紀樹蘭¹，朱安娜¹，吳卓²，荊一鳳²
（1．北京工業大學環境與能源工程學院，北京，100022；
2．中國環境科學研究院水處理研究所，北京，100012）

1 前言

　　潔霉素生產過程中會產生大量高濃度、高色度、氣味重的有機廢水，生化需氧量極高，水質、水量、pH值和溫度波動較大。且廢水中殘留的潔霉素對微生物有抑制作用，因此用傳統的生化法進行處理效果較差。本文采用納濾膜對潔霉素廢水的治理進行實驗研究，選擇MPS-44和DLNF2-30兩種卷式納濾膜組件對潔霉素廢水的透水性能、CODcr和潔霉素的截留率進行了實驗，并提出濃縮潔霉素的串聯工藝，為納濾技術處理潔霉素廢水提供了參考依據。

2 實驗方法

　　2.1實驗裝置
　　本實驗采用孔徑為10μm的微濾膜對廢水進行預處理，目的是去除大分子雜質和機械雜質，保護納濾膜。潔霉素發酵廢水先用低壓泵送經一個微濾裝置后，進入料液槽中，再用高壓泵壓送至納濾裝置，納濾膜的透過液進入后續生化流程進行進一步的處理，而納濾膜的濃縮液則回到料液槽反復濃縮。實驗流程見圖1。
　　2.2實驗用膜
　　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，由中國科學院大連物化所提供；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
　　潔霉素的測定采用721型分光光度計，CODcr的測定采用TL-1A型污水CODcr速測儀。

3 結果與討論

　　3.1 DLNF2-30膜對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），對三種不同濃度的水樣進行納濾實驗。（1）清水，標為1#水樣；（2）低濃度廢水（CODcr =2076mg/l，潔霉素=115mg/l），標為2#水樣；（3）高濃度廢水（CODcr =1.88′104mg/l，潔霉素=339.3mg/l），標為3#水樣。實驗結果見圖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行時間的增加呈緩慢下降趨勢，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行時間的增加變化不顯著，且DLNF2-30膜對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，同時為防止出水中殘留潔霉素對后續工藝中的微生物產生抑制作用，所以要求膜對潔霉素的截留率盡可能高，而對出水中的CODcr只要能滿足生化處理工藝的進水要求即可。另外，為了節省動力、減少投資，要求膜的通量盡可能大，為了同時滿足這幾個要求，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主要指標。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，說明DLNF2-30膜對低濃度廢水的綜合處理效果較好。
　　3.2 MPS-44膜對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），對三種不同濃度的水樣進行納濾實驗。（1）清水，標為1#水樣；（2）低濃度廢水（，潔霉素=150mg/l），標為2#水樣；（3）高濃度廢水（CODcr =2.67′104mg/l，潔霉素=300mg/l），標為3#水樣。實驗結果見圖3。
　　從圖3看出，MPS-44膜對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CODcr和潔霉素的截留率曲線看，MPS-44膜對高濃度廢水和低濃度廢水的截留率都較高，CODcr截留率達95%以上，潔霉素截留率達97%以上，說明MPS-44膜的抗沖擊負荷能力較高，穩定性較好。
　　3.3潔霉素的串聯濃縮實驗
　　上述實驗結果表明，DLNF2-30膜對低濃度廢水的綜合效果較好，而MPS-44膜的抗沖擊負荷能力較高。為使潔霉素總的截留效果好，達到回收濃度要求（生產工藝要求潔霉素的回收濃度為2000mg/l左右，CODcr為4000mg/l左右。），我們設計了串聯濃縮實驗流程。
　　在該流程中，把MPS-44膜作為第一濃縮級，處理濃度較高的原始料液，而DLNF2-30膜作為第二濃縮級，處理MPS-44膜的出水。該流程既考察了MPS-44膜單獨濃縮廢水的能力，又考察了兩膜串聯運行時對潔霉素總的濃縮效果。實驗數據見表1、表2。

表1 串聯流程MPS-44膜的運行結果 濃縮時間（h） 通量J
（L/m²h） CODcr進
（mg/l） CODcr出
（mg/l） R1
（%） 抗生素進
（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 串聯流程DLNF2-30膜的運行結果 濃縮時間（h） 通量J
（L/m²h） CODcr進
（mg/l） CODcr出
（mg/l） R1
（%） 抗生素進
（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，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，其濃縮倍數為9.02倍。對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，60h的濃縮過程中，DLNF2-30膜出水的潔霉素濃度始終低于10mg/l，CODcr的濃度為4066mg/l，基本滿足后續生化工藝的要求。兩種膜串聯運行時對潔霉素的總回收率為95%，滿足了回收率90%的設計要求。