陶瓷膜在洗米廢水回收中的應(yīng)用

周利躍 劉 飛

(南京九思膜科技有限公司，江蘇 南京 211800)

大米是世界上一半人口的主要糧食，也是食品制造業(yè)和釀造業(yè)的主要原料之一[1]。大米作為我國傳統(tǒng)主食, 在人們膳食構(gòu)成中占有十分重要的位置[2]。另外，大米制品可以作為食品添加劑，如米粉或米漿。大米制作米粉的過程中，通常需要用清水進(jìn)行清洗，主要生產(chǎn)流程包括：原料→洗米→浸泡→粉碎→過濾→壓濾→干燥→成品[3]。洗米水的排放量很大，其重復(fù)利用一直都是大米加工領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。洗米水中含有大量淀粉，若直接排放，會(huì)提高污水的COD、BOD和懸浮物(SS)，造成對(duì)環(huán)境的污染，因此必須對(duì)洗米廢水進(jìn)行處理。膜分離技術(shù)具有操作過程簡單、無相變、無二次污染、高效節(jié)能、占地小等優(yōu)點(diǎn)，目前在工業(yè)中已得到廣泛的應(yīng)用，例如環(huán)保、水處理、化工、冶金、能源、醫(yī)藥、食品、仿生等領(lǐng)域[4,5]。本文采用無機(jī)陶瓷膜對(duì)洗米廢水進(jìn)行處理，回收洗米水中的淀粉，同時(shí)透過液可回收再用于洗米工段，實(shí)現(xiàn)水資源循環(huán)利用，變廢為寶，從而減輕企業(yè)的負(fù)擔(dān)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原水水質(zhì)

試驗(yàn)廢水來自洗米工段產(chǎn)生的廢水，其主要水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。其中廢水中的COD主要來源于淀粉成分。

表1 廢水水質(zhì)分析

2.2 試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)方法

采用的陶瓷膜以α-Al2O3/ZrO2為原材料燒制而成，膜元件參數(shù)：19通道，膜管外徑30 mm，通道直徑4 mm，膜元件長度1 016 mm，膜面積0.22 m2，陶瓷膜孔徑50 nm。陶瓷膜過濾裝置流程如圖1所示。

試驗(yàn)廢水經(jīng)過沉降后去除泥沙等雜質(zhì)，上清液倒入原水罐，經(jīng)過循環(huán)泵加壓提升至陶瓷膜組件進(jìn)行錯(cuò)流過濾，透過液進(jìn)入產(chǎn)水罐，濃縮液繼續(xù)循環(huán)回流至原水罐，裝置采用氣頂液方式實(shí)現(xiàn)反沖洗，即正常過濾時(shí)，透過液先進(jìn)入反沖罐，反洗時(shí)采用壓縮空氣通入反沖罐，實(shí)現(xiàn)膜表面污染物的快速反沖洗。

圖1 陶瓷膜過濾裝置流程圖Fig. 1 Experimental setup of ceramic membrane system

陶瓷膜過濾裝置運(yùn)行參數(shù)設(shè)定為：跨膜壓差0.10 MPa，膜面流速2～3 m/s，反沖洗時(shí)間為3 s，排氣時(shí)間為4 s，反洗周期為15 min，反沖壓力為0.3 MPa。

2 結(jié)果與分析

2.1 陶瓷膜運(yùn)行通量變化情況

取洗米廢水上清液水樣42.0 kg，倒入陶瓷膜裝置的原水罐，運(yùn)行裝置，考察陶瓷膜通量隨濃縮倍數(shù)增加的變化情況，如圖2所示。

試驗(yàn)過程中，濃縮液不斷循環(huán)回流至原水箱，廢水溫度會(huì)逐漸升高，而溫度上升會(huì)導(dǎo)致廢水中淀粉形態(tài)等發(fā)生變化，影響回收價(jià)值，因此采取原水箱夾套冷卻的方式控制廢水溫度，廢水溫度從30℃上升至36℃，變化相對(duì)較小。

圖2 陶瓷膜運(yùn)行通量變化情況Fig. 2 Flux change of ceramic membrane

由圖2可知，陶瓷膜的起始通量較高，約254 L/m2·h。運(yùn)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濃差極化導(dǎo)致。在運(yùn)行至80 min后，原水箱的廢水濃度越來越高，通過提升膜面流速，可以有效緩解濃差極化對(duì)膜通量的影響，該階段平均膜通量約為150 L/m2·h。試驗(yàn)結(jié)束后，收集原水箱的濃縮液稱重為4.0 kg，濃縮倍數(shù)為10倍以上，折算得廢水回收率為90%以上。

2.2 水質(zhì)分析

試驗(yàn)分別取廢水原液、10倍濃縮液和透過液進(jìn)行分析，水質(zhì)情況如表2和圖3所示。

表2 原水、濃縮液和透過液水質(zhì)分析結(jié)果

圖3 洗米水陶瓷膜處理前后對(duì)比Fig. 3 The appearance of feed water and penetrate

由表2得知，陶瓷膜對(duì)洗米廢水處理效果優(yōu)良，透過液的濁度和SS得到明顯去除，其去除率大于98%，可以直接回用于洗米工段，達(dá)到節(jié)水目的。陶瓷膜濃縮液含SS較高，主要成分為淀粉，該濃縮液可以用于制作飼料等副產(chǎn)品。

3 總結(jié)

采用陶瓷膜過濾洗米廢水，運(yùn)行膜通量高，在濃縮倍數(shù)高達(dá)10倍的情況下，膜通量基本穩(wěn)定在150 L/m2·h。濃差極化對(duì)膜通量影響較大，通過提升膜面流速可以有效緩解濃差極化對(duì)膜通量的影響。

通過本方法，一方面可回收90%以上的廢水循環(huán)利用，另一方面，濃縮液因富含大量淀粉，可制作飼料等副產(chǎn)品，具有良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境雙重效益。