陶瓷膜是近几十年来膜材料中的新兴力量，相对于传说膜材料所制备的各种分离精度的膜，陶瓷膜在过滤应用中具有化学稳定性能好、机械强度高、耐高温、通量高和环境友好等优点。广泛应用于废水处理、医药食品制造、海水蒸馏、能源工程等诸多领域，成为一种新兴的高技术产业，被预言将带来“第三次工业革命”。

随着人们生活水平的不断提高，餐饮行业也犹如雨后春笋般迅速发展，随之带来的是大量餐饮废水的排放，而餐饮废水中含有大量的动植物油及各种胶体、洗涤剂、蛋白质、植物纤维、无机盐等。成分复杂，使得其在废水净化处理中难度较大，每年未经过处理直接排放的餐饮废水能达到亿吨以上。

处理餐饮废水一般有气浮、沙滤、混凝、好氧生物污泥法、MBR、生物转盘等，但是这些方法各有自身的缺点。由于无机陶瓷膜的疏油性，使其被广泛应用于含油废水的处理。其微滤膜在油水分离的研究不断，但大多应用在具有高附加值的石油化工领域，在餐饮行业中应用较少。

1 实验部分

1.1 废水来源

实验所用餐饮废水取自某学校食堂洗水槽中，将收集的废水静置12h，以除去较大颗粒物，然后用机械搅拌器高速搅拌10h，使废水呈稳定的乳化状态，并对所取废水的含油量及COD进行检测，测得其油的质量浓度为866mg/L，COD为2775mg/L。

1.2 装置及方法

实验装置为自制的膜过滤装置，膜组件为自制的Al₂O₃平板陶瓷膜，膜过滤有效面积0.011㎡，平均孔径0.3μm。

料液储存在料液箱中，过滤实验开始时由离心泵输送到膜组件中进行过滤实验。过滤时间由计时器记录，操作压力由进出口压力差计算得到，滤液由量筒收集，以此计算其膜通量情况。滤液中油的含量和COD分别通过CJ/T 51-2004的称量法及GB 11914-1989的重铬酸钾法测定。

膜通量J及其油滴或COD去除率R分别由如下公式计算：

J=V/(At)

R=l-Pp/Pb

式中，V为出水体积，A为过滤膜面积，t为过滤时间，Pp为渗透液中溶质的质量浓度或COD，Pb为进料液中溶质的质量浓度或COD。

膜体再生过程：采用自制的碱性清洗剂对过滤后陶瓷膜进行化学清洗，化学清洗剂为：质量分数分别为1%的SDS+0.5%的柠檬酸钠+0.5%的碳酸钠+1%的氢氧化钠，在较适条件下进行过滤实验，每次运行过滤30min后，对膜体进行清洗操作（连续浸泡3h），连续3次，清洗后稳态膜通量变化情况及油滴和COD去除率。

2 结果与讨论

2.1 料液含量的影响

实验料液温度25℃，进料体积流量200L/h，操作压力0.12MPa，对进料液进行浓缩和稀释，考察不同料液含量对膜通量、油滴及COD去除率的影响。

同一进料液油滴含量下，稳态膜通量随着时间逐渐下降；随着进料液油滴含量的提升，稳态膜通量逐渐减小。主要原因有2方面：

（1）油滴含量的提升，使膜表面的动态膜层（滤饼层）增厚，增加了过滤阻力，使膜通量下降。

（2）油滴含量的提升，增加了溶液渗透压，而在操作压力不变的情况下，溶剂透过膜面的驱动力减弱，导致水通量减小。

随着进料液油滴含量的提升，进入稳态膜通量所需的时间不断减少。原因是进料液油滴含量的提升，单位时间内流动到膜表面的溶质增加，使动态膜层（滤饼层）厚度增加速率变快，快速达到稳态，同时料液油滴含量对态膜层（滤饼层）厚度有直接影响，确定油滴含量后能大概确定进入稳态膜通量所需时间。

随着进料液油滴含量降低，油滴和COD截留率均为下降趋势，但浓缩2倍及原料液的截留率较高。

综合考虑稳态膜通量、截留率、能耗等因素，确定料液油滴的质量浓度在～866mg/L较为合理，并确定20min为进入稳态时间。

2.2 料液流量的影响

实验料液温度25℃、进料液为原料液、操作压力0.12MPa，考察了不同料液流量对膜通量、油滴及COD去除率的影响。随着进料体积流量的增加，稳态膜通量呈现先增大后减少的趋势，在体积流量200L/h之前，随着进料流量的增加，膜面流速加快，减小了浓差极化，使膜通量上升；在200L/h之后，随着进料流量的增加，膜通量迅速减小。原因是膜面流速的增加，将会带走附于膜面的大颗粒，使动态膜层的细颗粒比例上升，从而引起动态膜层阻力升高，膜通量迅速减小；另一方面膜面流速的增加会加大膜面压力、使动态膜层更加紧实，增大了过滤阻力。随着料液流量的增加，油滴及COD去除率呈升高趋势，但变化不大。

综上，体积流量200L/h具有相对较高的膜通量及油滴和COD去除率，因此选取200L/h为实验中优化的进料体积流量。

2.3 操作压力的影响

实验料液温度25℃、进料液为原料液、料液体积流量200L/h考察不同操作压力对膜通量、油滴及COD去除率的影响。

随着操作压力的增大，稳态膜通量逐渐提升。操作压力的增大给废液中的水分及微小颗粒提供更大的驱动力，使得这些水分和微小颗粒更快速的穿过陶瓷膜，从而使膜通量大大增加。

随着操作压力的增加，油滴及COD去除率先升高后减少。压力从80kPa增加到120kPa时，油滴及COD去除率增加较快，原因是操作压力的增加，使动态膜层（滤饼层）致密化，一定程度上减小膜孔径，从而使得截留率提升；压力从120kPa增加到160kPa时，油滴及COD去除率增加缓慢，原因是虽然动态膜层致密化程度更高，但是废液中的超小颗粒和水分子仍能通过过滤层，使得去除率增加缓慢；压力从160kPa增加到0.20kPa时，油滴及COD去除率逐渐减小，这是操作压力的增加使得更多的油滴变形通过膜层所造成的。

综合考虑成本、截留效果、水通量，选取160kPa为优化的操作压力。

2.4 料液温度的影响

实验进料液为原料液、料液体积流量200L/h、操作压力为160kPa，考察料液温度对膜通量、油滴及COD去除率的变化影响。

随着进料液温度从20℃升高30℃，稳态膜通量呈上升趋势；而超过30℃后，膜通量随进料液温度的增加速度变缓，35℃时膜通量达到1.196m³/(㎡·h)；之后膜通量逐渐下降。原因是进料液温度的提升，会使其液体黏度变小，传质扩散系数变大，布朗运动加剧，浓差极化现象减弱，从而促进膜通量的增加，但同时膜通量的增加又加剧浓差极化，污染速率加快，动态膜层增厚，减小膜通量，这2方面的相互作用，使得料液温度的增加与膜通量出现非线性关系。

随着料液温度的提升，油滴及COD去除率均出现减少趋势，但在35℃后，减小十分缓慢。原因是料液温度在35℃前，随着温度升高，液体黏度变小，传质扩散系数变大，布朗运动加剧，导致了油滴及COD去除率下降，35℃以后，虽然料液黏度变小，但膜通量的增加，导致膜污染增加，动态膜层（滤饼层）增厚，使得油滴及COD去除率增加，两者相互作用抵消，使得35℃后下降趋势十分缓慢。

综合稳态膜通量、油滴及COD去除率、成本等因素，料液在25℃下拥有较为理想的过滤参数。

2.5 膜体再生性能分析

清洗后稳态膜通量变化情况及油滴截留率和COD去除率如下表所示：

与只用清水清洗比较，化学清洗的稳态膜通量明显更大；经过连续4次化学清洗，膜体再生性能非常良好，稳态膜通量衰减缓慢，十分稳定，与此同时油滴及COD去除率效果理想，与原始膜体基本相同，膜体性能再生率在95%以上。

3 结论

随着料液油滴含量的增加，膜稳态通量下降，同时到达膜稳态通量所需的时间也减少，确定20min为进入稳态时间；随着料液含量的增加，膜体对油滴及COD去除率逐渐上升，但上升趋势逐渐减缓。

随着进料流量的增加，膜稳态通量呈现先增大后减少的趋势，同时，随着料液油滴含量的增加，膜体对油滴及COD去除率呈现先减少后增大的趋势，但变化范围不大。

随着操作压力的提升，膜稳态通量增加，且增加幅度较大；同时，随着操作压力的增加，膜体对油滴及COD去除率呈先增加后减少的趋势，但是120kPa之后，两者的去除率增加幅度非常小，基本保持不变状态。

当料液温度升高时，膜稳态通量呈现先增加后减小的趋势，且从20℃到30℃的增加较为明显；同时，随着料液温度的增加，膜体对油滴及COD去除率呈下降趋势。

综合考虑稳态膜通量、截留率、能耗等因素，确定优化过滤条件为：料液温度25℃、进料液体积流量为200L/h、操作压力为160kPa、进料液含量在原料液。

在优化的过滤条件下，采用自制碱性化学清洗剂清洗膜体，其再生性能良好，达到95%以上。