1 mg /L 以下; COD 去除率為70% 以上，出水COD 在100 mg /L 以下。

b) 無(wú)機陶瓷膜分離裝置的跨膜壓差越大，廢水在膜管中的錯流流量越大，膜管側表面的膜通量越小。懸浮物質(zhì)量濃度較高時(shí)，膜通量快速下降; 懸浮物質(zhì)量濃度較低時(shí)，膜通量下降幅度較小。

c) 采用質(zhì)量分數為5%的NaOH 溶液能對無(wú)機陶瓷膜分離裝置的污染膜進(jìn)行有效清洗，膜通量恢復率可達89．3%。（谷騰水網(wǎng)）