超滤／纳滤技术深度处理肠衣废水的研究

熊 强 张菲菲 姚 忠

（南京工业大学，江苏 南京 210009）

超滤／纳滤技术深度处理肠衣废水的研究

熊 强 张菲菲 姚 忠

（南京工业大学，江苏 南京 210009）

采用超滤／纳滤技术对肠衣废水进行深度处理，研究操作压力和处理时间对膜性能的影响。结果表明，适宜的超滤压力为0.25 MPa，运行1 h后，肠衣废水的COD（chemical oxygen demand）、BOD（biochemical oxygen demand）的平均去除率分别大于60%和35%，平均膜通量大于580 L／（m2·h）；适宜的纳滤压力为1.4～1.6 MPa，连续运行3 h后，肠衣废水COD、BOD和氯离子的平均去除率分别大于70%、90%和98%，平均膜通量大于60 L／（m2·h）；最终出水的水质可以达到中水回用的要求。

肠衣；废水；超滤；纳滤；膜

肠衣是家畜的大、小肠经刮制而成的畜产品，主要用作填制香肠和灌肠的外衣。中国是世界上肠衣最大生产国，其产量约占全世界肠衣产量的80%，肠衣的出口量已经占到世界贸易额的50%以上。肠衣生产在整个加工链中用水量极大，并且产生大量的有机废水。废水干物质中主要成分为氯化物，有机物则以粗蛋白、氨基酸和脂肪为主，突出表现为高COD、高盐、高氨氮和易腐臭等特点。对于可生物降解的有机废水，生物处理工艺是最有效和经济的处理方法之一［1］。但是，生物法在实际处理肠衣废水时遇到了困难，肠衣废水中的高氯化物含量严重抑制了微生物的生长和代谢，从而影响到废水处理的效果，传统的肠衣废水处理技术仅能达到二级排放标准［2］，大量的肠衣废水得不到有效的利用。膜分离技术作为20世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术，在食品［3，4］、医药、水处理等领域得到了广泛的应用和发展。本试验拟采用超滤和纳滤技术对肠衣废水进行深度处理，以达到废水回用的目的。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

肠衣加工废水：采自南通某肠衣加工企业。废水CODcr在1 400～1 500 mg／L，BOD在600 mg／L左右，悬浮物SS（suspended substance）在520 mg／L左右，氯离子浓度达到7 000 mg／L，色度在80左右。

壳聚糖（CTS），脱乙酰度87%活性炭：济南海得贝海洋生物工程有限公司；

活性炭：南京正森化工实业有限公司；

超滤装置（陶瓷膜，膜孔径20 nm）：XS－T－01，南京九思高科技有限公司；

纳滤装置：XS－N－40，南京九思高科技有限公司；

纳滤膜：DL系列高通量3层复合膜，截留分子量为150～300道尔顿，美国GE公司。

1.2 试验方法

1.2.1 肠衣废水处理工艺 肠衣废水的处理工艺包括预处理和深度处理两个阶段。预处理的具体工艺：收集肠衣废水进集水池，用稀碱调节p H值至7.0，按0.3 g／L加入壳聚糖絮凝30 min［5］；絮凝得到的上清液加入2 g／L的活性碳进行脱色，脱色处理30 min后过滤取清液。深度处理主要采用膜处理技术，即预处理得到的清液先后通过超滤和纳滤装置进行处理，最终的出水经过水质检验合格后回用。本试验主要考察超滤和纳滤的操作条件对膜通量以及水处理效果的影响。

1.2.2 水质分析方法

（1）COD的测定：重铬酸钾法（GB 11914——89）；

（2）BOD5的测定：稀释与接种法（HJ 505——2009）；

（3）悬浮物浓度（SS）的测定：重量法（GB 11901——89）；

（4）色度的测定：稀释倍数法（GB 11903——89）；

（5）浊度（NTU）的测定：分光光度法（GB 13200——91）；

（6）氯离子的测定：硝酸银滴定法（GB／T 11896——89）。

2 结果与讨论

2.1 肠衣废水的预处理结果

原水经过絮凝、脱色等预处理后，废水的色度、COD和BOD值大幅度降低，其中COD和BOD的去除率分别达到85.7%和82.5%，悬浮物可基本去除，有效减轻了后续超滤／纳滤处理的负荷。

2.2 超滤阶段的试验结果

2.2.1 压力变化对膜通量的影响 试验过程中控制操作压力在0.1～0.4 MPa，温度为室温。改变操作压力，每个压力条件下处理3个批次，每批处理40 L废水，连续运行1 h后测定膜通量，取其平均值，操作压力对膜通量的影响见图1。

图1 压力对超滤膜通量的影响Figure 1 Change of UF flux with pressure

由图1可知，在0.1～0.25 MPa的压力范围，随着操作压力的上升膜通量呈现明显的上升趋势，进一步增大操作压力膜通量的上升趋势趋缓，说明超滤压力过高时膜表面浓差极化程度增加较快。此外，提高操作压力虽然可以增大单位膜面积的处理能力，但会消耗更多的能量、增加处理成本，因此，适宜的操作压力为0.25 MPa。

2.2.2 膜通量随时间的变化 操作压力为0.25 MPa，温度为室温，60 L废水连续超滤90 min。每隔15 min测定一次膜通量，超滤膜通量和运行时间的关系见图2。

由图2可知，超滤在起始时膜通量很大，但由于浓差极化现象严重，在15 min后就急剧下降，连续运行1 h后膜通量下降趋缓，至1.5 h时膜通量基本保持不变。

图2 超滤通量随时间的变化Figure 2 Change of UF flux with time

2.2.3 超滤对废水的处理效果 操作压力为0.25 MPa，温度为室温，60 L废水连续超滤90 min。每隔10 min测定一次出水的COD和BOD值，以出水COD、BOD去除率为指标考察超滤对废水的处理效果，结果见图3。由图3可知，连续运行1 h超滤对肠衣废水COD的去除率在60%以上，对BOD的去除率在30%以上。因此，在用纳滤处理肠衣废水之前先用超滤处理，可以有效截留水中大颗粒污染物，从而减少纳滤过程的污染程度［6］。

图3 COD、BOD去除率随超滤时间的变化Figure 3 Change of COD and BOD removal efficiency with time

2.3 纳滤阶段的试验结果

2.3.1 压力变化对膜通量的影响 超滤出水进一步通过纳滤装置，改变操作压力，纳滤出水通量的变化见图4。由图4可知，随着操作压力的上升，膜通量呈现先上升后下降的趋势。说明由于操作压力的增大，膜面污染加剧，膜过滤阻力也随之增加，表现为膜通量急剧下降。故适宜的操作压力为1.4～1.6 MPa，在此条件下每批次操作的平均膜通量大于60 L／（m2·h）。

2.3.2 运行时间对膜通量的影响 在1.6 MPa的压力下连续超滤6 h，膜通量的变化很小（图5），说明试验选用的GE公司DL系列复合膜对肠衣废水的抗污染性较好，能够适应连续处理的要求。

图4 压力对纳滤膜通量的影响Figure 4 Change of NF flux with pressure

图5 纳滤时间对膜通量的影响Figure 5 Change of NF flux with time

2.3.3 纳滤对废水的处理效果 纳滤膜出水COD、BOD及氯离子去除率随时间的变化见图6。由图6可知，连续运行6 h，肠衣废水COD、BOD的去除率变化不大，其中BOD去除率在90%左右，COD的去除率在70%左右。和超滤相比，纳滤处理除了可以进一步降低出水的COD和BOD以外，更重要的是脱除废水中的盐分［7］，肠衣废水经过纳滤处理后氯离子的去除率达到98%以上，基本达到了工艺设计的要求。

图6 COD、BOD、氯离子去除率随纳滤时间的变化Figure 6 Change of COD and BOD and Clremoval efficiency with time

2.4 出水水质

肠衣废水经过絮凝、脱色、超滤、纳滤等工艺处理后，各处理阶段出水水质的主要指标见表1。由表1可知，肠衣废水经过超滤处理后，水质的主要指标基本符合国家二级排放标准，超滤出水再经过纳滤处理，出水的水质可以达到中水回用的质量标准。中水回用不仅可以解决肠衣废水对环境的污染，还可以提高水资源的利用总量。

3 结论

本试验将超滤和纳滤技术应用于肠衣废水的深度处理，取得了良好的处理效果，最终出水水质的主要指标如COD、BOD、氯离子、悬浮物、色素、浊度等均达到工业生产工艺用水的标准，可实现肠衣废水的回用。随着膜分离技术的发展，膜性能和膜集成手段的不断提高、膜制备的成本不断下降，膜技术在废水处理领域的应用将越来越广泛。

1 李松江，张波，王禹.微电解混凝及生物法处理肠衣加工废水［J］.环境科学与管理，2009，34（4）：102～105.

2 徐建超，章世元，俞路，等.肠衣－肝素加工废水资源化利用初步探讨［J］.饲料工业，2008，29（18）：63～64.

3 李梅生，赵宜江，张艳，等.陶瓷微滤膜处理生酱油的工艺研究［J］.食品与机械，2007，23（1）：120～123.

4 余稳胜，张铁，李冰，李琳.超滤膜分离设备优化控制的研究［J］.食品与机械，2006，22（6）：95～98.

5 吴勤民，赵希荣.不同絮凝剂在肠衣废水蛋白回收中的应用研究［J］.广西轻工业，2007（11）：8～10.

6 丛伟，项海，张国亮，等.超滤／纳滤双模技术资源化处理印染废水［J］.水处理技术，2008，34（10）：75～78.

7 侯立安，刘晓芳.纳滤水处理应用研究与发展前景［J］.膜科学与技术，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

南通市科技局项目（编号：AL2009022）

熊强（1970－），男，南京工业大学副教授，硕士生导师。E－mail：xiongqiang＠njut.edu.cn

2011－11－01