預(yù)處理-MBR工藝處理茶多酚廢水

茶多酚是茶葉中多酚類物質(zhì)的統(tǒng)稱，具有明顯的抗菌、防衰老、消除體內(nèi)過剩的自由基和抑制癌細(xì)胞等作用，被譽(yù)為“輻射克星”，需求旺盛。但是在生產(chǎn)茶粉等飲品過程中，排出了大量含茶多酚廢水，該廢水色度高，生化性差，如果直接排放，會對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。所以選擇一種經(jīng)濟(jì)可行的廢水處理技術(shù)具有重要的生態(tài)意義和環(huán)境意義。目前針對此類廢水，主要的處理方法有化學(xué)法、物理法和生化法等。

MBR為膜生物反應(yīng)器（Membrane Bio-Reactor）的簡稱，是將傳統(tǒng)的生化工藝和膜分離相結(jié)合而產(chǎn)生的一種新型高效處理工藝。其工作原理是利用微生物的降解作用來去除有機(jī)物，然后利用膜對膠體顆粒的優(yōu)異截留性能，將活性污泥完全截留在反應(yīng)池內(nèi)，使活性污泥濃度大大提高，而且其水力停留時(shí)間（HRT）和污泥停留時(shí)間（SRT）可以分別控制。

本試驗(yàn)采用預(yù)處理―MBR工藝處理茶多酚廢水，目的在于考察該工藝的實(shí)用性及尋找最佳工藝設(shè)計(jì)參數(shù)。

1、試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)裝置

如圖1所示，試驗(yàn)裝置由碳鋼內(nèi)襯玻璃鋼防腐制成。MBR反應(yīng)器采用“水解酸化-好氧”工藝。反應(yīng)器有效容積為3m3，水解池與好氧池容積比為1：2，水解池內(nèi)設(shè)攪拌器。膜池選用公司自主研發(fā)的中空纖緯iMBR膜組件，該組件采用開放式結(jié)構(gòu)，膜絲被柔性固定在組件框架上，增加了透析產(chǎn)水效率，提高了裝填密度。MBR采用間歇進(jìn)水，間歇出水，抽吸泵按開8min停2min的方式運(yùn)行。

1.2 分析項(xiàng)目及方法

DO：溶解氧儀；pH值：HACH便攜式pH計(jì)；COD：重鉻酸鉀法；SV30：污泥靜置沉淀法。

1.3 進(jìn)水水質(zhì)

試驗(yàn)期間，污水取自漳州某生產(chǎn)速溶茶食品廠的茶葉蒸煮廢水，該公司污水采用分質(zhì)分流的辦法，我們選取其中色度高，COD高的該股生產(chǎn)廢水試驗(yàn)。

該實(shí)驗(yàn)水質(zhì)：COD：800~900mg/L

BOD：200~300mg/L

SS：200~300mg/L

pH：5.5~6.5

2、試驗(yàn)方法

2.1 預(yù)處理

由于茶多酚廢水有很強(qiáng)的抑菌作用，可生化性較差。廢水不經(jīng)預(yù)處理而直接進(jìn)行好氧生化處理時(shí)，每運(yùn)行10d左右就出現(xiàn)菌膠團(tuán)解體的現(xiàn)象。由此可知，對該廢水直接進(jìn)行好氧生化處理是不可行的。所以需經(jīng)過預(yù)處理后才能進(jìn)生化，保證生化系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

取試驗(yàn)廢水進(jìn)行預(yù)處理試驗(yàn)，先用Ca（OH）2調(diào)節(jié)廢水pH值至8.0~8.5之間，再分別加入不同濃度的聚合氯化鋁（PAC）進(jìn)行絮凝沉淀試驗(yàn)，攪拌至反應(yīng)完全后靜置30min取上清液進(jìn)行分析。

2.2 MBR反應(yīng)器

取上述混凝沉淀后的上清液進(jìn)行MBR試驗(yàn)，反應(yīng)器接種污泥來自公司園區(qū)生活污水站污泥池的剩余污泥。為加快掛膜啟動(dòng)速度，期間向進(jìn)水中補(bǔ)加淘米水，以增加進(jìn)水COD負(fù)荷。裝置經(jīng)10d馴化后正式啟動(dòng)。

3、結(jié)果與討論

3.1 預(yù)處理

該廢水中的茶多酚可以和金屬離子（如Al3+、Ca2+等）反應(yīng)生成難溶化合物，通過沉淀來去除大量的茶多酚，為后續(xù)生化處理的順利進(jìn)行創(chuàng)造了條件。反應(yīng)原理如下：

由于廢水偏酸性，而生化反應(yīng)的最掛pH值為7~8，所以需要調(diào)節(jié)廢水的pH值。本試驗(yàn)決定采用Ca（OH）2而非NaOH來調(diào)節(jié)pH值，主要是因?yàn)?/span>Ca2+還可以與茶多酚生成難溶沉淀，效果更好。再通過投加優(yōu)質(zhì)聚合氯化鋁（PAC）進(jìn)行絮凝，進(jìn)一步去除水中的茶多酚及大量的懸浮顆粒物，減輕了生化處理的負(fù)荷。

由圖2不同加藥量下的COD的去除效果曲線可以看出，PAC的加藥量與COD的去除率成倒U型關(guān)系。如果PAC加藥量不夠，不能很好地架橋聯(lián)接，形成的絮體不夠多，不夠大，絮凝效果不理想。如果加藥量過多，膠體表面會與無機(jī)高分子形成排斥，產(chǎn)生“膠體保護(hù)”，甚至重新穩(wěn)定，使絮凝效果變差。從試驗(yàn)曲線上可以看出，預(yù)處理PAC的最佳加藥量約為200mg/L，對COD的去除率最高，約為55%。

3.2 COD去除效果

生化系統(tǒng)采用公司園區(qū)內(nèi)的生活污水回用處理系統(tǒng)的剩余污泥進(jìn)行接種，經(jīng)過10d的馴化，好氧池的SV30達(dá)到30%。在試驗(yàn)過程中，通過調(diào)整MBR反應(yīng)器的進(jìn)出水量來控制污水在反應(yīng)器內(nèi)的水力停留時(shí)間。控制污水在水解池及好氧池的停留時(shí)間分別達(dá)到12h、24h，水解池與好氧池對COD的去除率分別為25%、86%，出水COD可達(dá)到37mg/L；逐漸減少污水在MBR池的停留時(shí)間，發(fā)現(xiàn)一開始化COD的去除率變化不大，但在水解池與好氧池的停留時(shí)間分別縮短為8h、16h后，對COD的去除率呈現(xiàn)逐漸變小的趨勢。當(dāng)水解池跟好氧池停留時(shí)間分別只有2h和4h時(shí)，發(fā)現(xiàn)出水COD接近100mg/L。于是采用悶曝4h的辦法，出水COD下降至60mg/L。

3.3 設(shè)計(jì)膜通量

MBR工藝最核心部分就是膜產(chǎn)品的選擇和膜通量的確定。本試驗(yàn)采用的三達(dá)公司的膜組件采用化學(xué)穩(wěn)定性、耐氧化的PVDF材質(zhì)，抗污染能力強(qiáng)，使用壽命長，具有獨(dú)特的反沖洗特性，在試驗(yàn)過程中得到很好的驗(yàn)證。膜污染是不可避免的，但為了膜系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行，必須設(shè)計(jì)一個(gè)合適的膜通量。在此通量下運(yùn)行，膜的跨膜壓差變化不大，膜能承受一定的污染負(fù)荷而不污堵，不用經(jīng)常進(jìn)行化學(xué)清洗。現(xiàn)在一般用臨界通量的概念，它是指膜通量和膜污染的綜合最佳選擇。

臨界膜通量的測定采用通量階梯式遞增法。即在一定操作條件下，采用恒通量的方法，讓膜工作一個(gè)時(shí)間段△T，觀測跨膜壓差（TMP）在△T的變化。若TMP保持恒定，則調(diào)節(jié)出水抽吸泵的大小，讓膜通量增加一個(gè)階量，重新觀測TMP在△T內(nèi)的變化，如此反復(fù)，直到出現(xiàn)TMP在△T內(nèi)不能穩(wěn)定為止。

本試驗(yàn)的膜初始通量設(shè)為12L/（m2?h），后面把通量每60min提高2L/（m2?h），觀察TMP（跨膜壓差）的變化情況。臨界膜通量的試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，膜通量與跨膜壓差成正比關(guān)系，當(dāng)膜通量在20L/（m2?h）以下時(shí)，跨膜壓差都能維持在一個(gè)相對穩(wěn)定的范圍，當(dāng)膜通量上升至22L/（m2?h）時(shí)，跨膜壓差隨著運(yùn)行時(shí)間的變化越來越劇烈?？紤]到膜運(yùn)行的長期穩(wěn)定性來看，MBR技術(shù)處理茶多酚廢水適宜的膜臨界通量約為20L/（m2?h）。

3.4 推薦工藝流程

根據(jù)中試結(jié)果及相關(guān)文獻(xiàn)選擇如圖4所示的工藝流程來處理含茶多酚廢水。

典型的茶多酚廢水各工藝處理效果如表1所示。

4、結(jié)論

投加PAC和Ca（OH）2對茶多酚廢水進(jìn)行預(yù)處理是一種經(jīng)濟(jì)可行的方法。控制反應(yīng)的pH值在8.0~8.5，PAC的加藥量在200mg/L，COD的去除率可達(dá)到55%，茶多酚的去除提高了廢水的可生化性。

采用“預(yù)處理+MBR”工藝能夠有效解決茶多酚廢水處理問題，并實(shí)現(xiàn)廢水的回用。

建議MBR設(shè)計(jì)參數(shù)為水解池及好氧池水力停留時(shí)間分別為8h和16h，膜通量設(shè)計(jì)為20L/（m2?h）。（來源：三達(dá)膜環(huán)境技術(shù)股份有限公司）