膜分離技術(shù)在聚乙烯醇纖維生產(chǎn)過程中的應(yīng)用

膜分離技術(shù)在聚乙烯醇纖維生產(chǎn)過程中的應(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)廢水的處理是實現(xiàn)綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展必須要解決的問題。20世紀(jì)60年代，膜分離技術(shù)開始實現(xiàn)工業(yè)化，相繼出現(xiàn)了超濾膜、微孔過濾膜和反滲透膜等，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)對工業(yè)廢水進行有效處理，對實現(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半透膜時實現(xiàn)選擇性分離的技術(shù)。半透膜又稱分離膜或濾膜，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，膜分離采用錯流過濾或死端過濾方式[2]。在過濾過程中通過泵的加壓，料液以一定流速沿著濾膜的表面流過，大于膜截留分子量的物質(zhì)分子不透過膜流回料罐，小于膜截留分子量的物質(zhì)或分子透過膜形成透析液，以上過程稱為反滲透。所以膜系統(tǒng)都有兩個出口，一個是濃縮液出口，另一個是透析液出口。反滲透是將料液分為兩個部分，透過膜的是含溶質(zhì)很少的溶劑，稱為滲透液，未透過膜的液體溶質(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。

二、反滲透膜處理聚乙烯醇纖維生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水

反滲透膜很容易被無機鹽類、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，甚至對膜造成不可恢復(fù)的損傷。國內(nèi)科研機構(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溶解、過濾、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)過程中會產(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入現(xiàn)有污水處理場的生化系統(tǒng)，由于硫酸根離子對生化系統(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，增加了聚乙烯醇纖維的生產(chǎn)成本。

通過設(shè)置廢水濃縮系統(tǒng)對含硫酸鈉的廢水進行回收，廢水濃縮系統(tǒng)依次包括自清洗過濾器、一級過濾器、一級反滲透膜濃縮裝置、二級過濾器和二級反滲透膜濃縮裝置，具體處理過程如下：

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

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

（3）一級濃水箱內(nèi)的濃水經(jīng)增壓泵增壓提升進入二級過濾器中進行過濾，所得濾液經(jīng)增壓泵增壓提升進入二級反滲透膜濃縮裝置，處理后產(chǎn)生的濃水進入二級濃水箱。

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

（5）在廢水濃縮系統(tǒng)運行15～20天后，對系統(tǒng)進行清潔和養(yǎng)護。

步驟（1）中，過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）中的清潔是對整個廢水濃縮系統(tǒng)采用軟水低壓沖洗，可將兩級膜濃縮裝置濃水側(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)護主要是對兩級膜濃縮裝置采用化學(xué)清洗的方法進行處理，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：取樣濃水并檢測其濃度，若濃度不低于390g/L，則合格，可直接加入凝固浴液中，且加入量不超過凝固浴液體積的10%；若濃度低于390g/L，則送入凝固浴液蒸發(fā)系統(tǒng)，待濃度合格后使用。

三、延長反滲透膜使用壽命

反滲透裝置在使用過程中會由于污染而導(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、有機物膠體污染及微生物等。為了延長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)膜過濾表面濃差極化，減輕反滲透膜首端有機膠體、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題，提高反滲透膜系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，有助于延長膜系統(tǒng)穩(wěn)定運行周期、增強化學(xué)清洗效果、提高膜使用壽命[4]。

2.化學(xué)清洗

反滲透裝置運行一段時間后，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)相互作用或機械作用，會在膜表面或膜孔內(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清洗則很難清洗徹底，影響清洗效果。清洗方法的選擇對延長膜的壽命及膜的應(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平衡常數(shù)，會產(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)不斷濃縮且超過其溶解度極限時，就會在膜表面發(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程中設(shè)置阻垢劑加藥單元。

四、結(jié)