连续膜系统在碱液回收中的应用

王婧

（唐山三友集团远达纤维有限公司，河北 唐山 063305）

1 概 况

随着国内外市场浆粕价格的持续攀升，使得粘胶纤维的生产成本大幅度提高。为了降低生产成本，低质、低价浆粕的使用比例得以提升。

在粘胶纤维的生产过程中，需用一定浓度的NaOH 溶液来浸渍浆粕以生成碱纤维素，并溶出半纤等杂质，产生出的大量含半纤的废碱液，需先去除废碱液中的半纤等杂质，使碱液得到回收利用。

由于纸浆等低质、低价浆粕中的半纤含量较高，导致粘胶纤维生产系统碱液中的半纤含量更高，严重影响了压榨效果、粘胶成型及成品纤维的质量，给粘胶纤维生产造成了困难。

目前，国内粘胶短纤维生产企业在碱液处理过程中，普遍采用透析工艺或多级稀释纳滤膜工艺过滤去除碱压榨液中的半纤维素，以降低半纤维素的含量，使碱压榨液再次回收利用到生产系统中。

透析工艺是利用半渗透膜两侧液体浓度差作为动力，不仅传质速率低，碱液回收率低（仅为20%），且水的消耗量大，设备占地面积大，故已逐渐被淘汰。多级稀释纳滤膜工艺采用纳滤膜对碱液中的半纤维素进行多级稀释，阶梯式回收碱液，回收率高达90%，已逐渐代替透析工艺用于粘胶生产行业的碱液回收。

传统的纳滤系统运行方式为批量间歇运行，可以通过膜通量衰减情况来确定清洗纳滤膜的时机，增加清洗频率，有利于延长纳滤膜的使用寿命，清洗剂选择软水或稀碱液均可。

清洗纳滤膜时，先将纳滤膜系统停机，由人工现场操作的方式进行清洗，该方法不仅影响过滤效率，且人工手动操作费时、费力。在实际生产中，每处理2 罐碱压榨液就需停机清洗一次。由于此种运行模式在开始阶段净液通量较大，而随着半纤的浓缩，净液通量降低，且纳滤膜较易污堵，造成衰减，从而影响了过滤的效果。

为了解决以上难题，针对在粘胶短纤维生产过程中传统的批量间歇式处理碱压榨液方法存在的缺点，在原有纳滤操作系统的基础上，结合DCS 自动化控制系统，经过车间多次实验摸索，研究开发了一种操作简单，可有效提高纳滤膜利用率，减少纳滤膜清洗次数，延长纳滤膜使用寿命的碱压榨液连续膜的处理方法。

2 连续膜系统在碱液回收中的工艺流程

碱压榨液的连续膜处理系统是一套全自动运行、清洗的连续膜处理工艺，主要包括备料、进料、系统运行、清洗等过程。

连续膜系统结构如图1 所示。

图1 连续膜系统结构Fig.1 Continuous membrane system structure

3 备料过程

进料前，进料罐中应有一定量的碱压榨液的料液储备，系统设定自动加料。当料液温度低于设定值时，进料阀会自动打开接收料液；当储罐液位达到设定的高液位时，进料阀会自动关闭。

一般情况下，可以设定补料位为20%，停止补料位为60%。补料的流量可以通过自动或手动来控制。

4 进料过程

进料罐中的碱压榨液进入纳滤进料泵，当压力达到0.4 MPa 时，进入一级循环泵，间隔30 s 启动二级循环泵、三级循环泵、四级循环泵、五级循环泵、六级循环泵，三级循环泵启动30 s 后，高压泵启动运行。

各级膜组件运行采用串联模式运行：

（1） 料液首先进入一级膜组件，经过一级膜内循环处理后，过滤出的浓缩液输送至二级膜组件，产生的净液输送至净液缓冲罐中。

（2） 经过二级膜内循环处理后的浓缩液输送至三级膜组件，产生的净液输送至净液缓冲罐中。

（3） 经过三级膜内循环处理后的浓缩液输送至四级膜组件，产生的净液输送至净液缓冲罐。

（4） 经过四级膜内循环处理后的浓缩液输送至五级膜组件，产生的净液输送至净液缓冲罐。

（5） 经过五级膜内循环处理后的浓缩液输送至六级膜组件，产生的净液输送至净液缓冲罐。

（6） 经过六级膜内循环处理后的浓缩液输送至浓缩液罐中，用于调配溶解碱，产生的净液输送至净液缓冲罐中。

（7） 再将净液经净液输送泵输送至净液罐中，重新回到生产系统用于调配浸渍碱。

由于料液经过各级纳滤膜组件循环过滤浓缩后进入下一级膜系统时，浓缩液中的半纤含量逐渐提高，一至四级膜组件中安装的是单只处理面积较大的MPS34 窄通道规格纳滤膜（一级、二级膜组件分别配备12 支膜壳、每支膜壳装有36 支窄通道纳滤膜；三级膜组件配备10 支膜壳、每支膜壳装有30 支窄通道纳滤膜；四级膜组件配备8 支膜壳、每支膜壳装有24 支窄通道纳滤膜），膜总面积大，料液流量大，处理效率高，每一级膜组件内产生的浓缩液比上一级膜组件产生的浓缩液的半纤含量提高1.2 倍。

由于五、六级膜组件内运行的料液半纤含量较高，易污染堵塞纳滤膜，所以，五至六级膜组件中安装MPS74 宽通道纳滤膜（五、六级膜组件分别配备6 支膜壳、每支膜壳装有12 支宽通道纳滤膜），可有效降低浓缩液对纳滤膜的污堵，延长纳滤膜的使用寿命，五至六级膜组件内产生的浓缩液比上一级膜组件产生的浓缩液的半纤含量提高0.65倍。在系统启动前，应确保整个系统充满220 g 的应碱，温度不低于进料温度。

5 系统稳定运行过程

所有泵启动后，碱压榨液进料调节阀根据设定的浓缩倍数进行流量调整，使纳滤膜系统进料流量与浓缩液流量的比值达到设定的浓缩倍数（浓缩倍数=进料流量/浓缩液流量）。

同时，高压泵会根据设定的压力值自动调整运行频率（开机启动时设定0.6 MPa，待系统稳定后根据处理量可设定范围1.0 ～2.0 MPa），根据六级纳滤膜的压力调整6 个循环泵的运行频率（30 ～45 Hz），控制单支膜的进出口压差≤0.1 MPa。

系统运行稳定后，根据纳滤系统的进液、滤液、浓缩液的碱含量及半纤含量，适当调整浓缩倍数。一般情况下，系统进料半纤浓度为35 ～45 g/L，在此基础上的浓缩液半纤控制浓度为110 g/L，净液半纤浓度＜5 g/L。

因此，系统处理时，会因为进料半纤浓度的变化导致浓缩液半纤浓度的变化。若进料半纤浓度呈上升趋势，应适当降低浓缩倍数；若进料半纤浓度呈下降趋势，可适当提高浓缩倍数。

经过连续膜处理后产生的净液回到生产系统中，用于调配浸渍碱液；产生的浓缩液回到生产系统中，用于调配溶解碱。

6 系统清洗

一级纳滤膜组件从纳滤膜系统中切换出来进行清洗，其他的纳滤膜组件正常运行，碱压榨液或上一级纳滤膜组件产生的浓缩液跳过正在清洗的纳滤膜组件通入下一级纳滤膜组件或浓缩液罐中。清洗结束后，该纳滤膜组件重新串联到纳滤膜系统中。以此类推，分别对各级纳滤膜组件进行清洗。

6.1 清洗剂

一级纳滤套膜系统清洗需要的清洗剂为软水，每天清洗一次即可。清洗前，应将清洗罐中灌满清洗液，设定清洗罐的收集液位为60%的液位值。

6.2 控 温

系统的运行温度为50 ℃，膜清洗温度比进料温度高5 ℃。在使用前，需用换热器将温度升高5℃。清洗液通过循环泵、换热器循环，当温度达到55 ℃时，换热停止，蒸汽调节阀关闭，延迟30 s关闭循环泵。

由于换热器管道太长，保温不好会导致管道里积存大量的冷凝水。所以，每天第一次使用时，应现场将疏水阀的旁通开启，将冷凝水排放干净后，再关闭旁通，使用疏水阀排水。

6.3 停 机

整个系统包括6 套纳滤膜装置，分别有运行管道和清洗管道连接各级膜组件，且运行管道和清洗管道进出口都安装开关调节自控阀和旁通自控阀，用于控制各管道的开关状态。清洗时，可通过电脑操控自控阀，单独切出一套进行清洗，其他5 套处于运行状态。当其中一套需要清洗时，该系统的循环泵停止，停止进料。

6.4 顶 料

装置停机后，管路里残留了母液。通过电脑自动控制系统操控浓缩液回流旁通自控阀，使用清洗液将该残留母液顶洗到进料罐中，同时，滤液被顶回到清洗罐中，顶洗时间设置为5 min，可将物料全部顶出。

6.5 清 洗

将管道中的料液冲洗干净后，启动清洗程序。清洗泵开启后，循环泵延迟30 s 开启循环。循环时间设定为50 min。清洗结束，先停循环泵，之后，再停清洗泵，其余阀门关闭。

6.6 排 料

清洗结束后，清洗罐中的料液通过清洗泵输送至净液罐中。

7 连续膜的控制方式

为了提高工作效率，保证生产稳定运行，降低用工成本和工人劳动强度，连续膜过滤技术采用了DCS（Distributed Control System） 控制系统，所有阀门均采用自控阀，反馈信号直接传输到控制系统的电脑中，从而实现了整个操作系统开停车、正常运行、清洗过程等一系列操作的全自动运行。

8 结 语

采用碱压榨液的连续膜处理方法代替传统间歇式过滤方法后，半纤处理效果稳定。经过反复实践和改进，碱压榨液的连续膜处理方法已投入稳定运行。由于连续膜系统采用DCS 全自动控制系统，提高了工作效率，降低了工人劳动强度，车间每班组可减少1 名操作工，显著节约了生产成本和人工费用。粘胶生产系统产生的半纤含量为30 ～40 g/L的碱压榨液经过六级膜组件处理后，产生的净液半纤含量≤5 g/L，产生的浓缩液半纤含量为70 ～75 g/L，达到了最佳半纤控制范围。

连续膜系统产生的净液可回收到生产系统中用于调配浸渍碱，产生的浓缩液可回收到生产系统中用于调配溶解碱，实现了碱压榨液的循环利用，避免了由于碱压榨液外排而造成的环境污染。

对比传统的间歇式运行方式，连续膜系统每天清洗次数可以减少2～3 次，单只纳滤膜的处理量提升1.2 倍，有效提高了纳滤膜的利用率，减少了纳滤膜的清洗次数，延长了纳滤膜的使用寿命，连续膜系统处理碱压榨液具有良好的使用效果和应用前景。