茶多酚是茶葉中多酚類物質的統稱，具有明顯的抗菌、防衰老、消除體內過剩的自由基和抑制癌細胞等作用，被譽為“輻射克星”，需求旺盛。但是在生產茶粉等飲品過程中，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，會對生態環境造成嚴重的污染。所以選擇一種經濟可行的廢水處理技術具有重要的生態意義和環境意義。目前針對此類廢水，主要的處理方法有化學法、物理法和生化法等。

MBR為膜生物反應器（Membrane Bio-Reactor）的簡稱，是將傳統的生化工藝和膜分離相結合而產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物，然后利用膜對膠體顆粒的優異截留性能，將活性污泥完全截留在反應池內，使活性污泥濃度大大提高，而且其水力停留時間（HRT）和污泥停留時間（SRT）可以分別控制。

本試驗采用預處理—MBR工藝處理茶多酚廢水，目的在于考察該工藝的實用性及尋找最佳工藝設計參數。

1、試驗部分

1.1 試驗裝置

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

1.2 分析項目及方法

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

1.3 進水水質

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

該實驗水質：COD：800~900mg/L

BOD：200~300mg/L

SS：200~300mg/L

pH：5.5~6.5

2、試驗方法

2.1 預處理

由于茶多酚廢水有很強的抑菌作用，可生化性較差。廢水不經預處理而直接進行好氧生化處理時，每運行10d左右就出現菌膠團解體的現象。由此可知，對該廢水直接進行好氧生化處理是不可行的。所以需經過預處理后才能進生化，保證生化系統的正常運行。

取試驗廢水進行預處理試驗，先用Ca（OH）2調節廢水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）進行絮凝沉淀試驗，攪拌至反應完全后靜置30min取上清液進行分析。

2.2 MBR反應器

取上述混凝沉淀后的上清液進行MBR試驗，反應器接種污泥來自公司園區生活污水站污泥池的剩余污泥。為加快掛膜啟動速度，期間向進水中補加淘米水，以增加進水COD負荷。裝置經10d馴化后正式啟動。

3、結果與討論

3.1 預處理

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

由于廢水偏酸性，而生化反應的最掛pH值為7~8，所以需要調節廢水的pH值。本試驗決定采用Ca（OH）2而非NaOH來調節pH值，主要是因為Ca2+還可以與茶多酚生成難溶沉淀，效果更好。再通過投加優質聚合氯化鋁（PAC）進行絮凝，進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型關系。如果PAC加藥量不夠，不能很好地架橋聯接，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，膠體表面會與無機高分子形成排斥，產生“膠體保護”，甚至重新穩定，使絮凝效果變差。從試驗曲線上可以看出，預處理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

生化系統采用公司園區內的生活污水回用處理系統的剩余污泥進行接種，經過10d的馴化，好氧池的SV30達到30%。在試驗過程中，通過調整MBR反應器的進出水量來控制污水在反應器內的水力停留時間。控制污水在水解池及好氧池的停留時間分別達到12h、24h，水解池與好氧池對COD的去除率分別為25%、86%，出水COD可達到37mg/L；逐漸減少污水在MBR池的停留時間，發現一開始化COD的去除率變化不大，但在水解池與好氧池的停留時間分別縮短為8h、16h后，對COD的去除率呈現逐漸變小的趨勢。當水解池跟好氧池停留時間分別只有2h和4h時，發現出水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 設計膜通量

MBR工藝最核心部分就是膜產品的選擇和膜通量的確定。本試驗采用的三達公司的膜組件采用化學穩定性、耐氧化的PVDF材質，抗污染能力強，使用壽命長，具有獨特的反沖洗特性，在試驗過程中得到很好的驗證。膜污染是不可避免的，但為了膜系統的長期穩定運行，必須設計一個合適的膜通量。在此通量下運行，膜的跨膜壓差變化不大，膜能承受一定的污染負荷而不污堵，不用經常進行化學清洗。現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，讓膜工作一個時間段△T，觀測跨膜壓差（TMP）在△T的變化。若TMP保持恒定，則調節出水抽吸泵的大小，讓膜通量增加一個階量，重新觀測TMP在△T內的變化，如此反復，直到出現TMP在△T內不能穩定為止。

本試驗的膜初始通量設為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。臨界膜通量的試驗結果如圖3所示。

由圖3可知，膜通量與跨膜壓差成正比關系，當膜通量在20L/（m2•h）以下時，跨膜壓差都能維持在一個相對穩定的范圍，當膜通量上升至22L/（m2•h）時，跨膜壓差隨著運行時間的變化越來越劇烈。考慮到膜運行的長期穩定性來看，MBR技術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

根據中試結果及相關文獻選擇如圖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、結論

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

采用“預處理+MBR”工藝能夠有效解決茶多酚廢水處理問題，并實現廢水的回用。

建議MBR設計參數為水解池及好氧池水力停留時間分別為8h和16h，膜通量設計為20L/（m2•h）。（來源：三達膜環境技術股份有限公司）