微濾膜法預(yù)處理周位酸有機(jī)廢水

（武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院綠色化工過程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430073）

周位酸是一種重要的萘系染料中間體，工業(yè)生產(chǎn)中是由精萘經(jīng)磺化、硝化、還原、酸析得到，在其生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生酸性強(qiáng)、色度大、COD 值高的有機(jī)廢水，若直接排放，將嚴(yán)重污染水體，造成公害［1］。近年來，有關(guān)高濃度工業(yè)有機(jī)廢水處理的研究已取得很大進(jìn)展［2－9］，但對周位酸有機(jī)廢水的預(yù)處理研究甚少。因此，對周位酸有機(jī)廢水的預(yù)處理研究具有現(xiàn)實(shí)意義。

微濾又稱微孔過濾，屬于精密過濾，其基本原理是篩分過程，即在靜壓差作用下濾除0.1～10μm 的微粒：原料液在壓差作用下，透過液穿過膜上的微孔流到膜的低壓側(cè)，粒徑大于膜孔的微粒被截留，從而實(shí)現(xiàn)原料液中的微粒與溶劑的分離［10］。微濾和超濾、納濾、反滲透相比，具有操作壓力低、設(shè)備投資小、能耗小等優(yōu)點(diǎn)。

鑒于此，作者采用微濾技術(shù)對周位酸有機(jī)廢水進(jìn)行預(yù)處理，以有效去除廢水中部分有機(jī)物，為進(jìn)一步深度處理減輕負(fù)荷。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

周位酸廢水，深黑色，強(qiáng)酸性，pH 值1.4～1.5，COD 值38 151mg·L－1，色度10 000倍，安徽六國化工股份有限公司；混合纖維素（CN－CA）微孔濾膜（孔徑0.22μm，直徑47mm），海寧郭店桃園醫(yī)療化工儀器廠。

Sartorius 16249 型不銹鋼盤式過濾器，德國；P320型空氣壓縮泵；COD 檢測裝置；PHS－3C 型數(shù)顯酸度計(jì)，上海雷磁；JSM－5510LV 型掃描電子顯微鏡；50mL具塞比色管。

1.2 方法

將清洗過的微濾膜裝入不銹鋼盤式過濾器中，擰緊機(jī)械密封裝置防止周圍漏液，自進(jìn)液口放入調(diào)節(jié)好溫度、pH 值的周位酸有機(jī)廢水，并在出料口用量筒收集透過液，調(diào)整操作壓力后即可進(jìn)行加壓過濾。采用重鉻酸鉀法檢測透過液的COD 值［11］，按下式計(jì)算膜通量及COD 截留率：

2 結(jié)果與討論

2.1 廢水pH 值對微濾膜預(yù)處理效果的影響

用氫氧化鈣水溶液調(diào)節(jié)周位酸有機(jī)廢水pH 值至2、4、6、8、10、12。在室溫、操作壓力為0.1 MPa下，將不同pH 值的周位酸有機(jī)廢水用微濾裝置過濾，測定膜通量和COD 截留率，結(jié)果見圖1。

由圖1可知：（1）在pH 值為2～10時，隨著周位酸有機(jī)廢水pH 值的增大，膜通量呈線性下降趨勢。這可能是由于氫氧化鈣中的氫氧根離子可與周位酸有機(jī)廢水中的某些金屬離子反應(yīng)生成不溶于水的沉淀物，使大于膜孔的微粒數(shù)大大增加，宏觀上表現(xiàn)為膜通量的快速下降；（2）當(dāng)不調(diào)節(jié)pH 值直接進(jìn)行微濾時，COD 截留率不到1%，微濾效果很差；在pH 值為2～10時，隨著pH 值的增大，COD 截留率幾乎呈線性上升，微濾效果明顯；在pH 值大于10后，增長趨勢趨于平緩。綜合考慮，廢水pH 值選擇10較為適宜。

圖1 廢水pH 值對膜通量和COD截留率的影響Fig.1 Effect of pH value of wastewater on membrane flux and retention rate of COD

2.2 操作壓力對微濾膜預(yù)處理效果的影響

將廢水pH 值調(diào)節(jié)至10，室溫下分別控制操作壓力（泵表壓）為0.0 MPa、0.1 MPa、0.2 MPa、0.3 MPa、0.4 MPa對廢水進(jìn)行微濾，測定膜通量和COD截留率，結(jié)果見圖2。

圖2 操作壓力對膜通量和COD截留率的影響Fig.2 Effect of operation pressure on membrane flux and retention rate of COD

由圖2可知：在不加壓的情況下利用廢水自重進(jìn)行過濾時，膜通量較低；增大操作壓力，膜通量相應(yīng)升高，微濾膜表面的溶質(zhì)濃度不斷增大，當(dāng)操作壓力達(dá)到0.3 MPa時，產(chǎn)生濃差極化現(xiàn)象，對溶劑的透過起阻礙作用，導(dǎo)致膜通量下降。

根據(jù)微濾的分離機(jī)理，當(dāng)操作壓力較小時，大于膜孔徑或與其孔徑相當(dāng)?shù)奈⒘唤亓?，此時透過液的COD 值較小；當(dāng)壓力增大時，略大于孔徑的微粒穿過微濾膜，宏觀上表現(xiàn)為COD 值增大。由圖2可知，微濾膜的COD 截留率隨操作壓力的增大呈下降趨勢。綜合考慮，操作壓力選擇0.1 MPa較為適宜。

2.3 操作溫度對微濾膜預(yù)處理效果的影響

將廢水pH 值調(diào)至10、操作壓力調(diào)至0.1MPa，分別在不同操作溫度（25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃）下對廢水進(jìn)行微濾，測定膜通量和COD 截留率，結(jié)果見圖3。

圖3 操作溫度對膜通量和COD截留率的影響Fig.3 Effect of operation temperature on membrane flux and retention rate of COD

由圖3可知：（1）室溫（25 ℃）時，COD 截留率最高，隨著操作溫度的升高，透過液的COD 截留率稍有下降。這可能是因?yàn)椋肿拥牟祭蔬\(yùn)動隨著溫度的升高而加劇，使得溶質(zhì)分子透過膜的幾率增大，導(dǎo)致COD 截留率下降；（2）操作溫度升高有利于膜通量的上升。綜合考慮，操作溫度選擇室溫較為適宜。

2.4 掃描電鏡分析（圖4）

圖4 微濾膜使用前后的SEM 照片（×10 000）Fig.4 SEM Images of microfiltration membrane before and after use（×10 000）

由圖4可以看出：使用前，微濾膜孔比較均勻，呈相互交織的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；使用后，微濾膜孔部分被堵塞，導(dǎo)致膜通量持續(xù)下降。微濾膜片經(jīng)機(jī)械清洗和及水沖洗后可恢復(fù)部分膜通量。

3 結(jié)論

采用微濾膜預(yù)處理周位酸有機(jī)廢水，探討了廢水pH 值、操作壓力、操作溫度對微濾膜預(yù)處理效果的影響。結(jié)果表明，在廢水pH 值為10、操作壓力為0.1 MPa、操作溫度為室溫的條件下，廢水COD 截留率達(dá)58%，色度明顯減小，微濾膜片經(jīng)機(jī)械清掃和反水沖洗后可恢復(fù)部分膜通量。為微濾膜法預(yù)處理周位酸有機(jī)廢水的工業(yè)化提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

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