堿回收過程中過濾膜清洗探討范文

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《膜科學與技術雜志》2016年第3期

摘要：

粘膠纖維生產過程中產生含油溶解性半纖維素的濃堿液，應用耐堿納濾膜過濾技術，實現NaOH與半纖維素分離，可達到回收堿液的目的．本項目工藝選用型號Suntar－357卷式復合耐堿膜，其正常運行通量為23L／（m2·h），經過長期運行膜污染后，通量下降＞60％．將膜芯剖開，通過酸堿溶解實驗、丁達爾實驗分析污染物為膠體類物質．選用LC－01、LC－90、LC－42清洗劑進行清洗，其中LC－42清洗劑效果最佳，其膜通量恢復率分別為52．2％、60．9％、73％及90．4％．經過逐步清洗，膜過濾通量恢復率為90％．

關鍵詞：

納濾膜；堿回收；膜污染；膜清洗

粘膠纖維是我國化纖行業中的重要品種，其生產過程包括：粘膠制備、紡絲、后處理和后加工4個階段［1－2］．在粘膠纖維的生產中，普遍使用NaOH對棉漿泊或者木漿泊浸泡，然后進行壓榨．漿泊成份較為復雜，有效成份是纖維素，含量一般大于85％（質量分數）以上．纖維素分子通式是（C6H10O5）n，其中n＞150的稱為α－纖維素，在室溫下不溶于17．5％（質量分數）的氫氧化鈉；15＜n＜150的稱為β－纖維素，室溫下能溶于17．5％的氫氧化鈉；n＜15的稱為γ－纖維素，室溫下能溶于17．5％的氫氧化鈉，β－纖維素和γ－纖維素統稱為半纖維素．漿泊用200～210g／L氫氧化鈉浸漬，主要目的是纖維素與氫氧化鈉反應，生產堿纖維素，但隨之也產生了大量的濃堿液．其廢液的主要成分是水、NaOH和半纖維素，其中NaOH的含量可高達200g／L，當半纖維素濃度升高到一定程度時不能再應用于生產．企業一般采用堿液部分排放的方式調整半纖維素的含量，這樣增加了后續的污水處理成本，造成極大的資源浪費［3］．濃堿液中含有溶解的半纖維素，通過工藝改進，采用納濾膜過濾技術［4－6］，則可使NaOH與半纖維素分離，實現回收堿液的目的.

1材料與方法

1．1堿回收工藝流程

此項目的堿液回收的設備是用于處理棉漿泊浸漬、壓榨后產生的廢堿液的回收利用．料液廢堿濃度為160～170g／L，半纖維素20～30g／L．納濾膜過濾的效率相當于傳統透析工藝的10倍以上，而傳統透析工藝是以半滲透膜的兩側濃度差作為推動力來完成的，傳質速率十分低下．納濾膜濾出液的堿液濃度與浸漬堿濃度相當，可直接回用．經過膜過濾回收的堿液一次回收率最高達85％以上，可直接進入浸漬工序，視不同生產工藝需要可加最少量水進行二次堿回收，二次回收的堿液濃度不低于100g／L．

1．2膜芯納濾膜截留

相對分子質量（MWCO）為150～1000，其特殊的孔徑和膜材料表面處理（復合化、荷電化）使納濾膜具有特殊的分離性能，可用于溶液中大分子物質的濃縮和純化［7］．本項目選用型號Suntar357卷式復合耐堿膜，截留相對分子質量為300；操作運行壓力為1．5～3．0MPa；最大允許操作壓力為3．5MPa；允許連續運行pH值為0～14；NaOH耐受濃度為2％～20％（質量分數）．

1．3測試方法

1．3．1丁達爾效應

當一束光線透過膠體時，從入射光的垂直方向可以觀察到膠體里出現的一條光亮的“通路”，這種現象叫丁達爾現象．在光的傳播過程中，光線照射到粒子時，如果粒子大于入射光波長很多倍，則發生光的反射；如果粒子小于入射光波長，則發生光的散射，這時觀察到的是光波環繞微粒而向其四周放射的光，稱為散射光或乳光．丁達爾效應就是光的散射現象或稱乳光現象．由于溶膠粒子大小一般不超過100nm，小于可見光波長（400～700nm），因此，當可見光透過溶膠時會產生明顯的散射作用．而對于真溶液，雖然分子或離子更小，但因散射光的強度隨散射粒子體積的減小而明顯減弱，因此，真溶液對光的散射作用很微弱．此外，散射光的強度還隨分散體系中粒子濃度增大而增強．因此，可以采用丁達爾現象來區分膠體和溶液．

1．3．2膜清洗效果

表征膜清洗后膜通量的恢復程度可用膜通量恢復率（waterfluxrecovery，WFR）來表征（1）式中，J0為污染前膜的純水通量；Jfw為污染后膜的純水通量；Jw為清洗后膜的純水通量．

2結果與討論

2．1膜污染現象

將污染膜芯剖開，從膜面觀察到，膜孔及膜面上與膜具有結合作用力的可能污染（如結垢、色素類）已清洗干凈，膜活性層質地比較白．膜面上、網格上有不少掛在上面的成團黑色物質，形成堵塞性污染，通過沖洗無法沖出來，污染物與膜沒有結合力，容易剝離，成團附在膜面和網格上（見圖2）．將膜芯剖開，可見成團黑色物質，卷式膜的網格部分發生扭曲變形，流體方向已經發生改變．將成團黑色物質取下，采用20％的NaOH溶液進行溶解實驗（85℃），固形污染物在該溶液中不溶解；采用5％（體積分數）硫酸溶液進行溶解實驗，固形污染物在該溶液中不溶解．因此，排除污染物為短纖成分．通過丁達爾效應實驗，溶液產生了丁達爾現象，可以判斷該污染物為膠體類物質．污染物可能來源為料液自析或前端工藝帶進的其它雜質．

2．2清洗劑選擇

選用的專用清洗劑有LC－01、LC－90、LC－42，均為三達膜科技（廈門）有限公司產品，性質如表1所示．LC－01膜清洗劑是弱堿性清洗劑，對于染料化工領域的膜污染清洗具有較強的針對性，主要成份為陰、非離子表面活性劑、高效絡合劑、堿性助洗劑、抗氧化劑，具有優良的去污能力、抗硬水能力和緩蝕作用，有一定的抗氧化作用，適用于所有材質膜的清洗．LC－90膜清洗劑是廣譜通用強堿型清洗劑，具有較高的應用pH，主要成份為表面活性劑、強堿、高效絡合劑、堿洗助劑，有效去除蛋白、油污、膠狀污染物和其它有機物殘余物，去除鈣、鐵、鎂等離子形成的無機污染．LC－42膜清洗劑是廣譜通用強堿型清洗劑，具有較高的應用pH。主要成份為表面活性劑、強堿、高效絡合劑、堿洗助劑，有效去除蛋白、油污、膠狀污染物和其它有機物殘余物，去除鈣、鐵、鎂等離子形成的無機污染．

2．3清洗過程及效果

采用LC－42、LC－01、LC－90依次進行清洗，其清洗過程見表2．膜芯清洗前水通量為8L／（m2·h），從清洗流程及通量恢復情況分析，污染為長時間積累性污染，清洗恢復需要多次、反復、長時間逐步的清洗，采用浸泡方式能最大程度提高清洗效果．其中，LC－42清洗劑效果最佳，LC－01、LC－90清洗效果不明顯．LC－42清洗后，其膜過濾通量恢復率分別為52．2％、60．9％、73％、90．4％．LC－01、LC－90清洗后，膜通量恢復率均無提高．本項目正常運行膜通量為23L／（m2·h），長期運行膜污染后，通量下降至8L／（m2·h），下降＞60％，通過一系列的清洗恢復，膜過濾通量恢復效果對比如圖3所示，通量恢復率為90．4％．

3結論

針對粘膠纖維生產過程中產生的溶解性半纖維素的濃堿液，采用納濾膜過濾技術，實現NaOH與半纖維素分離，達到回收堿液的目的，降低了環境風險．項目中堿回收工藝選用型號Suntar357卷式復合耐堿膜，其正常運行通量為23L／（m2·h）．經過長期運行膜污染后，通量下降＞60％．將膜芯剖開，通過酸堿溶解實驗、丁達爾實驗分析污染物為膠體類物質．選用LC－01、LC－90、LC－42清洗劑，逐步清洗，膜過濾通量恢復率達到90％．其中，LC－42清洗劑效果最佳，LC－01、LC－90清洗效果不明顯．LC－42清洗后，其膜過濾通量恢復率分別為52．2％、60．9％、73％及90．4％．

參考文獻：

［1］田晴，陳季華．紡織粘膠黑液污染及治理［J］．化工環保，2004，24：151－153．

［2］周正華．我國粘膠纖維的現狀及發展前景［J］．蘇州大學學報（工科版），2004，24（6）：52－54．

［3］程虎得，張小泉．粘膠纖維生產廢水處理運行工藝控制［J］．人造纖維，2015，45（1）：22－25．

［4］李巖．納濾膜技術在造紙黑液中廢堿液回用的研究［D］．長春：吉林大學，2011：25－26．

［5］張化文．粘膠纖維廢堿液納濾回收裝置技術運行分析［J］．綠色科技，2013，6：214－216．

［6］嚴濱，於錦鋒，吳發輝，等．納濾技術在制藥業廢堿回收中的應用研究［J］．廈門理工學院學報，2009，17（1）：22－26．

［7］劉志龍，趙民．紅霉素發酵液納濾膜污染與再生［J］．膜科學與技術，2014，34（1）：116－120．

作者：姚萌 方永珍 朱麗香 洪昱斌 單位：三達膜科技（廈門）有限公司