平板膜技术处理退浆废水的研究

黄永茂（河北化工医药职业技术学院,石家庄 050026）



平板膜技术处理退浆废水的研究

黄永茂
（河北化工医药职业技术学院,石家庄 050026）

摘 要：以R箱水为实验物料，使用平板膜装置，考察了PW、GK、GH、DK四种膜在不同压力、温度、浓缩时间等条件下的CODCr去除率和色度的比较。

关键词：退浆废水；平板膜；膜分离；印染废水

我国是印染大国，印染废水的排放量占工业废水排放量的1/10。印染废水主要指印染工艺中经过退浆、漂白、洗毛、染色、整理等工序排出的废水，其中退浆废水水量较小, 占整个印染废水的约15%左右；退浆废水COD排放量占整个印染工序总排放量的50%～55%但在中［1,2］。退浆废水中的聚乙烯醇、CMC 和表面活性剂含量很大，废水可生化降解性大大降低，使传统的活性污泥法的处理效果降低。其中聚乙烯醇是化学性质稳定的高聚物，难生物降级且价格昂贵，流失会造成经济损失，宜回收使用。

膜分离技术是以浓度梯度、电势梯度及压力梯度作为推动力，利用特殊制造的多孔材料的拦截能力，通过膜对混合物中各组分选择渗透作用的差异进行分离、提纯和富集的方法。采用膜分离技术可以降低污水处理量、回收聚乙烯醇和染料，即能减少污水处理成本又能回收部分原料，近年来已在印染废水处理、染料回收及除盐、PVA和羊毛脂的回收等方面取得了较好的效果。目前用于印染废水处理的膜技术主要有微滤、超滤、纳滤、反渗透等膜技术，随着膜技术的发展，在减少企业的运行成本、提高企业的竞争力和效益等方面会发挥更大的作用。

1 实验部分

1.1 有机膜与实验装置

表1 实验所用膜

图1 实验装置流程图

1.2 实验药品及仪器

取自某印染厂R箱水为原料，实验所有化学药品硫酸银、十二烷基磺酸钠、浓硫酸、硫酸亚铁铵、氢氧化钠、重铬酸钾、柠檬酸均为分析纯。实验仪器平板膜实验装置（自制）、电导率（DDS -307，上海精密科学仪器有限公司）、TOC测量仪（Apollo9000，美国泰克玛有限公司）、分析天平（AR1530，奥豪斯国际贸易（上海）有限公司）。

1.3 实验操作

向料槽中加入3.5 L～4 L料液，开启仪器。调节压力至所需值并维持恒定，接通部冷却水等待料液升温，升至实验所需温度后，用冷却水控制恒温。在选膜实验中，保持温度和旁路流量恒定，测量不同压力下的渗透通量值记录并取样，每变换一次压力后，要稳定5分钟在进行测量。浓缩实验中，保持压力和温度恒定，按一定的时间间隔或按一定的渗透液体积间隔测量渗透通量，记录并合理安排取样。

2 结果与讨论

2.1 压力影响

图2 不同膜的渗透通量随压强的变化

从图2中可以看到，随着压强的增大，推动力就会增大，渗透通量明显增加。由于浓差极化的作用，当渗透通量达到临界通量时增加非常缓慢的。随着压强增大，膜污染的速度加快，也会使渗透通量的增加变缓。膜孔大小顺序为PW膜＞GK膜＞GH膜＞DK膜，渗透通量的大小是PW膜＞GK膜＞GH膜＞DK膜，渗透通量与膜孔成正比。

图3 不同膜的渗透液CODCr随压强的变化

图4 不同膜的CODCr去除率随压强的变化

从图3和图4中可以看出，GK膜、GH膜、DK膜渗透液的CODCr及CODCr去除率随压强的增加几乎没有什么变化，由于膜孔的比较小，对压强的敏感度不高，所以增加幅度比较小，而PW膜因为膜孔非常大，对压强的敏感度比较高，随压强的增大，PW膜渗透液的CODCr增加，CODCr去除率下降。综合考虑PW膜不适合用来处理退浆水的，其他膜各有优点，选择2.0 MPa为适宜的操作压强。

2.2 温度的影响

从图5、图6和图7可以看出，在同一压强下，50 ℃ 下GH膜的渗透通量比40 ℃ 大，50℃下GH膜的渗透液CODCr比40 ℃高，CODCr的去除率比40℃低。

从图8中可以看出，在同一压强下，从图8、图9和图10可以看出，在同一压强下，50℃下GH膜的渗透通量比40 ℃大，50℃GH膜的渗透液CODCr比40℃高，CODCr的去除率比40℃低。随着温度的升高，料液中的粒子运动加剧，从而增加了耗氧物质的透过，随着温度的升高渗透液的CODCr升高，CODCr的去除率下降。从CODCr去除率考察，40 ℃是平板膜处理退浆水更合适的温度。

图5 不同温度下GH膜渗透通量随压强的变化

图6 不同温度下GH膜渗透液CODCr随压强的变化

图7 不同温度下GH膜渗透液CODCr去除率随压强的变化

图8 不同温度下DK膜渗透通量随压强的变化

图9 不同温度下DK膜渗透液CODCr随压强的变化

图10 不同温度下DK膜渗透液CODCr去除率随压强的变化

2.3 浓缩时间影响

从图11中可以看出浓缩过程中，渗透通量随着浓缩时间的增加而下降且下降比较明显。膜一直处于2.0 MPa压强下，而且浓缩时间比较长，膜可能会由于受压膜孔变小，从而导致渗透通量下降。随着浓缩时间的增加，料液中的某些粒子可能会堵塞膜孔，膜受到污染从而导致渗透通量下降。随着浓缩时间的增加，在膜的表面会产生浓度极化，也会导致渗透通量下降。

从图12和图13中可以看出浓缩过程中渗透液CODCr随浓缩时间的增加而增加，相应的CODCr的去除率下降，但幅度都较小。随着浓缩时间的的增加，渗透液不断的取出，在膜的两侧产生越来越大的浓度差，增加了料液中的耗氧物质的透过，即渗透液的CODCr增加，CODCr去除率下降。浓度差的变化不是很大，而温度、压强是恒定的，所以渗透液的CODCr及CODCr去除率变化幅度不大。

从图14可以看出，随着浓缩时间的增加，渗透液的电导率是下降的。随着浓缩时间的增加，在膜的表面会产生浓度极化，从而阻挡了一些离子的通过，渗透液的电导率是下降的。

从图15可以看出，随着浓缩时间的增加，渗透液TOC是明显增大的，随着浓缩时间的增加，渗透液不断的被取出，浓缩液的浓度越来越高，在膜的两侧产生越来越大的浓度差，增加了有机物的透过，所以渗透液的TOC是不断增大的。

图11 浓缩过程不同膜的渗透通量衰减曲线

图12 浓缩过程不同膜渗透液CODCr的变化

图13 浓缩过程不同膜CODCr去除率的变化

图14 浓缩过程中渗透液电导率的变化

图15 浓缩过程中渗透液TOC的变化

表2 浓缩前后退浆水色度的变化

2.4 色度的测定

因为GK膜、GH膜、DK膜的截留分子量大小顺序是GK膜＞GH膜＞DK膜，所以渗透液色度也是GK膜＞GH膜＞DK膜。

3 结论

（1）渗透通量的大小是PW膜＞GK膜＞GH膜＞DK膜；GK、GH、DK膜渗透液的CODCr及CODCr去除率随压力变化不明显，PW膜随压力增加，分离效果下降。选择2.0 MPa为适宜的操作压强；（2）在同一压强下，GH膜和DK膜50℃下的渗透通量比40 ℃大，50℃GH膜的渗透液CODCr比40 ℃高，CODCr的去除率比40 ℃低。选择40℃作为操作温度为宜；（3）在40 ℃、2.0 MPa下随着浓缩时间的增加，膜的渗透通量下降，CODCr去除率基本不变，渗透液电导率下降，渗透液TOC增大，选择DK膜为适宜的膜。

参考文献：

［1］郑祥,魏源送,樊耀波等.膜生物反应器在我国的研究进展［J］.给水排水,2002,28（12）：105-110.

［2］陈伟,佟玲，陈文清等.膜分离技术在印染废水分质处理与分段回用中的应用［J］.环境污染与防止,2008,30（07）：62-66.

项目：河北省科技厅课题,项目编号13273615。

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.036

作者简介：黄永茂（1979-），男，讲师，研究方向：化工工艺、污水处理等。