陶瓷膜在洗米废水回收中的应用

周利跃 刘 飞

(南京九思膜科技有限公司，江苏 南京 211800)

大米是世界上一半人口的主要粮食，也是食品制造业和酿造业的主要原料之一[1]。大米作为我国传统主食, 在人们膳食构成中占有十分重要的位置[2]。另外，大米制品可以作为食品添加剂，如米粉或米浆。大米制作米粉的过程中，通常需要用清水进行清洗，主要生产流程包括：原料→洗米→浸泡→粉碎→过滤→压滤→干燥→成品[3]。洗米水的排放量很大，其重复利用一直都是大米加工领域关注的重点。洗米水中含有大量淀粉，若直接排放，会提高污水的COD、BOD和悬浮物(SS)，造成对环境的污染，因此必须对洗米废水进行处理。膜分离技术具有操作过程简单、无相变、无二次污染、高效节能、占地小等优点，目前在工业中已得到广泛的应用，例如环保、水处理、化工、冶金、能源、医药、食品、仿生等领域[4,5]。本文采用无机陶瓷膜对洗米废水进行处理，回收洗米水中的淀粉，同时透过液可回收再用于洗米工段，实现水资源循环利用，变废为宝，从而减轻企业的负担，具有良好的经济效益和环境效益。

1 试验部分

1.1 原水水质

试验废水来自洗米工段产生的废水，其主要水质指标如表1所示。其中废水中的COD主要来源于淀粉成分。

表1 废水水质分析

2.2 试验装置与试验方法

采用的陶瓷膜以α-Al2O3/ZrO2为原材料烧制而成，膜元件参数：19通道，膜管外径30 mm，通道直径4 mm，膜元件长度1 016 mm，膜面积0.22 m2，陶瓷膜孔径50 nm。陶瓷膜过滤装置流程如图1所示。

试验废水经过沉降后去除泥沙等杂质，上清液倒入原水罐，经过循环泵加压提升至陶瓷膜组件进行错流过滤，透过液进入产水罐，浓缩液继续循环回流至原水罐，装置采用气顶液方式实现反冲洗，即正常过滤时，透过液先进入反冲罐，反洗时采用压缩空气通入反冲罐，实现膜表面污染物的快速反冲洗。

图1 陶瓷膜过滤装置流程图Fig. 1 Experimental setup of ceramic membrane system

陶瓷膜过滤装置运行参数设定为：跨膜压差0.10 MPa，膜面流速2～3 m/s，反冲洗时间为3 s，排气时间为4 s，反洗周期为15 min，反冲压力为0.3 MPa。

2 结果与分析

2.1 陶瓷膜运行通量变化情况

取洗米废水上清液水样42.0 kg，倒入陶瓷膜装置的原水罐，运行装置，考察陶瓷膜通量随浓缩倍数增加的变化情况，如图2所示。

试验过程中，浓缩液不断循环回流至原水箱，废水温度会逐渐升高，而温度上升会导致废水中淀粉形态等发生变化，影响回收价值，因此采取原水箱夹套冷却的方式控制废水温度，废水温度从30℃上升至36℃，变化相对较小。

图2 陶瓷膜运行通量变化情况Fig. 2 Flux change of ceramic membrane

由图2可知，陶瓷膜的起始通量较高，约254 L/m2·h。运行10 min后，膜通量下降到180 L/m2·h左右，主要是由于膜表面迅速形成浓差极化导致。在运行至80 min后，原水箱的废水浓度越来越高，通过提升膜面流速，可以有效缓解浓差极化对膜通量的影响，该阶段平均膜通量约为150 L/m2·h。试验结束后，收集原水箱的浓缩液称重为4.0 kg，浓缩倍数为10倍以上，折算得废水回收率为90%以上。

2.2 水质分析

试验分别取废水原液、10倍浓缩液和透过液进行分析，水质情况如表2和图3所示。

表2 原水、浓缩液和透过液水质分析结果

图3 洗米水陶瓷膜处理前后对比Fig. 3 The appearance of feed water and penetrate

由表2得知，陶瓷膜对洗米废水处理效果优良，透过液的浊度和SS得到明显去除，其去除率大于98%，可以直接回用于洗米工段，达到节水目的。陶瓷膜浓缩液含SS较高，主要成分为淀粉，该浓缩液可以用于制作饲料等副产品。

3 总结

采用陶瓷膜过滤洗米废水，运行膜通量高，在浓缩倍数高达10倍的情况下，膜通量基本稳定在150 L/m2·h。浓差极化对膜通量影响较大，通过提升膜面流速可以有效缓解浓差极化对膜通量的影响。

通过本方法，一方面可回收90%以上的废水循环利用，另一方面，浓缩液因富含大量淀粉，可制作饲料等副产品，具有良好的经济和环境双重效益。