茶多酚是茶葉中多酚類(lèi)物質(zhì)的統稱(chēng)，具有明顯的抗菌、防衰老、消除體內過(guò)剩的自由基和抑制癌細胞等作用，被譽(yù)為“輻射克星”，需求旺盛。但是在生產(chǎn)茶粉等飲品過(guò)程中，排出了大量含茶多酚廢水，該廢水色度高，生化性差，如果直接排放，會(huì )對生態(tài)環(huán)境造成嚴重的污染。所以選擇一種經(jīng)濟可行的廢水處理技術(shù)具有重要的生態(tài)意義和環(huán)境意義。目前針對此類(lèi)廢水，主要的處理方法有化學(xué)法、物理法和生化法等。
MBR為膜生物反應器（Membrane Bio-Reactor）的簡(jiǎn)稱(chēng)，是將傳統的生化工藝和膜分離相結合而產(chǎn)生的一種新型高效處理工藝。其工作原理是利用微生物的降解作用來(lái)去除有機物，然后利用膜對膠體顆粒的優(yōu)異截留性能，將活性污泥完全截留在反應池內，使活性污泥濃度大大提高，而且其水力停留時(shí)間（HRT）和污泥停留時(shí)間（SRT）可以分別控制。
本試驗采用預處理—MBR工藝處理茶多酚廢水，目的在于考察該工藝的實(shí)用性及尋找最佳工藝設計參數。
1、試驗部分
1.1 試驗裝置
如圖1所示，試驗裝置由碳鋼內襯玻璃鋼防腐制成。MBR反應器采用“水解酸化-好氧”工藝。反應器有效容積為3m3，水解池與好氧池容積比為1：2，水解池內設攪拌器。膜池選用公司自主研發(fā)的中空纖緯iMBR膜組件，該組件采用開(kāi)放式結構，膜絲被柔性固定在組件框架上，增加了透析產(chǎn)水效率，提高了裝填密度。MBR采用間歇進(jìn)水，間歇出水，抽吸泵按開(kāi)8min停2min的方式運行。
1.2 分析項目及方法
DO：溶解氧儀；pH值：HACH便攜式pH計；COD：重鉻酸鉀法；SV30：污泥靜置沉淀法。
1.3 進(jìn)水水質(zhì)
試驗期間，污水取自漳州某生產(chǎn)速溶茶食品廠(chǎng)的茶葉蒸煮廢水，該公司污水采用分質(zhì)分流的辦法，我們選取其中色度高，COD高的該股生產(chǎn)廢水試驗。
該實(shí)驗水質(zhì)：COD：800~900mg/L
BOD：200~300mg/L
SS：200~300mg/L
pH：5.5~6.5
2、試驗方法
2.1 預處理
由于茶多酚廢水有很強的抑菌作用，可生化性較差。廢水不經(jīng)預處理而直接進(jìn)行好氧生化處理時(shí)，每運行10d左右就出現菌膠團解體的現象。由此可知，對該廢水直接進(jìn)行好氧生化處理是不可行的。所以需經(jīng)過(guò)預處理后才能進(jìn)生化，保證生化系統的正常運行。
取試驗廢水進(jìn)行預處理試驗，先用Ca（OH）2調節廢水pH值至8.0~8.5之間，再分別加入不同濃度的聚合氯化鋁（PAC）進(jìn)行絮凝沉淀試驗，攪拌至反應完全后靜置30min取上清液進(jìn)行分析。
2.2 MBR反應器
取上述混凝沉淀后的上清液進(jìn)行MBR試驗，反應器接種污泥來(lái)自公司園區生活污水站污泥池的剩余污泥。為加快掛膜啟動(dòng)速度，期間向進(jìn)水中補加淘米水，以增加進(jìn)水COD負荷。裝置經(jīng)10d馴化后正式啟動(dòng)。
3、結果與討論
3.1 預處理
該廢水中的茶多酚可以和金屬離子（如Al3+、Ca2+等）反應生成難溶化合物，通過(guò)沉淀來(lái)去除大量的茶多酚，為后續生化處理的順利進(jìn)行創(chuàng )造了條件。反應原理如下：
由于廢水偏酸性，而生化反應的最掛pH值為7~8，所以需要調節廢水的pH值。本試驗決定采用Ca（OH）2而非NaOH來(lái)調節pH值，主要是因為Ca2+還可以與茶多酚生成難溶沉淀，效果更好。再通過(guò)投加優(yōu)質(zhì)聚合氯化鋁（PAC）進(jìn)行絮凝，進(jìn)一步去除水中的茶多酚及大量的懸浮顆粒物，減輕了生化處理的負荷。
由圖2不同加藥量下的COD的去除效果曲線(xiàn)可以看出，PAC的加藥量與COD的去除率成倒U型關(guān)系。如果PAC加藥量不夠，不能很好地架橋聯(lián)接，形成的絮體不夠多，不夠大，絮凝效果不理想。如果加藥量過(guò)多，膠體表面會(huì )與無(wú)機高分子形成排斥，產(chǎn)生“膠體保護”，甚至重新穩定，使絮凝效果變差。從試驗曲線(xiàn)上可以看出，預處理PAC的最佳加藥量約為200mg/L，對COD的去除率最高，約為55%。
3.2 COD去除效果
生化系統采用公司園區內的生活污水回用處理系統的剩余污泥進(jìn)行接種，經(jīng)過(guò)10d的馴化，好氧池的SV30達到30%。在試驗過(guò)程中，通過(guò)調整MBR反應器的進(jìn)出水量來(lái)控制污水在反應器內的水力停留時(shí)間�？刂莆鬯谒獬丶昂醚醭氐耐Ａ魰r(shí)間分別達到12h、24h，水解池與好氧池對COD的去除率分別為25%、86%，出水COD可達到37mg/L；逐漸減少污水在MBR池的停留時(shí)間，發(fā)現一開(kāi)始化COD的去除率變化不大，但在水解池與好氧池的停留時(shí)間分別縮短為8h、16h后，對COD的去除率呈現逐漸變小的趨勢。當水解池跟好氧池停留時(shí)間分別只有2h和4h時(shí)，發(fā)現出水COD接近100mg/L。于是采用悶曝4h的辦法，出水COD下降至60mg/L。
3.3 設計膜通量
MBR工藝最核心部分就是膜產(chǎn)品的選擇和膜通量的確定。本試驗采用的三達公司的膜組件采用化學(xué)穩定性、耐氧化的PVDF材質(zhì)，抗污染能力強，使用壽命長(cháng)，具有獨特的反沖洗特性，在試驗過(guò)程中得到很好的驗證。膜污染是不可避免的，但為了膜系統的長(cháng)期穩定運行，必須設計一個(gè)合適的膜通量。在此通量下運行，膜的跨膜壓差變化不大，膜能承受一定的污染負荷而不污堵，不用經(jīng)常進(jìn)行化學(xué)清洗�，F在一般用臨界通量的概念，它是指膜通量和膜污染的綜合最佳選擇。
臨界膜通量的測定采用通量階梯式遞增法。即在一定操作條件下，采用恒通量的方法，讓膜工作一個(gè)時(shí)間段△T，觀(guān)測跨膜壓差（TMP）在△T的變化。若TMP保持恒定，則調節出水抽吸泵的大小，讓膜通量增加一個(gè)階量，重新觀(guān)測TMP在△T內的變化，如此反復，直到出現TMP在△T內不能穩定為止。
本試驗的膜初始通量設為12L/（m2•h），后面把通量每60min提高2L/（m2•h），觀(guān)察TMP（跨膜壓差）的變化情況。臨界膜通量的試驗結果如圖3所示。
由圖3可知，膜通量與跨膜壓差成正比關(guān)系，當膜通量在20L/（m2•h）以下時(shí)，跨膜壓差都能維持在一個(gè)相對穩定的范圍，當膜通量上升至22L/（m2•h）時(shí)，跨膜壓差隨著(zhù)運行時(shí)間的變化越來(lái)越劇烈�？紤]到膜運行的長(cháng)期穩定性來(lái)看，MBR技術(shù)處理茶多酚廢水適宜的膜臨界通量約為20L/（m2•h）。
3.4 推薦工藝流程
根據中試結果及相關(guān)文獻選擇如圖4所示的工藝流程來(lái)處理含茶多酚廢水。
典型的茶多酚廢水各工藝處理效果如表1所示。
4、結論
投加PAC和Ca（OH）2對茶多酚廢水進(jìn)行預處理是一種經(jīng)濟可行的方法�？刂品磻�pH值在8.0~8.5，PAC的加藥量在200mg/L，COD的去除率可達到55%，茶多酚的去除提高了廢水的可生化性。
采用“預處理+MBR”工藝能夠有效解決茶多酚廢水處理問(wèn)題，并實(shí)現廢水的回用。
建議MBR設計參數為水解池及好氧池水力停留時(shí)間分別為8h和16h，膜通量設計為20L/（m2•h）。（來(lái)源：三達膜環(huán)境技術(shù)股份有限公司）
