摘要：用陶瓷(ci)膜處(chu)(chu)理(li)含(han)PVA退漿廢(fei)(fei)水(shui)，研究操(cao)作壓差、錯流速度(du)、溫(wen)度(du)等操(cao)作條(tiao)件對膜通(tong)量的(de)影響(xiang)，確定合適的(de)工藝．在(zai)此操(cao)作條(tiao)件下，處(chu)(chu)理(li)廢(fei)(fei)水(shui)完(wan)全達到排放(fang)標準，且PVA得到濃縮．

關鍵詞：動(dong)態陶瓷膜；微濾；PVA；廢水處理

目(mu)前，可(ke)持續(xu)發(fa)展是(shi)人類(lei)共同(tong)面對(dui)(dui)的(de)(de)一個(ge)重(zhong)大課題(ti)，每個(ge)國家每個(ge)行業都在探尋(xun)著適合(he)自身情況的(de)(de)可(ke)持續(xu)發(fa)展的(de)(de)措施和方(fang)法．在紡織行業中，廢(fei)水(shui)處理(li)對(dui)(dui)于很多中小型印染(ran)廠(chang)(chang)來說都是(shi)一個(ge)十分棘手(shou)的(de)(de)問(wen)題(ti)．國外有些先進的(de)(de)污水(shui)處理(li)設備，效(xiao)果很好，可(ke)是(shi)需(xu)要投資大，能耗多，這(zhe)(zhe)對(dui)(dui)于中小型印染(ran)廠(chang)(chang)來說只是(shi)有心無力，畢竟(jing)在他們看來工廠(chang)(chang)的(de)(de)經(jing)濟(ji)效(xiao)益(yi)還是(shi)為先的(de)(de)．所以如(ru)何對(dui)(dui)這(zhe)(zhe)些廢(fei)水(shui)進行有效(xiao)的(de)(de)回收(shou)(shou)和利用，找到(dao)成本(ben)低廉、技(ji)術可(ke)行、易于推廣的(de)(de)資源回收(shou)(shou)技(ji)術，關系到(dao)國民經(jing)濟(ji)與生態環境的(de)(de)可(ke)持續(xu)發(fa)展，成為紡織行業乃至各個(ge)行業共同(tong)關注(zhu)的(de)(de)焦點(dian)．

我國在(zai)(zai)(zai)棉織物(wu)上(shang)漿(jiang)(jiang)(jiang)(棉織物(wu)在(zai)(zai)(zai)織造前(qian)要上(shang)漿(jiang)(jiang)(jiang)，染色前(qian)需退(tui)(tui)(tui)漿(jiang)(jiang)(jiang))時所用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)漿(jiang)(jiang)(jiang)料很大(da)部分是聚(ju)乙烯醇，即PVA．在(zai)(zai)(zai)退(tui)(tui)(tui)漿(jiang)(jiang)(jiang)這一(yi)環節中(zhong)，含(han)PVA的(de)(de)(de)(de)(de)退(tui)(tui)(tui)漿(jiang)(jiang)(jiang)廢(fei)(fei)水(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)(de)排(pai)(pai)放對(dui)環境構成很大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)危害，通(tong)常一(yi)個印染廠的(de)(de)(de)(de)(de)退(tui)(tui)(tui)漿(jiang)(jiang)(jiang)廢(fei)(fei)水(shui)(shui)水(shui)(shui)量(liang)只占總(zong)廢(fei)(fei)水(shui)(shui)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)3 ，但是COD(化學耗氧量(liang))卻達(da)N4 000 rrcJL甚至10 000 m L，正是由于退(tui)(tui)(tui)漿(jiang)(jiang)(jiang)廢(fei)(fei)水(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)(de)存在(zai)(zai)(zai)使廢(fei)(fei)水(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)(de)總(zong)COD超(chao)標，達(da)不到排(pai)(pai)放標準，且(qie)高濃(nong)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)含(han)PVA退(tui)(tui)(tui)漿(jiang)(jiang)(jiang)廢(fei)(fei)水(shui)(shui)很難用(yong)生化法降解．本文研究動態陶瓷微濾膜(mo)處理含(han)PVA退(tui)(tui)(tui)漿(jiang)(jiang)(jiang)廢(fei)(fei)水(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)(de)膜(mo)分離特(te)征，考察操(cao)作壓差、錯流溫度(du)、速(su)度(du)等操(cao)作條件對(dui)膜(mo)通(tong)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)影響，在(zai)(zai)(zai)保證截留(liu)率，達(da)到國家排(pai)(pai)放標準的(de)(de)(de)(de)(de)前(qian)提下，盡量(liang)提高膜(mo)通(tong)量(liang)，為進一(yi)步的(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)業放大(da)設(she)計提供基礎數據．

1 實驗

1．1 實(shi)驗裝置及(ji)流程(cheng)

本實(shi)驗(yan)采(cai)用動態(tai)陶瓷膜實(shi)驗(yan)裝置(zhi)，流程如圖1所(suo)示．陶瓷管：購(gou)自(zi)浙江(jiang)長興，其平(ping)均外徑為1．3 cm，平(ping)均內徑為0．7 cm，表面平(ping)均孔徑為2μm．粉(fen)體材料：所(suo)用Zr02粉(fen)末購(gou)自(zi)華東理工大學，平(ping)均粒徑在(zai)1 μm以下．

1．2 動態(tai)陶瓷膜(mo)的建立(li)

未經涂膜的陶瓷(ci)管(guan)由于(yu)其(qi)孔徑比較大，對PVA分子的攔截效(xiao)果較差(cha)．參考(kao)相(xiang)關資料設定上膜時Zr02濃度，在加壓的條(tiao)(tiao)件下回(hui)流[1]，使(shi)得(de)Zr02粉末能夠附(fu)著于(yu)陶瓷(ci)管(guan)的細孔中，從而(er)實(shi)現有效(xiao)的涂膜．在此條(tiao)(tiao)件下制得(de)Zr02動態陶瓷(ci)膜，孔徑分布在0．5～ 1．0 μm．

1．3 料液

本實(shi)驗所(suo)用(yong)料液為(wei)上海第(di)二印染廠退漿工藝(yi)所(suo)產生廢(fei)水(shui)．由(you)表1可見PVA分子平(ping)均粒徑(jing)在500 nm左右．

2 結果與討論

2．1 操作(zuo)壓差對膜通量(liang)的影響

對于壓(ya)(ya)(ya)(ya)力推動的膜(mo)過濾過程，操(cao)作(zuo)壓(ya)(ya)(ya)(ya)差(cha)將直接影(ying)響(xiang)膜(mo)通量(liang)(liang)，無機膜(mo)過濾過程中存在一臨(lin)(lin)界(jie)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力，在臨(lin)(lin)界(jie)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力之下，操(cao)作(zuo)壓(ya)(ya)(ya)(ya)差(cha)與膜(mo)通量(liang)(liang)呈正比(bi)關系；在臨(lin)(lin)界(jie)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力之上，由于濃差(cha)極化等因素的影(ying)響(xiang)，過濾壓(ya)(ya)(ya)(ya)差(cha)與通量(liang)(liang)不再存在線性關系，而且操(cao)作(zuo)壓(ya)(ya)(ya)(ya)差(cha)對通量(liang)(liang)的影(ying)響(xiang)不大，前(qian)者為(wei)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力控(kong)制(zhi)區(qu)，后者為(wei)質量(liang)(liang)傳遞控(kong)制(zhi)區(qu)．[2]

圖2(操作條件：40℃ ，0．25 m／s)為不同壓(ya)差(cha)(cha)(cha)下(xia)(xia)膜通量隨時(shi)(shi)(shi)間的衰減曲線(xian)．由圖中可以看出，隨著(zhu)壓(ya)差(cha)(cha)(cha)的增(zeng)大(da)(da)，膜通量也增(zeng)大(da)(da)，但其(qi)衰減也較(jiao)快，這是由于(yu)壓(ya)差(cha)(cha)(cha)增(zeng)大(da)(da)，一(yi)方面使傳質(zhi)(zhi)(zhi)推動力增(zeng)大(da)(da)，另一(yi)方面使PVA顆粒在膜孔或膜表(biao)面沉積(ji)，使傳質(zhi)(zhi)(zhi)阻力增(zeng)大(da)(da)．當壓(ya)差(cha)(cha)(cha)繼(ji)續增(zeng)大(da)(da)到一(yi)定程度，會(hui)在此壓(ya)差(cha)(cha)(cha)下(xia)(xia)形成(cheng)凝結(jie)層，出現物質(zhi)(zhi)(zhi)傳遞控制，這時(shi)(shi)(shi)通量與壓(ya)力無(wu)關(guan)．一(yi)般選(xuan)擇這樣一(yi)個臨界的壓(ya)力作為最(zui)佳處理(li)條件，但由于(yu)PVA顆粒本(ben) 粒徑較(jiao)小，在較(jiao)高(gao)壓(ya)差(cha)(cha)(cha)下(xia)(xia)截留率明顯變低，當壓(ya)力達到40 kPa時(shi)(shi)(shi)，已不能達到排(pai)放(fang)標(biao)準，要(yao)通過(guo)提(ti)高(gao)陶瓷管質(zhi)(zhi)(zhi)量來改進．

2．2 錯流速度對(dui)膜(mo)通量的影響

膜面(mian)錯流(liu)速(su)度(du)的(de)(de)(de)大小主要(yao)取決于原料(liao)的(de)(de)(de)性質(黏(nian)度(du)、顆(ke)粒含量等)和膜材料(liao)機械(xie)強度(du)．[3]一般(ban)認(ren)為(wei)，較(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)剪(jian)切速(su)度(du)有(you)(you)利(li)于帶(dai)走沉(chen)積于膜表面(mian)的(de)(de)(de)顆(ke)粒、溶質等，減輕膜污染，因而可以(yi)有(you)(you)效地(di)提高(gao)膜通(tong)量[4]，而且提高(gao)錯流(liu)速(su)度(du)還有(you)(you)利(li)于減輕濃(nong)差(cha)極(ji)化(hua)的(de)(de)(de)影響，但也有(you)(you)研(yan)究結果表明，錯流(liu)速(su)度(du)過高(gao)也會(hui)帶(dai)來一些弊端．

由圖3(操作(zuo)條件：40℃ ，20 kPa)可以看(kan)到，流速較(jiao)(jiao)低時，膜(mo)通量衰(shuai)減(jian)(jian)較(jiao)(jiao)快，而流速增(zeng)大時，通量下降幅(fu)度(du)較(jiao)(jiao)緩慢．這是由于流速增(zeng)大，膜(mo)表面(mian)剪切力增(zeng)加，使膜(mo)表面(mian)沉積的顆粒(li)被帶走，減(jian)(jian)小了凝膠層厚度(du)，并減(jian)(jian)小了濃(nong)差極化的影響，而流速較(jiao)(jiao)低時則相(xiang)反．當流速增(zeng)加到一定程度(du)時，膜(mo)通量衰(shuai)減(jian)(jian)不是很明(ming)顯，考慮循(xun)環量以及能耗，選(xuan)取0．25 m／s的流速比較(jiao)(jiao)合適．

2．3 操作溫(wen)度對膜通(tong)量(liang)的影響

一般情況下，溫度(du)(du)(du)的升高(gao)(gao)會(hui)使溶液(ye)黏度(du)(du)(du)下降(jiang)，懸浮顆粒的溶液(ye)度(du)(du)(du)增加，傳質擴散系(xi)數增大，可以促使膜表面溶質向主體運動，減(jian)薄了濃差極化(hua)(hua)層，從而(er)提(ti)高(gao)(gao)過濾速度(du)(du)(du)，增加膜通(tong)量．不過，提(ti)高(gao)(gao)溫度(du)(du)(du)也會(hui)使能耗上(shang)升，增加操作成(cheng)本；而(er)對于(yu)性(xing)質隨溫度(du)(du)(du)變化(hua)(hua)明顯的體系(xi)，溫度(du)(du)(du)的影響就顯得(de)相當復雜．

由圖4(操作條件：0．25 m／s，20 kPa)可(ke)(ke)以(yi)看(kan)到隨著(zhu)溫度(du)(du)的(de)(de)升高，膜(mo)穩定通(tong)量不斷提高，提高幅度(du)(du)有(you)逐(zhu)漸變小(xiao)的(de)(de)趨(qu)勢．由于(yu)(yu)PVA分子粒(li)(li)徑非常小(xiao)，之所(suo)以(yi)可(ke)(ke)以(yi)用孔(kong)徑不是很小(xiao)的(de)(de)微濾膜(mo)攔(lan)(lan)截，很大(da)原因(yin)可(ke)(ke)能是由于(yu)(yu)PVA分子溶于(yu)(yu)水后在水中有(you)膠聯(lian)、團聚(ju)現象，從(cong)而使其作為一個整體(ti)可(ke)(ke)以(yi)被攔(lan)(lan)截下來．溫度(du)(du)升高，溶液(ye)內分子的(de)(de)活動加劇，有(you)阻礙形成大(da)顆粒(li)(li)的(de)(de)趨(qu)勢，對PVA的(de)(de)攔(lan)(lan)截影響(xiang)較大(da)，實驗證明當溫度(du)(du)高于(yu)(yu)40℃時(shi)，濾出(chu)液(ye)CODe 超過國家相關廢水排放標準．

3 動態陶瓷膜處理廢水效果

表(biao)2顯示，廢(fei)(fei)水(shui)經過處(chu)(chu)理(li)(操作(zuo)(zuo)條件：20 kPa，0．25 m／s，40℃)后，濾出(chu)液的CODer值小于(yu)180 mg／L，達到國家有關紡織染(ran)(ran)整(zheng)工業(ye)污染(ran)(ran)物的二級排放標準，能耗達到每處(chu)(chu)理(li)1 t退(tui)漿廢(fei)(fei)水(shui)低于(yu)3 kw時(shi)，殘(can)留液被(bei)濃縮，其(qi)PVA濃度最高(gao)可(ke)達原廢(fei)(fei)水(shui)的7倍，可(ke)用作(zuo)(zuo)涂料、黏合劑等．

4 結論

(1)采(cai)用(yong)1舯以下(xia)Z 動態陶瓷(ci)膜處理(li)含PVA退漿廢水(shui)．增(zeng)大(da)操作(zuo)壓差可(ke)以提(ti)高通量(liang)，但由(you)于(yu)PVA粒子較小，壓力過大(da)時容易擠(ji)壓而進入膜管(guan)內(nei)，影響截流(liu)率(lv)和膜的性能．錯流(liu)速度(du)(du)對(dui)膜通量(liang)的影響比(bi)較復雜，在流(liu)速不是(shi)很(hen)大(da)時，膜通量(liang)隨速度(du)(du)的增(zeng)大(da)而增(zeng)大(da)，但當(dang)流(liu)速增(zeng)大(da)到一定值(zhi)后，由(you)于(yu)剪切力過大(da)、料液(ye)(ye)在膜管(guan)中(zhong)停留時間過短及(ji)膜管(guan)內(nei)壓降(jiang)大(da)等因(yin)素，膜通量(liang)隨流(liu)速變化很(hen)小．溫度(du)(du)對(dui)膜通量(liang)影響顯著，溫度(du)(du)升高可(ke)明(ming)顯提(ti)高膜通量(liang)，但溫度(du)(du)的提(ti)高對(dui)PVA溶液(ye)(ye)的性質影響也很(hen)大(da)，要綜(zong)合考慮．在本試驗中(zhong)，處理(li)含PVA退漿廢水(shui)的最佳工藝條(tiao)件：壓力20 kPa，錯流(liu)速度(du)(du)0．25 m／s，溫度(du)(du)40℃．

(2)在此條件下處理原廢水，濾出液的(de)CODc值小于(yu)180 mg／L，達(da)到國(guo)家(jia)有關(guan)紡織染(ran)整工(gong)業污(wu)染(ran)物(wu)的(de)二級排(pai)放標準，且PVA可濃縮回收利(li)用(yong)，膜的(de)穩定通(tong)量按近(jin)40 L·(m2·h)-1要(yao)想進(jin)一(yi)步(bu)提高膜通(tong)量，需要(yao)對(dui)陶瓷(ci)微濾膜加以改進(jin)．

參考文獻
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