膜分離技術(shù)在聚乙烯醇纖維生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用

文/沈 瑞（安徽皖維高新材料股份有限公司）

工業(yè)生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，其中含有各種重金屬等有毒有害物質(zhì)，工業(yè)廢水的處理是實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展必須要解決的問(wèn)題。20 世紀(jì)60 年代，膜分離技術(shù)開始實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，相繼出現(xiàn)了超濾膜、微孔過(guò)濾膜和反滲透膜等，膜分離技術(shù)在海水淡化、工業(yè)廢水處理、城市廢水資源化、燃料電池、食品、生物質(zhì)利用、制藥等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。合理地利用膜分離技術(shù)對(duì)工業(yè)廢水進(jìn)行有效處理，對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢水的循環(huán)利用意義重大[1]。

一、膜分離技術(shù)原理

膜分離技術(shù)是指在分子水平上不同粒徑分子的混合物在通過(guò)半透膜時(shí)實(shí)現(xiàn)選擇性分離的技術(shù)。半透膜又稱分離膜或?yàn)V膜，膜壁布滿小孔，根據(jù)孔徑大小可以分為微濾膜（MF）、超濾膜（UF）、納濾膜（NF）、反滲透膜（RO）等，膜分離采用錯(cuò)流過(guò)濾或死端過(guò)濾方式[2]。在過(guò)濾過(guò)程中通過(guò)泵的加壓，料液以一定流速沿著濾膜的表面流過(guò)，大于膜截留分子量的物質(zhì)分子不透過(guò)膜流回料罐，小于膜截留分子量的物質(zhì)或分子透過(guò)膜形成透析液，以上過(guò)程稱為反滲透。所以膜系統(tǒng)都有兩個(gè)出口，一個(gè)是濃縮液出口，另一個(gè)是透析液出口。反滲透是將料液分為兩個(gè)部分，透過(guò)膜的是含溶質(zhì)很少的溶劑，稱為滲透液，未透過(guò)膜的液體溶質(zhì)濃度增高，稱為濃縮液。反滲透是以壓力差為推動(dòng)力的分離操作，其主要作用就是截留離子物質(zhì)而僅讓溶劑透過(guò)。

二、 反滲透膜處理聚乙烯醇纖維生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水

反滲透膜很容易被無(wú)機(jī)鹽類、膠體、微生物、金屬氧化物等污染，這些物質(zhì)容易沉積在膜表面引起膜通量下降或脫鹽率下降，導(dǎo)致段間壓差升高，甚至對(duì)膜造成不可恢復(fù)的損傷。國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)先后開發(fā)出在物理化學(xué)穩(wěn)定性、脫鹽率、產(chǎn)水量等方面表現(xiàn)出高性能的反滲透膜元件，并成功應(yīng)用，說(shuō)明目前的反滲透膜技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟[3]。

聚乙烯醇纖維是由聚乙烯醇通過(guò)溶解、過(guò)濾、脫泡、紡絲、凝固、熱處理等工藝制造而成的。聚乙烯醇纖維的生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的含有硫酸鈉、聚乙烯醇短纖維及微量聚乙烯醇固體顆粒等的廢水，目前這些廢水基本直接進(jìn)入現(xiàn)有污水處理場(chǎng)的生化系統(tǒng)，由于硫酸根離子對(duì)生化系統(tǒng)有抑制作用，導(dǎo)致生化處理難度增加，污水處理成本增加。而且廢水中的硫酸鈉、聚乙烯醇短纖維及顆粒未能作為原料回用，造成了資源的浪費(fèi)，增加了聚乙烯醇纖維的生產(chǎn)成本。

通過(guò)設(shè)置廢水濃縮系統(tǒng)對(duì)含硫酸鈉的廢水進(jìn)行回收，廢水濃縮系統(tǒng)依次包括自清洗過(guò)濾器、一級(jí)過(guò)濾器、一級(jí)反滲透膜濃縮裝置、二級(jí)過(guò)濾器和二級(jí)反滲透膜濃縮裝置，具體處理過(guò)程如下：

（1）將含硫酸鈉的廢水引入廢水濃縮系統(tǒng)，經(jīng)增壓泵增壓提升進(jìn)入自清洗過(guò)濾器，過(guò)濾去除聚乙烯醇短纖維及部分聚乙烯醇顆粒。

（2）自清洗過(guò)濾器出水經(jīng)增壓泵增壓提升進(jìn)入一級(jí)過(guò)濾器中進(jìn)行過(guò)濾，所得濾液經(jīng)增壓泵增壓提升進(jìn)入一級(jí)反滲透膜濃縮裝置，處理后產(chǎn)生的濃水進(jìn)入一級(jí)濃水箱。

（3）一級(jí)濃水箱內(nèi)的濃水經(jīng)增壓泵增壓提升進(jìn)入二級(jí)過(guò)濾器中進(jìn)行過(guò)濾，所得濾液經(jīng)增壓泵增壓提升進(jìn)入二級(jí)反滲透膜濃縮裝置，處理后產(chǎn)生的濃水進(jìn)入二級(jí)濃水箱。

（4）一級(jí)反滲透膜濃縮裝置和二級(jí)反滲透膜濃縮裝置產(chǎn)生的透過(guò)液流回用水池。

（5）在廢水濃縮系統(tǒng)運(yùn)行15～20 天后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行清潔和養(yǎng)護(hù)。

步驟（1）中，過(guò)濾去除的聚乙烯醇短纖維及部分聚乙烯醇顆粒作為聚乙烯醇原料繼續(xù)使用；步驟（3）中的濃水主要成分為硫酸鈉溶液，返回車間作為原料繼續(xù)使用；步驟（4）中的透過(guò)液返回車間作為聚乙烯醇原料的洗滌水使用。步驟（5）中的清潔是對(duì)整個(gè)廢水濃縮系統(tǒng)采用軟水低壓沖洗，可將兩級(jí)膜濃縮裝置濃水側(cè)內(nèi)的高濃度鹽沖洗干凈，不僅可以將膜元件濃水側(cè)的高含鹽量的離子置換掉，而且可以防止系統(tǒng)中微生物的滋生；步驟（5）中的養(yǎng)護(hù)主要是對(duì)兩級(jí)膜濃縮裝置采用化學(xué)清洗的方法進(jìn)行處理，以恢復(fù)膜的性能，根據(jù)不同的污染物和膜性質(zhì)采取不同的清洗措施。

步驟（3）所獲得的二級(jí)濃水，可重新用于聚乙烯醇纖維的生產(chǎn)，具體方式為：取樣濃水并檢測(cè)其濃度，若濃度不低于390 g/L，則合格，可直接加入凝固浴液中，且加入量不超過(guò)凝固浴液體積的10%；若濃度低于390 g/L，則送入凝固浴液蒸發(fā)系統(tǒng)，待濃度合格后使用。

三、延長(zhǎng)反滲透膜使用壽命

反滲透裝置在使用過(guò)程中會(huì)由于污染而導(dǎo)致分離效率降低，污染是影響反滲透膜使用壽命的最常見因素，污染物主要有化學(xué)垢、有機(jī)物膠體污染及微生物等。為了延長(zhǎng)反滲透膜的使用壽命，通常采取淡水沖洗、化學(xué)清洗、加阻垢劑三種措施。

1.淡水沖洗

反滲透裝置在運(yùn)行前后，通常采用淡水將反滲透系統(tǒng)濃水側(cè)內(nèi)的高濃度鹽沖洗干凈，這樣不僅可以置換反滲透膜元件濃水側(cè)的高含鹽量的離子，而且可以防止系統(tǒng)中微生物的滋生。淡水沖洗可以有效減緩反滲透系統(tǒng)膜過(guò)濾表面濃差極化，減輕反滲透膜首端有機(jī)膠體、高分子污染物等常規(guī)化學(xué)藥劑難以清除的污染物的污染問(wèn)題，提高反滲透膜系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，有助于延長(zhǎng)膜系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行周期、增強(qiáng)化學(xué)清洗效果、提高膜使用壽命[4]。

2.化學(xué)清洗

反滲透裝置運(yùn)行一段時(shí)間后，物料中的微粒、膠體粒子或者溶質(zhì)大分子由于與膜存在物理化學(xué)相互作用或機(jī)械作用，會(huì)在膜表面或膜孔內(nèi)吸附、沉積，造成孔徑變小、堵塞，使膜產(chǎn)生滲透通量與分離特性的不可逆變化，這就是膜污染現(xiàn)象[5]。膜污染嚴(yán)重影響目標(biāo)產(chǎn)物的回收率，及時(shí)清洗可以確保反滲透產(chǎn)水量和產(chǎn)水水質(zhì)；另外某些污染物若不及時(shí)清洗則很難清洗徹底，影響清洗效果。清洗方法的選擇對(duì)延長(zhǎng)膜的壽命及膜的應(yīng)用推廣至關(guān)重要[6]。

3.加阻垢劑

含硫酸鈉廢水經(jīng)濃縮后，離子的濃度積可能大大超過(guò)平衡常數(shù)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象，難溶性鹽類在反滲透膜元件內(nèi)不斷濃縮且超過(guò)其溶解度極限時(shí)，就會(huì)在膜表面發(fā)生結(jié)垢。為了減少結(jié)垢現(xiàn)象，一般在反滲透膜的使用過(guò)程中設(shè)置阻垢劑加藥單元。

四、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)膜分離技術(shù)的應(yīng)用可以將廢水中的聚乙烯醇短纖維、聚乙烯醇顆粒分離出來(lái)作為聚乙烯醇原料使用，同時(shí)也可將廢水轉(zhuǎn)化為一定濃度的硫酸鈉溶液及回用水，二者都可以作為生產(chǎn)原料回車間使用，提高資源的利用效率，減少污染物排放，具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。