工業(yè)廢水的膜法處理和回用技術

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1、工業(yè)廢水的膜法處理和回用技術食品工業(yè)中產(chǎn)生的廢水量大,水質惡劣,對環(huán)境的污染嚴重。味精和酒精生產(chǎn)中的廢水以及大豆、谷物、果蔬、肉類、牛乳和飲料加工中的廢水,是食品工業(yè)廢水的主要來源。文中在對大量文獻資料的調研以及總結膜技術處理廢水工程經(jīng)驗的基礎上,重點討論了用微孔過濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)、反滲透(RO)、電滲析(ED)、滲透汽化(PV)、膜生物反應器(MBR)技術處理食品工業(yè)廢水的現(xiàn)狀,概要分析了膜技術處理與回用食品工業(yè)廢水的工藝參數(shù)、工程運行及其產(chǎn)生的社會效益和經(jīng)濟效益。我國特別是在中小城鎮(zhèn)中分布著大量的食品加工企業(yè),這些企業(yè)的現(xiàn)代化程度和生產(chǎn)規(guī)模日益提高,但是產(chǎn)生

2、的廢水水質惡劣,廢水量不斷增加,對環(huán)境危害十分嚴重。食品工業(yè)包括飲料工業(yè)是耗水大戶,這些耗用的水僅少部分用于食品生產(chǎn)本身,大部分是用于食品生產(chǎn)過程洗滌和清潔的,因此完全可以將這些廢水加以回收利用。基本上以糧食為主要原料的發(fā)酵工業(yè)所產(chǎn)生的污染物主要是由于糧食未被充分利用造成的,因此,排入水環(huán)境的污染物絕大部分是具有回收價值的產(chǎn)品和副產(chǎn)品。早在1990年代,食品工業(yè)中就開始大規(guī)模地采用膜技術處理廢水[1]。用膜技術分離發(fā)酵液中菌體、濃縮產(chǎn)品、開發(fā)新產(chǎn)品、改革生產(chǎn)工藝、提高工藝用水的回用率,具有十分廣闊的前景[2]。在積累了有關膜技術處理廢水工程經(jīng)驗以及研究了大量文獻資料的基礎上,本文針對

3、產(chǎn)生廢水量大、污染嚴重的食品工業(yè)中的酒精和味精生產(chǎn)廢水、大豆、谷物、果蔬、肉類、牛乳和飲料加工廢水,以開發(fā)應用的實例為重點,討論微孔過濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)、反滲透(RO)、電滲析(ED)、滲透汽化(PV)、膜生物反應器(MBR)以及組合不同膜法的集精生產(chǎn)的主要工藝。采用連續(xù)發(fā)酵-PV膜分離的組合工藝,進行燃料乙醇生產(chǎn)[4],大大減少了酒精廢水產(chǎn)生的量。1988年法國Betheniville的甜菜糖廠運用了一套可連續(xù)生產(chǎn)4種純度乙醇,使用膜面積達2400m2,日處理乙醇水溶液為150000L的PV裝置[5]。該甜菜糖廠通過蒸餾-PV與脫硫相結合的集成工藝處理后,乙醇的

4、純度和濃度以及排放的廢水水質是常規(guī)工藝所無可比擬的,生產(chǎn)效益和環(huán)境效益都十分顯著。1.1　處理酵母廢水(1)UF膜法。首先用離心法去除廢水中90%的懸浮物,再用卷式UF膜組件,在一定壓力和流速下,色度去除率可>97%,濃縮達10倍,膜壽命預計為5年。采用8英寸卷式UF膜,總膜面積1176m2,在上述操作條件下,處理廢水量為200m3/d,與蒸發(fā)法相比,每噸廢水的處理費用節(jié)約了1516%[6]。去除酒精廠酵母分離產(chǎn)生的廢水,即對酒精廢液→離心分離→濾渣→干燥→酵母飼料生產(chǎn)過程中離心分離出來的濾液,用熱交換器降溫至65℃(適合UF膜的運行溫度),經(jīng)過濾器預處理后,將清液泵入UF膜裝置處理

5、。UF膜法回收50%蛋白質,其投資費用為蒸發(fā)系統(tǒng)的25%,運行費用僅為蒸發(fā)濃縮法的20%。(2)UF/NF組合膜法。采用卷式UF組件以及復合膜卷式NF組件,以循環(huán)濃縮方式,處理以蔗糖廢糖蜜為原料、生產(chǎn)酒精酵母的酵母生產(chǎn)廢水[7]。工程運行結果表明,UF對殘?zhí)呛桶?、氮的分離率一般在15%～35%。由于殘?zhí)呛桶钡墙湍赴l(fā)酵過程中的營養(yǎng)成分,因此UF透過液可被重新回用于發(fā)酵工序。NF膜對廢水的COD去除率>90%,并接近或達到廢水排放標準。采用天然的、正電荷的殼聚糖絮凝劑對酵母生產(chǎn)廢水有較好的預處理效果,脫色率>60%,COD去除率約20%。1.2　釀酒廢水甘蔗糖廠的副產(chǎn)品———糖蜜生產(chǎn)酒

6、精的企業(yè)排放的廢水中由焦糖色素產(chǎn)生的COD、BOD及色度是生物法難以去除的。用MBR與NF膜集成工藝處理糖蜜制酒精廠排放廢水,出水的COD、色度都達到國家一級排放標準,廢水回收率>80%[8]。表1列出了采用復合的中空纖維大孔(MF/UF)膜裝置(最大膜面積為由55支元件組裝成的385m2)處理釀酒工業(yè)廢水的效果。該復合膜表面涂覆了具有強親水性和強抗蛋白質粘附性能的PVA,因此該復合膜對于富含蛋白質的食品工業(yè)廢水有很好的去除效果。經(jīng)該大孔復合膜處理后,廢水中的BOD、SS的含量都遠低于廢水排放標準。2　味精廢水味精生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢水中殘留等電點提取后的谷氨酸發(fā)酵廢液為含高濃度CODc

7、r、BOD5和高濃度NH32N、SO42-,難以用生化法處理的廢水。(1)UF膜法。采用截留分子量為1萬的UF膜對味精廠排放的廢水進行除菌體和大分子蛋白等成分的處理,在操作溫度、運行壓力、濃縮倍數(shù)等較佳操作條件時,廢水中SS、CODcr的去除率分別為99%、30%,為后序的生物法減輕了處理負荷,可將回收的蛋白進行綜合利用[9]。用膜材料分別為聚砜(PS)、聚丙烯腈(PAN)的UF處理后,COD降低34%,味精廢水中菌體去除率達99%,濃縮倍數(shù)達5倍[10]