摘要：用陶瓷膜處理含PVA退漿廢水，研究操作壓差、錯流速度、溫度等操作條件對膜通量的影響，確定合適的工藝．在此操作條件下，處理廢水完全達到排放標準，且PVA得到濃縮．

關鍵詞：動態陶瓷膜；微濾；PVA；廢水處理

目前，可持續發展是人類共同面對的一個重大課題，每個國家每個行業都在探尋著適合自身情況的可持續發展的措施和方法．在紡織行業中，廢水處理對于很多中小型印染廠來說都是一個十分棘手的問題．國外有些先進的污水處理設備，效果很好，可是需要投資大，能耗多，這對于中小型印染廠來說只是有心無力，畢竟在他們看來工廠的經濟效益還是為先的．所以如何對這些廢水進行有效的回收和利用，找到成本低廉、技術可行、易于推廣的資源回收技術，關系到國民經濟與生態環境的可持續發展，成為紡織行業乃至各個行業共同關注的焦點．

我國在棉織物上漿(棉織物在織造前要上漿，染色前需退漿)時所用的漿料很大部分是聚乙烯醇，即PVA．在退漿這一環節中，含PVA的退漿廢水的排放對環境構成很大的危害，通常一個印染廠的退漿廢水水量只占總廢水量的3 ，但是COD(化學耗氧量)卻達N4 000 rrcJL甚至10 000 m L，正是由于退漿廢水的存在使廢水的總COD超標，達不到排放標準，且高濃度的含PVA退漿廢水很難用生化法降解．本文研究動態陶瓷微濾膜處理含PVA退漿廢水的膜分離特征，考察操作壓差、錯流溫度、速度等操作條件對膜通量的影響，在保證截留率，達到國家排放標準的前提下，盡量提高膜通量，為進一步的工業放大設計提供基礎數據．

1 實驗

1．1 實驗裝置及流程

本實驗采用動態陶瓷膜實驗裝置，流程如圖1所示．陶瓷管：購自浙江長興，其平均外徑為1．3 cm，平均內徑為0．7 cm，表面平均孔徑為2μm．粉體材料：所用Zr02粉末購自華東理工大學，平均粒徑在1 μm以下．

1．2 動態陶瓷膜的建立

未經涂膜的陶瓷管由于其孔徑比較大，對PVA分子的攔截效果較差．參考相關資料設定上膜時Zr02濃度，在加壓的條件下回流[1]，使得Zr02粉末能夠附著于陶瓷管的細孔中，從而實現有效的涂膜．在此條件下制得Zr02動態陶瓷膜，孔徑分布在0．5～ 1．0 μm．

1．3 料液

本實驗所用料液為上海第二印染廠退漿工藝所產生廢水．由表1可見PVA分子平均粒徑在500 nm左右．

2 結果與討論

2．1 操作壓差對膜通量的影響

對于壓力推動的膜過濾過程，操作壓差將直接影響膜通量，無機膜過濾過程中存在一臨界壓力，在臨界壓力之下，操作壓差與膜通量呈正比關系；在臨界壓力之上，由于濃差極化等因素的影響，過濾壓差與通量不再存在線性關系，而且操作壓差對通量的影響不大，前者為壓力控制區，后者為質量傳遞控制區．[2]

圖2(操作條件：40℃ ，0．25 m／s)為不同壓差下膜通量隨時間的衰減曲線．由圖中可以看出，隨著壓差的增大，膜通量也增大，但其衰減也較快，這是由于壓差增大，一方面使傳質推動力增大，另一方面使PVA顆粒在膜孔或膜表面沉積，使傳質阻力增大．當壓差繼續增大到一定程度，會在此壓差下形成凝結層，出現物質傳遞控制，這時通量與壓力無關．一般選擇這樣一個臨界的壓力作為最佳處理條件，但由于PVA顆粒本 粒徑較小，在較高壓差下截留率明顯變低，當壓力達到40 kPa時，已不能達到排放標準，要通過提高陶瓷管質量來改進．

2．2 錯流速度對膜通量的影響

膜面錯流速度的大小主要取決于原料的性質(黏度、顆粒含量等)和膜材料機械強度．[3]一般認為，較高的剪切速度有利于帶走沉積于膜表面的顆粒、溶質等，減輕膜污染，因而可以有效地提高膜通量[4]，而且提高錯流速度還有利于減輕濃差極化的影響，但也有研究結果表明，錯流速度過高也會帶來一些弊端．

由圖3(操作條件：40℃ ，20 kPa)可以看到，流速較低時，膜通量衰減較快，而流速增大時，通量下降幅度較緩慢．這是由于流速增大，膜表面剪切力增加，使膜表面沉積的顆粒被帶走，減小了凝膠層厚度，并減小了濃差極化的影響，而流速較低時則相反．當流速增加到一定程度時，膜通量衰減不是很明顯，考慮循環量以及能耗，選取0．25 m／s的流速比較合適．

2．3 操作溫度對膜通量的影響

一般情況下，溫度的升高會使溶液黏度下降，懸浮顆粒的溶液度增加，傳質擴散系數增大，可以促使膜表面溶質向主體運動，減薄了濃差極化層，從而提高過濾速度，增加膜通量．不過，提高溫度也會使能耗上升，增加操作成本；而對于性質隨溫度變化明顯的體系，溫度的影響就顯得相當復雜．

由圖4(操作條件：0．25 m／s，20 kPa)可以看到隨著溫度的升高，膜穩定通量不斷提高，提高幅度有逐漸變小的趨勢．由于PVA分子粒徑非常小，之所以可以用孔徑不是很小的微濾膜攔截，很大原因可能是由于PVA分子溶于水后在水中有膠聯、團聚現象，從而使其作為一個整體可以被攔截下來．溫度升高，溶液內分子的活動加劇，有阻礙形成大顆粒的趨勢，對PVA的攔截影響較大，實驗證明當溫度高于40℃時，濾出液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2顯示，廢水經過處理(操作條件：20 kPa，0．25 m／s，40℃)后，濾出液的CODer值小于180 mg／L，達到國家有關紡織染整工業污染物的二級排放標準，能耗達到每處理1 t退漿廢水低于3 kw時，殘留液被濃縮，其PVA濃度最高可達原廢水的7倍，可用作涂料、黏合劑等．

4 結論

(1)采用1舯以下Z 動態陶瓷膜處理含PVA退漿廢水．增大操作壓差可以提高通量，但由于PVA粒子較小，壓力過大時容易擠壓而進入膜管內，影響截流率和膜的性能．錯流速度對膜通量的影響比較復雜，在流速不是很大時，膜通量隨速度的增大而增大，但當流速增大到一定值后，由于剪切力過大、料液在膜管中停留時間過短及膜管內壓降大等因素，膜通量隨流速變化很小．溫度對膜通量影響顯著，溫度升高可明顯提高膜通量，但溫度的提高對PVA溶液的性質影響也很大，要綜合考慮．在本試驗中，處理含PVA退漿廢水的最佳工藝條件：壓力20 kPa，錯流速度0．25 m／s，溫度40℃．

(2)在此條件下處理原廢水，濾出液的CODc值小于180 mg／L，達到國家有關紡織染整工業污染物的二級排放標準，且PVA可濃縮回收利用，膜的穩定通量按近40 L·(m2·h)-1要想進一步提高膜通量，需要對陶瓷微濾膜加以改進．

參考文獻
[1] 徐寅匯，武小鷹，呂少虹，等．動態陶瓷膜的制備及應用研究[J]．水處理技術，2003，29(3)：134—136．
[2] LEES，AURELLE Y，ROQUES H MD．brane Tech  in Wastewater Treatment[J]．JIV~nbrSci，1984，19：23．
[3] CHERYAN~L Ultrafiltration Handbook[M]．Lancaster：Technomic  Publish Co，1986．
[4] 徐南平，邢衛紅，趙宜江，等．無機膜分離技術與應用[M]．北京：化學工業出版社，2003：89—103 來源：谷騰水網 作者: 張毅，顧潤南