中空纖維超濾膜的制備及清洗研究

中空纖維超濾膜的制備及清洗研究

目前，中國的紙幣行業(yè)主要采用泡沫過濾法，濾液泵仍應(yīng)進(jìn)一步處理，一些公司直接排放，嚴(yán)重污染環(huán)境。近年來隨著膜科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,國處已有廠家采用超濾技術(shù)處理印鈔廠的擦版液。由于超過濾是一個(gè)純粹的物理過程,擦版液經(jīng)過膜超濾,透過液中保留了原液中的NaOH和表面活性劑等有用成分,稍作調(diào)整即可回用。國內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)超濾法處理印鈔廠擦版液的報(bào)道。中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心采用近年來的科研成果,和北京印鈔廠合作,進(jìn)行了用膜技術(shù)處理擦板液的應(yīng)用研究,取得了較好的效果。1實(shí)驗(yàn)1.1空纖維超濾膜(1)根據(jù)擦版液的物化特性以及清洗工藝的特殊要求,在對不同材質(zhì)膜的實(shí)驗(yàn)比較基礎(chǔ)上,選擇了耐油墨污染,耐高溫清洗和耐高pH值腐蝕的聚砜共混中空纖維超濾膜,如圖1所示。該膜系內(nèi)壓式單皮層中空纖維膜,其內(nèi)壁為分離層,外壁為開孔結(jié)構(gòu)。透過內(nèi)皮層的小分子溶質(zhì)不會(huì)被外壁所堵塞,而且反清洗效果較好。纖維內(nèi)徑為1.0mm,壁厚為0.3mm,截留分子量為20000道爾頓,中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心研制。(2)中空纖維膜組件,Φ25×1090mm有效膜面積約0.4m,中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心生產(chǎn)。(3)中空纖維超濾器,型號(hào):DC10LA,美國Amican公司生產(chǎn)。1.2結(jié)論型油墨擦版液中主要成分為去離子水、油墨、表面活性劑、堿和石蠟等,本工作的主要目的是去除擦版液中的油墨,對水和其他有用成分進(jìn)行回用。透過液中的油墨用比色法進(jìn)行分析,膜對油墨的截留率接近100%,故在結(jié)果和討論中不作敘述。1.3工藝本工作采用間歇式操作,考慮到生產(chǎn)工藝和清洗的要求,在循環(huán)槽和清洗槽中分別安裝了換熱器。圖2為本工作的工藝流程示意圖。2結(jié)果和討論2.1透水性能及溫度超濾過程是以壓力為驅(qū)動(dòng)力的分離過程,所以操作壓力是影響膜過程的主要因素之一。如圖3所示,在膜面料液流速為0.27m/s,溫度為30℃,料液含固量為12%的條件下,每提高平均壓力0.01MPa,可增加透水速度4.5%?？紤]到中空纖維的強(qiáng)度因素,建議在平均壓力為0.1—0.12MPa條件下操作,進(jìn)口壓力最好保持在0.15—0.2MPa之間。2.2流速對透液速度的影響膜面流速是按膜內(nèi)孔截面積計(jì)算的原液流速。膜面流速的大小,表示膜壓力側(cè)循環(huán)液流動(dòng)的流體力學(xué)狀況。實(shí)驗(yàn)表明,隨著膜面流速的增加,循環(huán)液湍程度增加,膜濃差極化和污染減小,因而膜的透液速度也隨之增加。結(jié)果如圖4?？梢娫诠潭ú僮鲏毫?料液溫度和固含量的條件下,膜面流速每提高0.1m/s,透水速度可增加5%,而且衰減速度顯著降低。對于擦版液這樣的高濃度料液,膜面流速最好保持在2.8—3.0m/s之間。2.3固含量對透液速度的影響在間歇式超濾過程中,隨著透過液不斷流出,循環(huán)料液體積逐漸減少,使得料液中固體濃度不斷增加,這直接影響膜的透液速度。圖5說明了在膜面流速固定的前提下,透液速度隨著固體含量的增加有下降趨勢。一般來說,隨著液體濃度增加,溶液粘度增大,膜面上濃度極化和污染愈加嚴(yán)重。但由于該體系中含有表面活性劑,在固含量小于10%時(shí),曲線下降斜率并不大;在固含量大于10%時(shí),曲線下降斜率突然變大,說明濃度在這個(gè)范圍內(nèi)有固體物在膜面上迅速聚集,導(dǎo)致透液速度迅速下降。2.4溫度對料液溫度的影響本工作中溫度是影響膜性能最重要的因素之一,圖6顯示了透水速度隨溫度變化而變化的趨勢,可以看出,透液速度隨溫度的升高而明顯上升,溫度平均每升高℃,透液速度可增加2%—2.5%左右,這是因?yàn)榱弦弘S溫度升高其粘度降低造成的結(jié)果?？梢娫谏a(chǎn)工藝許可的條件下,提高料液的操作溫度,是提高超濾效率,降低投資強(qiáng)度的行之有效的措施之一。2.5面活性劑的清洗效果從圖7中可以看出,透液速度隨運(yùn)行時(shí)間的增加,沒有降低趨勢。這可能是此液體中含有表面活性劑,對膜面的污染不嚴(yán)重,滲透液粘度也比較低,膜面的流速較快,并采取了有效的清洗方法,所以得到比較理想的結(jié)果。另外從膜斷面的著色程度看,在設(shè)備運(yùn)行200多h后,膜對油墨并無吸附污染的跡象,說明聚砜共混超濾膜是適合處理擦版液的較好膜品種之一。2.6清洗時(shí)間的影響在超濾運(yùn)行的過程中,膜面上的積存物一般隨運(yùn)行時(shí)間的增加而增加,因而導(dǎo)致透液速度下降。若不及時(shí)清洗膜,則會(huì)影響超濾效果。此實(shí)驗(yàn)采用間歇式運(yùn)行,在每次停機(jī)之前,用清洗溶液只需運(yùn)行3—5min。在下次運(yùn)行之前把清洗液排出,然后加擦版液繼續(xù)運(yùn)行。只是在透水速度下降嚴(yán)重時(shí),才進(jìn)行化學(xué)清洗?？梢钥闯?在設(shè)備運(yùn)行16d后,通過化學(xué)清洗,透水速度基本恢復(fù)到了初始的水平。2.7廢模型的制作擦版液經(jīng)過超濾處理,80%液體可透過膜,再經(jīng)過濃度調(diào)整,可重新作為擦版清洗液繼續(xù)使用,剩下20%的循環(huán)液可經(jīng)過短時(shí)間沉淀,上清液可進(jìn)入超濾循環(huán)槽,下層濃液可經(jīng)過絮凝-抽濾處理,最后成為固體廢碴,統(tǒng)一進(jìn)行處理。3透液清洗工藝結(jié)果表明,單皮層聚砜共混中空纖維超濾膜是處理擦版液的較好膜品種,透明淺黃色濾液中基本沒有油墨顏料。當(dāng)進(jìn)口壓力為0.17MPa,膜面流速在2.7m/s左右,循環(huán)液溫度在40℃左