碱回收过程中过滤膜清洗探讨范文

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《膜科学与技术杂志》2016年第3期

摘要：

粘胶纤维生产过程中产生含油溶解性半纤维素的浓碱液，应用耐碱纳滤膜过滤技术，实现NaOH与半纤维素分离，可达到回收碱液的目的．本项目工艺选用型号Suntar－357卷式复合耐碱膜，其正常运行通量为23L／（m2·h），经过长期运行膜污染后，通量下降＞60％．将膜芯剖开，通过酸碱溶解实验、丁达尔实验分析污染物为胶体类物质．选用LC－01、LC－90、LC－42清洗剂进行清洗，其中LC－42清洗剂效果最佳，其膜通量恢复率分别为52．2％、60．9％、73％及90．4％．经过逐步清洗，膜过滤通量恢复率为90％．

关键词：

纳滤膜；碱回收；膜污染；膜清洗

粘胶纤维是我国化纤行业中的重要品种，其生产过程包括：粘胶制备、纺丝、后处理和后加工4个阶段［1－2］．在粘胶纤维的生产中，普遍使用NaOH对棉浆泊或者木浆泊浸泡，然后进行压榨．浆泊成份较为复杂，有效成份是纤维素，含量一般大于85％（质量分数）以上．纤维素分子通式是（C6H10O5）n，其中n＞150的称为α－纤维素，在室温下不溶于17．5％（质量分数）的氢氧化钠；15＜n＜150的称为β－纤维素，室温下能溶于17．5％的氢氧化钠；n＜15的称为γ－纤维素，室温下能溶于17．5％的氢氧化钠，β－纤维素和γ－纤维素统称为半纤维素．浆泊用200～210g／L氢氧化钠浸渍，主要目的是纤维素与氢氧化钠反应，生产碱纤维素，但随之也产生了大量的浓碱液．其废液的主要成分是水、NaOH和半纤维素，其中NaOH的含量可高达200g／L，当半纤维素浓度升高到一定程度时不能再应用于生产．企业一般采用碱液部分排放的方式调整半纤维素的含量，这样增加了后续的污水处理成本，造成极大的资源浪费［3］．浓碱液中含有溶解的半纤维素，通过工艺改进，采用纳滤膜过滤技术［4－6］，则可使NaOH与半纤维素分离，实现回收碱液的目的.

1材料与方法

1．1碱回收工艺流程

此项目的碱液回收的设备是用于处理棉浆泊浸渍、压榨后产生的废碱液的回收利用．料液废碱浓度为160～170g／L，半纤维素20～30g／L．纳滤膜过滤的效率相当于传统透析工艺的10倍以上，而传统透析工艺是以半渗透膜的两侧浓度差作为推动力来完成的，传质速率十分低下．纳滤膜滤出液的碱液浓度与浸渍碱浓度相当，可直接回用．经过膜过滤回收的碱液一次回收率最高达85％以上，可直接进入浸渍工序，视不同生产工艺需要可加最少量水进行二次碱回收，二次回收的碱液浓度不低于100g／L．

1．2膜芯纳滤膜截留

相对分子质量（MWCO）为150～1000，其特殊的孔径和膜材料表面处理（复合化、荷电化）使纳滤膜具有特殊的分离性能，可用于溶液中大分子物质的浓缩和纯化［7］．本项目选用型号Suntar357卷式复合耐碱膜，截留相对分子质量为300；操作运行压力为1．5～3．0MPa；最大允许操作压力为3．5MPa；允许连续运行pH值为0～14；NaOH耐受浓度为2％～20％（质量分数）．

1．3测试方法

1．3．1丁达尔效应

当一束光线透过胶体时，从入射光的垂直方向可以观察到胶体里出现的一条光亮的“通路”，这种现象叫丁达尔现象．在光的传播过程中，光线照射到粒子时，如果粒子大于入射光波长很多倍，则发生光的反射；如果粒子小于入射光波长，则发生光的散射，这时观察到的是光波环绕微粒而向其四周放射的光，称为散射光或乳光．丁达尔效应就是光的散射现象或称乳光现象．由于溶胶粒子大小一般不超过100nm，小于可见光波长（400～700nm），因此，当可见光透过溶胶时会产生明显的散射作用．而对于真溶液，虽然分子或离子更小，但因散射光的强度随散射粒子体积的减小而明显减弱，因此，真溶液对光的散射作用很微弱．此外，散射光的强度还随分散体系中粒子浓度增大而增强．因此，可以采用丁达尔现象来区分胶体和溶液．

1．3．2膜清洗效果

表征膜清洗后膜通量的恢复程度可用膜通量恢复率（waterfluxrecovery，WFR）来表征（1）式中，J0为污染前膜的纯水通量；Jfw为污染后膜的纯水通量；Jw为清洗后膜的纯水通量．

2结果与讨论

2．1膜污染现象

将污染膜芯剖开，从膜面观察到，膜孔及膜面上与膜具有结合作用力的可能污染（如结垢、色素类）已清洗干净，膜活性层质地比较白．膜面上、网格上有不少挂在上面的成团黑色物质，形成堵塞性污染，通过冲洗无法冲出来，污染物与膜没有结合力，容易剥离，成团附在膜面和网格上（见图2）．将膜芯剖开，可见成团黑色物质，卷式膜的网格部分发生扭曲变形，流体方向已经发生改变．将成团黑色物质取下，采用20％的NaOH溶液进行溶解实验（85℃），固形污染物在该溶液中不溶解；采用5％（体积分数）硫酸溶液进行溶解实验，固形污染物在该溶液中不溶解．因此，排除污染物为短纤成分．通过丁达尔效应实验，溶液产生了丁达尔现象，可以判断该污染物为胶体类物质．污染物可能来源为料液自析或前端工艺带进的其它杂质．

2．2清洗剂选择

选用的专用清洗剂有LC－01、LC－90、LC－42，均为三达膜科技（厦门）有限公司产品，性质如表1所示．LC－01膜清洗剂是弱碱性清洗剂，对于染料化工领域的膜污染清洗具有较强的针对性，主要成份为阴、非离子表面活性剂、高效络合剂、碱性助洗剂、抗氧化剂，具有优良的去污能力、抗硬水能力和缓蚀作用，有一定的抗氧化作用，适用于所有材质膜的清洗．LC－90膜清洗剂是广谱通用强碱型清洗剂，具有较高的应用pH，主要成份为表面活性剂、强碱、高效络合剂、碱洗助剂，有效去除蛋白、油污、胶状污染物和其它有机物残余物，去除钙、铁、镁等离子形成的无机污染．LC－42膜清洗剂是广谱通用强碱型清洗剂，具有较高的应用pH。主要成份为表面活性剂、强碱、高效络合剂、碱洗助剂，有效去除蛋白、油污、胶状污染物和其它有机物残余物，去除钙、铁、镁等离子形成的无机污染．

2．3清洗过程及效果

采用LC－42、LC－01、LC－90依次进行清洗，其清洗过程见表2．膜芯清洗前水通量为8L／（m2·h），从清洗流程及通量恢复情况分析，污染为长时间积累性污染，清洗恢复需要多次、反复、长时间逐步的清洗，采用浸泡方式能最大程度提高清洗效果．其中，LC－42清洗剂效果最佳，LC－01、LC－90清洗效果不明显．LC－42清洗后，其膜过滤通量恢复率分别为52．2％、60．9％、73％、90．4％．LC－01、LC－90清洗后，膜通量恢复率均无提高．本项目正常运行膜通量为23L／（m2·h），长期运行膜污染后，通量下降至8L／（m2·h），下降＞60％，通过一系列的清洗恢复，膜过滤通量恢复效果对比如图3所示，通量恢复率为90．4％．

3结论

针对粘胶纤维生产过程中产生的溶解性半纤维素的浓碱液，采用纳滤膜过滤技术，实现NaOH与半纤维素分离，达到回收碱液的目的，降低了环境风险．项目中碱回收工艺选用型号Suntar357卷式复合耐碱膜，其正常运行通量为23L／（m2·h）．经过长期运行膜污染后，通量下降＞60％．将膜芯剖开，通过酸碱溶解实验、丁达尔实验分析污染物为胶体类物质．选用LC－01、LC－90、LC－42清洗剂，逐步清洗，膜过滤通量恢复率达到90％．其中，LC－42清洗剂效果最佳，LC－01、LC－90清洗效果不明显．LC－42清洗后，其膜过滤通量恢复率分别为52．2％、60．9％、73％及90．4％．

参考文献：

［1］田晴，陈季华．纺织粘胶黑液污染及治理［J］．化工环保，2004，24：151－153．

［2］周正华．我国粘胶纤维的现状及发展前景［J］．苏州大学学报（工科版），2004，24（6）：52－54．

［3］程虎得，张小泉．粘胶纤维生产废水处理运行工艺控制［J］．人造纤维，2015，45（1）：22－25．

［4］李岩．纳滤膜技术在造纸黑液中废碱液回用的研究［D］．长春：吉林大学，2011：25－26．

［5］张化文．粘胶纤维废碱液纳滤回收装置技术运行分析［J］．绿色科技，2013，6：214－216．

［6］严滨，於锦锋，吴发辉，等．纳滤技术在制药业废碱回收中的应用研究［J］．厦门理工学院学报，2009，17（1）：22－26．

［7］刘志龙，赵民．红霉素发酵液纳滤膜污染与再生［J］．膜科学与技术，2014，34（1）：116－120．

作者：姚萌 方永珍 朱丽香 洪昱斌 单位：三达膜科技（厦门）有限公司