腈纶装置水洗/过滤单元废水纤维束过滤器过滤参数研究
2015-04-23朱显梅刘建华
李 平,朱显梅,刘建华
(吉林省环境科学研究院,吉林长春130012)
1 引言
腈纶——聚丙烯腈纤维是一种合成纤维。腈纶由于具有良好的柔软性、蓬松性、耐辐射性和优越的耐光性和染色性等特点,应用广泛。据世界贸易组织预测化纤行业的产品需求量每年将以3.1% ~4.5%的速度递增,至2020年将达178万 t/年,届时我国将有50万 t/年化纤产品的需求缺口。
化纤生产对环境的污染严重,主要表现在聚合车间生产废水排放过程中,腈纶废水特点是:废水污染物成分复杂;氨氮、COD浓度较高;存在着EDTA、乙烯醚、壬基酚聚氧和有机磺酸盐等难生物降解物质,还有浓度较高的硫酸根、亚硫酸根等生物抑制性成分,造成废水的可生化性很低;废水中还存在着油剂、各种分子量的聚合物,这些物质以胶体、悬浮物的形式存在于水中,难以自然沉降。由于腈纶废水排放量大,浓度高,可生化性差,废水处理难度大,所以化纤工业废水处理是化纤行业发展的一个重要前提。
吉林化纤集团有限责任公司是全球知名的聚丙烯腈基纤维生产企业,产品产量亚洲第一、世界第二。国家“十一五”期间,针对吉林奇峰化纤股份有限公司排放的废水,中国环境科学研究院、吉林省环境科学研究院和兰州交通大学对该企业废水开展技术研究并取得了极大的进展。腈纶废水中含有的聚合物--聚丙烯腈价值达到2万元/t,实际生产中将其回收能够降低末端治理难度,减少企业热能损失,降低生产成本。在“十二五”期间,课题组针对腈纶水洗/过滤单元废水中高聚物可生化性差问题提出《化纤行业腈纶水洗/过滤单元废水高聚物截留关键技术》研究课题。
根据对奇峰化纤股份有限公司聚合车间聚合母液源解析,掌握聚合物粒径直径和粒径分布、粒径密度情况,可选择微孔过滤、预覆层过滤及一般过滤3种过滤方式。通过对聚合车间生产工艺的考察与调研得知聚合母液中聚丙烯腈的回收纯度要求较高,排除预覆层过滤方式。在选择微孔过滤介质过程中,考虑到聚合母液呈酸性,温度为50℃,排除有机膜过滤介质而选择无机陶瓷膜作为过滤介质的过滤小试设备进行研究;一般过滤方式中选择两种行业通用的过滤方式,本研究中选用了滤布过滤小试设备和纤维素过滤小试设备进行研究。
通过实验,综合比较过滤小试设备对聚合母液中聚合物去除效率、经济成本和生产成本优选,确定其中一种过滤工艺作为中试核心过滤工艺。
2 材料与方法
2.1 材料
实验用水:聚合母液,取自吉林奇峰化纤股份有限公司聚合车间废水。聚合母液水质情况:SS浓度70 mg/L、pH值为3左右、COD浓度为850 mg/L,温度为50℃,其中,SS主要物质为醋酸乙烯和聚丙烯腈混合物,粒径为5~40 μm。
实验选用纤维束过滤小试设备进行过滤研究,选用过滤介质如表1、图1所示。
图1 丙纶丝
2.2 方法
课题小组选用纤维束过滤器过滤设备进行小试实验研究,通过对过滤介质密度及压力差设备参数的的控制,优化过滤设备参数,取得纤维束过滤器的最佳过滤效果。
表1 3种过滤设备的过滤介质
2.3 结果分析
2.3.1 不同密度滤料对SS的去除效率的影响
课题组分别采用35 kg/m2和45 kg/m2密度丙纶丝滤料,水压为0.14 MPa条件下对聚合车间废水进行处理,SS的去除试验结果与处理效率对比图见图2、图3和图4。
图2 滤料为35 kg/m2密度条件下对SS去除效果情况
图3 滤料为45 kg/m2密度条件下对SS去除效果情况
图4 不同填料密度条件下对SS去除效果情况
由图2、图3中可以看出:进水SS浓度主要集中在60~70 mg/L之间,在经过纤维束过滤器固液分离以后,在密度为35 kg/m2和45 kg/m2丙纶丝滤料条件下SS的去除效率分别在40%及43%左右;图4可以看出,各种密度滤料条件下过滤器对SS的去除率基本上都能达到40%以上,而随着密度的增加,呈现出去除效率上升的态势。
2.2.3 系统内压差对SS去除效率的影响
通过对不同密度丙纶丝滤料废水SS过滤试验,丙纶丝填料浓度在45 kg/m2情况下去除效率高;为考察压差对纤维束过滤器SS去除效率的影响,分别在45 kg/m2丙纶丝滤料条件下,对0.01MPa和0.02MPa两种压差情况进行过滤试验,SS去除试验结果与处理效率对比图见图5、图6和图7。
图5 压差0.02MP条件下对SS去除效果情况
图6 压差0.01MP条件下对SS去除效果情况
从图5~6中可以看出:进水SS浓度主要集中在60~70 mg/L之间,在经过纤维束过滤器固液分离以后,在密度为45 kg/m2丙纶丝滤料,系统内压差分别为0.01 MPa和0.02 MPa条件下SS的去除效率分别在42%及44%左右;由图7中可以看出,不同压差条件下过滤器对SS的去除率基本上都能达到40%以上,而随着系统内压差的增加,呈现出去除效率上升的态势。
图7 不同压差条件下SS去除效果情况
3 结语
(1)在进水条件为SS浓度主要集中在60~70 mg/L之间,温度为24℃,进水流量为1 m3/h,压力为0.14 MPa,滤料丙纶丝密度为45 kg/m2时比密度为35 kg/m2时SS去除效率高3个百分点左右,可推断随着滤料密度的增加,SS去除效率呈现上升的态势。
(2)确定丙纶丝密度为45 kg/m2,考察系统内压差对过滤效果的影响,结果表明:随着系统内压差的增加,SS去除效果呈现上升趋势,但规定系统内压差不能超过0.05 MPa,因此在运行过滤器时应时刻注意压差的变化范围,如压差达到或超出0.05 MPa时,需进行反冲洗操作。
[1]王有力.变孔隙纤维过滤装置[P],专利号:ZL.98244356.2,2000.
[2]钱克刚.纤维过滤剖析-深层过滤的回顾与展望[J].工业水处理,1993(2).