卷式纳滤膜处理洁霉素废水的研究

纪树兰¹，朱安娜¹，吴卓²，荆一凤²
（1．北京工业大学环境与能源工程学院，北京，100022；
2．中国环境科学研究院水处理研究所，北京，100012）

1 前言

　　洁霉素生产过程中会产生大量高浓度、高色度、气味重的有机废水，生化需氧量极高，水质、水量、pH值和温度波动较大。且废水中残留的洁霉素对微生物有抑制作用，因此用传统的生化法进行处理效果较差。本文采用纳滤膜对洁霉素废水的治理进行实验研究，选择MPS-44和DLNF2-30两种卷式纳滤膜组件对洁霉素废水的透水性能、CODcr和洁霉素的截留率进行了实验，并提出浓缩洁霉素的串联工艺，为纳滤技术处理洁霉素废水提供了参考依据。

2 实验方法

　　2.1实验装置
　　本实验采用孔径为10μm的微滤膜对废水进行预处理，目的是去除大分子杂质和机械杂质，保护纳滤膜。洁霉素发酵废水先用低压泵送经一个微滤装置后，进入料液槽中，再用高压泵压送至纳滤装置，纳滤膜的透过液进入后续生化流程进行进一步的处理，而纳滤膜的浓缩液则回到料液槽反复浓缩。实验流程见图1。
　　2.2实验用膜
　　采用DLNF2-30卷式纳滤膜，有效膜面积0.24m²，纯水通量50L/(m²h)，操作压力≤2.0MPa，由中国科学院大连物化所提供；采用MPS-44卷式纳滤膜，有效膜面积1.4m²，纯水通量40-50L/(m²h)，操作压力≤3.0MPa，由以色列MPW公司提供。
　　2.3分析方法
　　洁霉素的测定采用721型分光光度计，CODcr的测定采用TL-1A型污水CODcr速测仪。

3 结果与讨论

　　3.1 DLNF2-30膜对洁霉素废水的纳滤特性
　　采用相同压力（均为1.5MPa）、相同流量（均为10L/min），对三种不同浓度的水样进行纳滤实验。（1）清水，标为1#水样；（2）低浓度废水（CODcr =2076mg/l，洁霉素=115mg/l），标为2#水样；（3）高浓度废水（CODcr =1.88′104mg/l，洁霉素=339.3mg/l），标为3#水样。实验结果见图2。
　　从图2可看出，三种水样的膜通量（透水速率）在压力、流量不变的情况下随运行时间的增加呈缓慢下降趋势，且随水样中CODcr和洁霉素浓度的升高，膜通量显著下降。这表明废水浓度对膜通量有较大影响。从图2还可看出，CODcr和洁霉素的截留率随运行时间的增加变化不显著，且DLNF2-30膜对3#水样（高浓度废水）的截留率较高，CODcr的平均截留率为84%，洁霉素的平均截留率为97.4%。
　　由于本研究的主要目的是回收废水中的洁霉素，同时为防止出水中残留洁霉素对后续工艺中的微生物产生抑制作用，所以要求膜对洁霉素的截留率尽可能高，而对出水中的CODcr只要能满足生化处理工艺的进水要求即可。另外，为了节省动力、减少投资，要求膜的通量尽可能大，为了同时满足这几个要求，我们将膜通量（J）和洁霉素截留率（R2）综合考虑，引入R2′J作为考察膜性能的一个主要指标。从图2可看出，2#水样的R2′J值比3#水样的该值平均高出近20，说明DLNF2-30膜对低浓度废水的综合处理效果较好。
　　3.2 MPS-44膜对洁霉素废水的纳滤特性
　　采用相同压力（均为3.0MPa）、相同流量（均为10L/min），对三种不同浓度的水样进行纳滤实验。（1）清水，标为1#水样；（2）低浓度废水（，洁霉素=150mg/l），标为2#水样；（3）高浓度废水（CODcr =2.67′104mg/l，洁霉素=300mg/l），标为3#水样。实验结果见图3。
　　从图3看出，MPS-44膜对三种水样的处理效果与DLNF2-30膜基本一致，随着废水中CODcr和洁霉素浓度的升高，通量显著下降。但从对CODcr和洁霉素的截留率曲线看，MPS-44膜对高浓度废水和低浓度废水的截留率都较高，CODcr截留率达95%以上，洁霉素截留率达97%以上，说明MPS-44膜的抗冲击负荷能力较高，稳定性较好。
　　3.3洁霉素的串联浓缩实验
　　上述实验结果表明，DLNF2-30膜对低浓度废水的综合效果较好，而MPS-44膜的抗冲击负荷能力较高。为使洁霉素总的截留效果好，达到回收浓度要求（生产工艺要求洁霉素的回收浓度为2000mg/l左右，CODcr为4000mg/l左右。），我们设计了串联浓缩实验流程。
　　在该流程中，把MPS-44膜作为第一浓缩级，处理浓度较高的原始料液，而DLNF2-30膜作为第二浓缩级，处理MPS-44膜的出水。该流程既考察了MPS-44膜单独浓缩废水的能力，又考察了两膜串联运行时对洁霉素总的浓缩效果。实验数据见表1、表2。

表1 串联流程MPS-44膜的运行结果 浓缩时间（h） 通量J
（L/m²h） CODcr进
（mg/l） CODcr出
（mg/l） R1
（%） 抗生素进
（mg/l） 抗生素出
（mg/l） R2
（%） 0 22.31 11800 462 96.1 211.3 2.7 98.7 10 7.03 38600 1683 95.6 691.9 6.5 99.1 20 3.91 49900 2895 94.2 997.1 10.4
99.0 30 3.05 56200 3624 93.6 1099.0 30.7 97.2 45 1.61 71100 5907 91.7 1297.4 38.3 97.1 60 0.47 92100 17500 81.0 1943.4 114.2 94.1

表2 串联流程DLNF2-30膜的运行结果 浓缩时间（h） 通量J
（L/m²h） CODcr进
（mg/l） CODcr出
（mg/l） R1
（%） 抗生素进
（mg/l） 抗生素出
（mg/l） R2
（%） 0 65.08 518 399 23.0 7.8 0.2 97.7 10 35.66 2351 1001 57.4 10.4 0.2 98.3 20 23.72 4512 1397 69.0 25.6 5.3 79.4 30 17.8 6668 2097 68.6 48.5 7.8 83.9 45 10.49 9218 2895 68.6 71.4 7.8 89.1 60 7.68 13300 4066 64.9 119.7 7.8 93.5

　　从表1看出，使用MPS-44膜作为第一浓缩级，浓缩60h后，废水中的洁霉素浓度由最初的211.3mg/l浓缩为1943.4mg/l，其浓缩倍数为9.02倍。对洁霉素的截留率始终大于94%，CODcr截留率平均为91.7%，基本接近回用要求。从表2看出，使用DLNF2-30膜作为第二浓缩级，60h的浓缩过程中，DLNF2-30膜出水的洁霉素浓度始终低于10mg/l，CODcr的浓度为4066mg/l，基本满足后续生化工艺的要求。两种膜串联运行时对洁霉素的总回收率为95%，满足了回收率90%的设计要求。