紀(jì)樹(shù)蘭¹，朱安娜¹，吳卓²，荊一鳳²
（1．北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院，北京，100022；
2．中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院水處理研究所，北京，100012）

1 前言

　　潔霉素生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量高濃度、高色度、氣味重的有機(jī)廢水，生化需氧量極高，水質(zhì)、水量、pH值和溫度波動(dòng)較大。且廢水中殘留的潔霉素對(duì)微生物有抑制作用，因此用傳統(tǒng)的生化法進(jìn)行處理效果較差。本文采用納濾膜對(duì)潔霉素廢水的治理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，選擇MPS-44和DLNF2-30兩種卷式納濾膜組件對(duì)潔霉素廢水的透水性能、CODcr和潔霉素的截留率進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并提出濃縮潔霉素的串聯(lián)工藝，為納濾技術(shù)處理潔霉素廢水提供了參考依據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)方法

　　2.1實(shí)驗(yàn)裝置
　　本實(shí)驗(yàn)采用孔徑為10μm的微濾膜對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理，目的是去除大分子雜質(zhì)和機(jī)械雜質(zhì)，保護(hù)納濾膜。潔霉素發(fā)酵廢水先用低壓泵送經(jīng)一個(gè)微濾裝置后，進(jìn)入料液槽中，再用高壓泵壓送至納濾裝置，納濾膜的透過(guò)液進(jìn)入后續(xù)生化流程進(jìn)行進(jìn)一步的處理，而納濾膜的濃縮液則回到料液槽反復(fù)濃縮。實(shí)驗(yàn)流程見(jiàn)圖1。
　　2.2實(shí)驗(yàn)用膜
　　采用DLNF2-30卷式納濾膜，有效膜面積0.24m²，純水通量50L/(m²h)，操作壓力≤2.0MPa，由中國(guó)科學(xué)院大連物化所提供；采用MPS-44卷式納濾膜，有效膜面積1.4m²，純水通量40-50L/(m²h)，操作壓力≤3.0MPa，由以色列MPW公司提供。
　　2.3分析方法
　　潔霉素的測(cè)定采用721型分光光度計(jì)，CODcr的測(cè)定采用TL-1A型污水CODcr速測(cè)儀。

3 結(jié)果與討論

　　3.1 DLNF2-30膜對(duì)潔霉素廢水的納濾特性
　　采用相同壓力（均為1.5MPa）、相同流量（均為10L/min），對(duì)三種不同濃度的水樣進(jìn)行納濾實(shí)驗(yàn)。（1）清水，標(biāo)為1#水樣；（2）低濃度廢水（CODcr =2076mg/l，潔霉素=115mg/l），標(biāo)為2#水樣；（3）高濃度廢水（CODcr =1.88′104mg/l，潔霉素=339.3mg/l），標(biāo)為3#水樣。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。
　　從圖2可看出，三種水樣的膜通量（透水速率）在壓力、流量不變的情況下隨運(yùn)行時(shí)間的增加呈緩慢下降趨勢(shì)，且隨水樣中CODcr和潔霉素濃度的升高，膜通量顯著下降。這表明廢水濃度對(duì)膜通量有較大影響。從圖2還可看出，CODcr和潔霉素的截留率隨運(yùn)行時(shí)間的增加變化不顯著，且DLNF2-30膜對(duì)3#水樣（高濃度廢水）的截留率較高，CODcr的平均截留率為84%，潔霉素的平均截留率為97.4%。
　　由于本研究的主要目的是回收廢水中的潔霉素，同時(shí)為防止出水中殘留潔霉素對(duì)后續(xù)工藝中的微生物產(chǎn)生抑制作用，所以要求膜對(duì)潔霉素的截留率盡可能高，而對(duì)出水中的CODcr只要能滿足生化處理工藝的進(jìn)水要求即可。另外，為了節(jié)省動(dòng)力、減少投資，要求膜的通量盡可能大，為了同時(shí)滿足這幾個(gè)要求，我們將膜通量（J）和潔霉素截留率（R2）綜合考慮，引入R2′J作為考察膜性能的一個(gè)主要指標(biāo)。從圖2可看出，2#水樣的R2′J值比3#水樣的該值平均高出近20，說(shuō)明DLNF2-30膜對(duì)低濃度廢水的綜合處理效果較好。
　　3.2 MPS-44膜對(duì)潔霉素廢水的納濾特性
　　采用相同壓力（均為3.0MPa）、相同流量（均為10L/min），對(duì)三種不同濃度的水樣進(jìn)行納濾實(shí)驗(yàn)。（1）清水，標(biāo)為1#水樣；（2）低濃度廢水（，潔霉素=150mg/l），標(biāo)為2#水樣；（3）高濃度廢水（CODcr =2.67′104mg/l，潔霉素=300mg/l），標(biāo)為3#水樣。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。
　　從圖3看出，MPS-44膜對(duì)三種水樣的處理效果與DLNF2-30膜基本一致，隨著廢水中CODcr和潔霉素濃度的升高，通量顯著下降。但從對(duì)CODcr和潔霉素的截留率曲線看，MPS-44膜對(duì)高濃度廢水和低濃度廢水的截留率都較高，CODcr截留率達(dá)95%以上，潔霉素截留率達(dá)97%以上，說(shuō)明MPS-44膜的抗沖擊負(fù)荷能力較高，穩(wěn)定性較好。
　　3.3潔霉素的串聯(lián)濃縮實(shí)驗(yàn)
　　上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，DLNF2-30膜對(duì)低濃度廢水的綜合效果較好，而MPS-44膜的抗沖擊負(fù)荷能力較高。為使?jié)嵜顾乜偟慕亓粜Ч?，達(dá)到回收濃度要求（生產(chǎn)工藝要求潔霉素的回收濃度為2000mg/l左右，CODcr為4000mg/l左右。），我們?cè)O(shè)計(jì)了串聯(lián)濃縮實(shí)驗(yàn)流程。
　　在該流程中，把MPS-44膜作為第一濃縮級(jí)，處理濃度較高的原始料液，而DLNF2-30膜作為第二濃縮級(jí)，處理MPS-44膜的出水。該流程既考察了MPS-44膜單獨(dú)濃縮廢水的能力，又考察了兩膜串聯(lián)運(yùn)行時(shí)對(duì)潔霉素總的濃縮效果。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1、表2。

表1 串聯(lián)流程MPS-44膜的運(yùn)行結(jié)果 濃縮時(shí)間（h） 通量J
（L/m²h） CODcr進(jìn)
（mg/l） CODcr出
（mg/l） R1
（%） 抗生素進(jìn)
（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 串聯(lián)流程DLNF2-30膜的運(yùn)行結(jié)果 濃縮時(shí)間（h） 通量J
（L/m²h） CODcr進(jìn)
（mg/l） CODcr出
（mg/l） R1
（%） 抗生素進(jìn)
（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

　　從表1看出，使用MPS-44膜作為第一濃縮級(jí)，濃縮60h后，廢水中的潔霉素濃度由最初的211.3mg/l濃縮為1943.4mg/l，其濃縮倍數(shù)為9.02倍。對(duì)潔霉素的截留率始終大于94%，CODcr截留率平均為91.7%，基本接近回用要求。從表2看出，使用DLNF2-30膜作為第二濃縮級(jí)，60h的濃縮過(guò)程中，DLNF2-30膜出水的潔霉素濃度始終低于10mg/l，CODcr的濃度為4066mg/l，基本滿足后續(xù)生化工藝的要求。兩種膜串聯(lián)運(yùn)行時(shí)對(duì)潔霉素的總回收率為95%，滿足了回收率90%的設(shè)計(jì)要求。