膜技术在发酵后处理中的应用分析

膜技术在发酵后处理中的应用分析

缪鑫昕

（惠州长龙生物技术有限公司，广东惠州516001）

摘要：膜技术是当前广泛应用于水处理中的技术，是当前比较先进的技术手段。文中将重点研究膜技术在发酵后处理中的应用，为提高膜技术在水处理中的应用效能提供参考价值。

关键词：膜技术；发酵；应用；水处理

一、膜技术的工作原理及分类

这些膜分离产品均是利用特殊制造的多孔材料的拦截能力，以物理截留的方式去除水中一定颗粒大小的杂质。在压力驱动下，尺寸较小的物质可通过纤维壁上的微孔到达膜的另一侧，而尺寸较大的物质则不能透过纤维壁而被截留，从而达到筛分溶液中不同大小组分的目的。其过滤的精度和滤膜本身的孔径大小有关。通常习惯把孔径较大的称为微滤，而较小的称为超滤，而“孔径”更小则是钠滤和反渗透。超滤是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，平均孔径在3～100nm。超滤膜技术是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术。其截留机理主要是筛分作用，但有时膜表面的化学特性(膜的静电作用)也起着截留作用。以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当水流过膜表面时，只允许水及低分子量溶质通过，从而达到溶液的净化、分离、与浓缩的目的。反渗透主要用来去除水中溶解的无机盐；微滤一般能够去除水中的细菌、灰尘，具有很好的除浊效果；而超滤则可以去除病毒、大分子物质、胶体等。这些都是传统的过滤（如砂滤、多介质过滤等）无法实现的。这些膜分离的产品从功能上可以分为反渗透、超滤、微滤等；从形式上分为中空纤维、管式、卷式、平板式等；从材质上分PP、PE、PS、PVDF、Nylon、PAN等多种；从操作方式上分为错流过滤和终端过滤两种，或者分为内压式、外压式等。这些膜产品能够具备优异的分离能力，是和它的结构及材料密不可分的。图2显示了聚合物膜材料的结构。

可见，各种形式的分离膜大都属于非对称的结构，即包括致密的皮层（真正起分离作用）和多孔的支撑层。这种结构既保证了良好的分离效果，又提高了膜通量，降低运行能耗，并抗污堵。这些因素使得分离膜产品最终能够实现大工业化的应用。

二、膜技术在发酵后处理中的应用

（一）含油废水处理中的应用

含油废水中浮油、分散油易处理，通常采用机械分离、凝聚沉淀、活性炭吸附等技术处理，使油分降到很低。但乳化油含有表面活性剂等，油滴直径在1μm以下，重力分离和粗粒化法等一般方法难以得到理想的处理效果；可采用电解和溶剂萃取法处理，但操作复杂，而且费用高。含油废水面广量大，处理含油废水的目的主要是除油同时去除COD及BOD，膜分离技术在含油废水处理中的研究与应用相当广泛，主要是采用不同材质的超滤膜和微滤膜来处理[1][2]。唐燕辉等[3]考察了多种制膜方法，实验表明用加压制膜法制备的超滤膜，分离机械加工排放的含油污水时，可以使CODCr从728.64mg/L降至87.8mg/L，含油质量浓度从5000mg/L降至2.5mg/L，脱除率分别达到87.9%和99.9%，处理水达到国家排放标准。

（二）造纸工业废水处理上的应用

造纸废水一般含悬浮物较多，为避免废水污物堵塞薄膜，减少清洗难度和频率，不宜直接用一段膜分离法，最好在膜分离前进行絮凝和常规过滤等预处理。

目前，我国对中小型造纸黑水常采用酸化法和超滤法，主要是降低水中的木质素以及减少COD和BOD。杜明等采用微滤-沉淀法处理粗纸废水，该法通过微滤回收纸浆，沉淀去除粗纸废水的主要污染物。潘碌亭等采用TOA乳状液膜法处理造纸黑液，其COD去除率达到98%以上。

纳滤在造纸工业中主要用于物质的回收和污染控制，Manttarri等开发了纸厂水循环系统，发现采用纳滤技术处理后得到的水不仅透明、无色、不含阴离子废物，而且将透过水的COD、TC等的去除由超滤法的50%~60%提高到80%以上。

（三）重金属废水处理上的应用

传统的重金属污染废水处理技术包括化学沉淀，渗透膜，离子交换，活性炭吸附和共沉淀吸附等，但这些方法的成本普遍较高。利用膜技术不仅可以使得废水达标排放，而且可以回收有用物质一般对于金属加工废水，采用沉淀法，使得重金属离子生成沉淀去除采用纳滤膜技术，可使的含重金属废水回收纯化，而且分离过程中重金属离子的浓度也相应加大，能够达到回收利用的标准并且如果有条件还可以分离出其他离子。

在金属加工和合金生产中，经常需用大量的水冲洗，在这些清洗水中，含有浓度很高的镍、铁、铜和锌等重金属。采用NF膜技术，不仅可以回收90%以上的废水，而且同时使重金属离子的含量浓缩10倍，浓缩后的重金属具有回收的价值。

（四）纺织印染废水处理上的应用

目前在染料的工业生产过程中，产生大量的高盐度（质量分数大于5%）、色度高、COD高的废水。由于该类废水的BOD5与CODCr的比值小于0.4，生物降解性差；同时废水中所含的盐将进一步降低废水的生物降解性，所以生化处理前必需对其进行预处理。

纺织工业污水中含有棉毛及纺织品上洗脱的油类、脂类、盐类和纤维素，以及在加工过程加入的各种浆料染料、表面活性剂等，因此，这类污水的成分比较复杂，污水中各类物质的变化很快。刘宗义等利用卷式反渗透膜处理锦纶丝洗涤废液，可以使锦纶丝洗涤液己内酞胺含量浓缩10倍以上，截留率为80%左右，透过液可作为工艺用水，可节约大量新鲜软水，具有显著的经济效益。

（五）生活污水的处理

生活污水一般用生物降解+化学氧化法结合处理，但存在氧化剂的用量太大，残留物多等缺点。若在它们之间加上纳滤分离，使被微生物降解掉的小分子透过，而截留住不能生物降解的大分子，大分子进入化学氧化器氧化后再去生物降解，这样可充分利用生物能力，节约氧化剂和活性炭用量，并降低最终残留物含量。超滤通常是与其他处理方法联合使用来处理此类污水的。用超滤技术处理城市污水的二级出水可进一步降低水的浊度、色度及有机物。超滤出水可作为循环冷却水、造纸用水等对水质要求不太高的工业用水水。

（六）食品工业废水处理上的应用

在食品工业产生的废水中，一般含有的有机成分较多，同时也含有较多的高价值物质。利用纳滤技术处理，不但可以实现废水的快速净化再利用，同时还可对其中高价值物质进行浓缩和回收，经济效益和环境效益显著。如S.H.Mutlu等采用纳滤技术对酵母发酵废水进行了净化处理，可以将原有的极高BOD值去除72%以上，色素去除率更可达到94%，使原来黑褐色的溶液净化至基本无色，同时截留在膜上的残留物还可用于动物饲养，证实了纳滤膜的应用前景。夏仙兵将纳滤膜应用于处理海带加工废水中的有高价值的副产物甘露醇提取纯化。实验表明，经预处理、预浓缩、纳滤技术、连续渗溶渗滤和后浓缩技术相结合，可达到杂质去除率90%，同时可使甘露醇浓缩至初始料液近3倍的质量浓度。

在高浓度有机废水处理中，膜技术发挥着越来越重要的作用，已在制药废水、含酚废水、啤酒废水、味精废水等领域得到了应用。

综上所述，加强膜技术在发酵后处理中的应用可以有效提高水处理的质量和效率，促进我国的水源治理工作的发展与进步。

参考文献

[1]吴礼光,赵海洋,张林.膜技术在饮用水深度处理中的应用现状[J].中国工程科学,2014,16(07):106-112.

[2]许骏,王志,王纪孝,王世昌.反渗透膜技术研究和应用进展[J].化学工业与工程,2010,27(04):351-357.