微滤膜法预处理周位酸有机废水

（武汉工程大学化工与制药学院绿色化工过程教育部重点实验室，湖北武汉430073）

周位酸是一种重要的萘系染料中间体，工业生产中是由精萘经磺化、硝化、还原、酸析得到，在其生产过程中会产生酸性强、色度大、COD 值高的有机废水，若直接排放，将严重污染水体，造成公害［1］。近年来，有关高浓度工业有机废水处理的研究已取得很大进展［2－9］，但对周位酸有机废水的预处理研究甚少。因此，对周位酸有机废水的预处理研究具有现实意义。

微滤又称微孔过滤，属于精密过滤，其基本原理是筛分过程，即在静压差作用下滤除0.1～10μm 的微粒：原料液在压差作用下，透过液穿过膜上的微孔流到膜的低压侧，粒径大于膜孔的微粒被截留，从而实现原料液中的微粒与溶剂的分离［10］。微滤和超滤、纳滤、反渗透相比，具有操作压力低、设备投资小、能耗小等优点。

鉴于此，作者采用微滤技术对周位酸有机废水进行预处理，以有效去除废水中部分有机物，为进一步深度处理减轻负荷。

1 实验

1.1 材料与仪器

周位酸废水，深黑色，强酸性，pH 值1.4～1.5，COD 值38 151mg·L－1，色度10 000倍，安徽六国化工股份有限公司；混合纤维素（CN－CA）微孔滤膜（孔径0.22μm，直径47mm），海宁郭店桃园医疗化工仪器厂。

Sartorius 16249 型不锈钢盘式过滤器，德国；P320型空气压缩泵；COD 检测装置；PHS－3C 型数显酸度计，上海雷磁；JSM－5510LV 型扫描电子显微镜；50mL具塞比色管。

1.2 方法

将清洗过的微滤膜装入不锈钢盘式过滤器中，拧紧机械密封装置防止周围漏液，自进液口放入调节好温度、pH 值的周位酸有机废水，并在出料口用量筒收集透过液，调整操作压力后即可进行加压过滤。采用重铬酸钾法检测透过液的COD 值［11］，按下式计算膜通量及COD 截留率：

2 结果与讨论

2.1 废水pH 值对微滤膜预处理效果的影响

用氢氧化钙水溶液调节周位酸有机废水pH 值至2、4、6、8、10、12。在室温、操作压力为0.1 MPa下，将不同pH 值的周位酸有机废水用微滤装置过滤，测定膜通量和COD 截留率，结果见图1。

由图1可知：（1）在pH 值为2～10时，随着周位酸有机废水pH 值的增大，膜通量呈线性下降趋势。这可能是由于氢氧化钙中的氢氧根离子可与周位酸有机废水中的某些金属离子反应生成不溶于水的沉淀物，使大于膜孔的微粒数大大增加，宏观上表现为膜通量的快速下降；（2）当不调节pH 值直接进行微滤时，COD 截留率不到1%，微滤效果很差；在pH 值为2～10时，随着pH 值的增大，COD 截留率几乎呈线性上升，微滤效果明显；在pH 值大于10后，增长趋势趋于平缓。综合考虑，废水pH 值选择10较为适宜。

图1 废水pH 值对膜通量和COD截留率的影响Fig.1 Effect of pH value of wastewater on membrane flux and retention rate of COD

2.2 操作压力对微滤膜预处理效果的影响

将废水pH 值调节至10，室温下分别控制操作压力（泵表压）为0.0 MPa、0.1 MPa、0.2 MPa、0.3 MPa、0.4 MPa对废水进行微滤，测定膜通量和COD截留率，结果见图2。

图2 操作压力对膜通量和COD截留率的影响Fig.2 Effect of operation pressure on membrane flux and retention rate of COD

由图2可知：在不加压的情况下利用废水自重进行过滤时，膜通量较低；增大操作压力，膜通量相应升高，微滤膜表面的溶质浓度不断增大，当操作压力达到0.3 MPa时，产生浓差极化现象，对溶剂的透过起阻碍作用，导致膜通量下降。

根据微滤的分离机理，当操作压力较小时，大于膜孔径或与其孔径相当的微粒会被截留，此时透过液的COD 值较小；当压力增大时，略大于孔径的微粒穿过微滤膜，宏观上表现为COD 值增大。由图2可知，微滤膜的COD 截留率随操作压力的增大呈下降趋势。综合考虑，操作压力选择0.1 MPa较为适宜。

2.3 操作温度对微滤膜预处理效果的影响

将废水pH 值调至10、操作压力调至0.1MPa，分别在不同操作温度（25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃）下对废水进行微滤，测定膜通量和COD 截留率，结果见图3。

图3 操作温度对膜通量和COD截留率的影响Fig.3 Effect of operation temperature on membrane flux and retention rate of COD

由图3可知：（1）室温（25 ℃）时，COD 截留率最高，随着操作温度的升高，透过液的COD 截留率稍有下降。这可能是因为，分子的布朗运动随着温度的升高而加剧，使得溶质分子透过膜的几率增大，导致COD 截留率下降；（2）操作温度升高有利于膜通量的上升。综合考虑，操作温度选择室温较为适宜。

2.4 扫描电镜分析（图4）

图4 微滤膜使用前后的SEM 照片（×10 000）Fig.4 SEM Images of microfiltration membrane before and after use（×10 000）

由图4可以看出：使用前，微滤膜孔比较均匀，呈相互交织的立体网状结构；使用后，微滤膜孔部分被堵塞，导致膜通量持续下降。微滤膜片经机械清洗和及水冲洗后可恢复部分膜通量。

3 结论

采用微滤膜预处理周位酸有机废水，探讨了废水pH 值、操作压力、操作温度对微滤膜预处理效果的影响。结果表明，在废水pH 值为10、操作压力为0.1 MPa、操作温度为室温的条件下，废水COD 截留率达58%，色度明显减小，微滤膜片经机械清扫和反水冲洗后可恢复部分膜通量。为微滤膜法预处理周位酸有机废水的工业化提供了基础数据和理论依据。

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