粘胶纤维废碱液纳滤回收装置技术运行分析.docx

粘胶纤维废碱液纳滤回收装置技术运行分析张化文（凯能高科技工程有限公司，上海 ）摘要：通过对粘胶纤维废碱液 纳滤回收装 置的运 行分析研究，总结了膜回收装 置运 行过程中各工艺参数的 变化关系及主要影响因素。 纳滤装 置 运 行 稳 定，应 用 于 粘 胶 纤 维 生 产 过 程 中 高 浓 度 废 碱 液 的 过 滤 纯 化 处 理，既 可创造较好的经济效益，又 减轻环保处理压力。关键词：纳滤装 置；回收；废碱液 ；运 行分析中图分类号：文献标识码：文章编号：（）行业，为粘胶纤维生产企业的废碱液纳滤纯化回收提供了有力的技术 支 持。 本文以某集团公司粘胶纤维生 产车间废碱液纳滤回收装置为例进行分析，膜装置包含 只 膜壳，每只膜壳装 支纳滤膜元件。引言粘胶纤维是我国化 纤 行业中仅次于涤纶的重要品 种，据统计 年，中国粘胶纤维年产量达 万，约 占世界总产量的 。 粘胶纤维生产过程包括粘胶制 备、纺丝、后处理和后加工 个阶段，其中在粘胶制备过 程中需要消耗大量的烧碱，并产生大量的高浓度废碱 液，其废碱液的主要成分是水、 和半纤维素，其中 的含量高达 。 在粘胶纤维生产过程 中当碱液中的半纤维素浓度升高到 一定程度时就不能 再应用于生产，否则 将 会 影 响粘胶的制备过程，以 及 粘 胶性质、成形条件和制得的纤维质量。 目前一般企业 为了控制碱液中半纤维素的含量往 往采取废碱液部分 排放的方式调整碱液中半纤维素的含量，排放的高浓度 废碱液多数厂家直接排入污水处理厂进行处理，这样需 要消耗掉大量的酸进行中和，既增加污水处理厂的运行 成本，同时造成资源的极大浪费。 因此，降低生产成本， 减轻环保压力，进行废碱液净化回收处理是粘胶纤维生 产企业持续发展必须解决的问题。由于半纤维素是由不同单糖基组成的复合多糖，分 子量较小，结 构 复 杂，同 时 废 碱 液 的 含 量 较 高， 采用常规工艺很难回 收 处 理。 目前我国主要采用透 析工艺和膜分离工艺来分离半纤净化回收废碱液，但透 析工艺回收碱液效率低下，用水量大，占地面积大，已逐 步淘汰。 而采用先进 的 耐 酸 碱纳滤装置可以对高浓度 废碱液中的半纤和碱液进行有效分离，高效经济地实现 碱液的 回 收 处 理，在工业化生产中 得到了快速推广 应用。纳滤膜纳滤是在压差推动力作用下，盐及小分子物质透过 纳滤膜，而截留大分子物质的一种具有选择性的分离方 法，又称选择性反渗透。 纳滤膜截留分子量为 ，其特殊的孔径范围和制备的特殊 处 理 化（如复合化、荷电化）使 纳 滤 膜具有特殊的分离性能，可 用于对有机物、无机 物 及 带不同电荷的粒子的分离，用于溶液中大分子物质的浓缩和纯化 。 用 于 纯 化 回 收废碱液的纳滤膜相关性能指标如下：膜材质：卷式专用复合 材 料；截 留 分 子 量： 道 尔顿；操作运行 压 力：；允 许 连 续 运 行 值：；允许 清 洗 值：；单个元件最大跨膜 压差：。工艺流程纳滤碱回收装置中选用专用耐酸碱膜，采取错流的 过滤方式。 粘胶纤维 生 产 过程中排出的高浓度废碱液 首先选用板框过滤机和微孔过滤 器作为膜设备的预处 理工序，将废碱液中 的 纤 维进行过滤去除，然 后 送 入 纳 滤回收装置进行分离处理，废碱液中的半纤维素等杂质 得到过滤分离，滤出半纤维素的净碱液进行回收或直接 回用于生产，含有半纤维素的浓缩废碱液定期排出系统 另行处理。 工艺流程如图 所示。纳滤装置介绍图粘胶纤维废碱液回收处理工艺流程工艺指标工作温度： ；工作压力：；净 碱 回 收率： ；纳 滤处理前的废碱液 指 标： 含 量：；半纤维素含量：；纳滤纯化回收的净碱 液 技 术 指 标： 含 量 ，半 纤 维 素 含 量。随着膜技术的发展，膜技术越来越多地应用到各个领域。 其中介于超滤与反渗透间的纳滤技术，由于其 自身独特的性能使它在许多领域具 有其他膜技术无法 替代的地位，在工业生产中得到了广泛的应用，并显示 出了广阔的发展前景。 近年来可耐受强碱、强酸的有 机纳滤膜相继开发成功并陆续成功应用于化纤、化工等收稿日期：作者简介：张化文（），男，山东梁山人，主要从事于膜分离集成技术的应用与推广。环境与安全张化文：粘胶纤维废碱液 纳滤回收装 置技术运 行分析降。 随着膜 装置运行时间的延长，料 液 的 浓 缩 倍 数 增加，碱液中的半纤维 素 含 量 逐 渐 升 高，因此可判定膜通 量下降是由于膜受到污染造成的，而进出膜运行压差的 突变是由于料液中半纤维素浓度的变化引起的，碱液中 半纤维素含量的高低和膜的污染 程度都是影响膜回收 装置运行效率的主要因素。运行分析在应用膜分离技术时，总是希望装置对某种成分有较高的分离效果、平稳的滤出通量、较稳定的运行状态、清洗前后膜通量的彻底恢复和较低的运行费用。废碱液纳滤回收装置净化效果粘胶纤维生产车间 纳 滤回收装置的进料指标为废 碱液中 含 量 为 ，半纤维素含量为 左右，膜装置在恒温 恒压恒定碱浓的条件下稳定运 行，滤出液半纤含量 ，半 纤 截 留率均在 以上，对 的截留率为零，净碱液的回 收率 左右，过滤后的碱液质量 好，可完全回用于生 产。 图 为纳滤回收 装 置连续运行第六个月的监测数 据，如需提高净碱液回收率可加水透析降低碱液浓度。图料液不同浓度运行时滤出液量和压差变化对比（一）为了更好地分析膜装置高效运行的条件，对不同半纤浓度的废碱液运行时参数变化进行了对比分析，如 图。图膜回收设备半纤截留率和净碱回收率的变化情况纳滤回收装置系统运行的稳定性碱回收过程中，膜设备通量的衰减速度和进出膜运 行压差的变化是考察膜装置运行稳定性的重要指标。 采用膜设备依次处理三个批次同样 体积的粘胶纤维高 浓度废碱液，操作参数控制在恒温 恒压的运 行条件下，发现三批 次 滤 出 净碱液的质量相同，半 纤 维 素含量均 在 以 下。 运行过程中每批次进出膜运 行压差和滤出液通量的变化曲线基本相似，每批料液的 运行周期相同，随着 过 滤 时 间 的 延 长，滤出液通量平稳 降低，进出膜压差逐 渐 升 高，运行结束后经过简单清洗 都能够使膜恢复至运行前的状态，每批料运行过程基本 相同，可见回收装置可以进行长期稳定运行。图料液不同浓度运行时滤出液量和压差变化对比（二）将膜设备运行至进 出膜压差达到允许最大值时停 车进行清洗，清洗后使膜设备重新过滤此批次浓缩碱 液，发现膜过滤通量 有 较 高 的 提 升，但进出膜的压差仍 然处于较高值。 连续运行后进出膜压差达到膜的允 许最大值，然后清洗膜设备。 清洗后的膜设备进行过滤 另一批次的新废碱 液，发 现 膜 通 量 较 高，进 出 膜 压 差 也 得到降低，膜的运行状态恢复至初始运行状态。 由此可 见，碱液中半纤维素等杂质含量升高引起的膜表面浓差 极化，是膜设备运行过程中膜通量降低和进出膜压差升 高的最主要因素，膜表面污染影响因素次之。膜装置的运行参数分析根据膜的 运 行 规 律，运 行 过 程中膜的性能逐渐下 降，这一方面可能是 由 于 随 着系统运行时间的增加，膜 表面开始污染，导致通量下降；另一方面，浓缩过程导致 的浓差极化也使通 量 开 始 下 降。 为了弄清导致膜通量 及进出膜压差变化的最主要影响因素，保证膜回收装置 更高效的运行状态，笔者进行了试验分析。半纤维素含量的高低与膜装 置运 行参数的相关性随着膜装置运行时间的延长，料液的浓缩倍数增 加，碱液中的半纤维 素 含 量 逐 渐 升 高，致使进出膜运行 压差也逐步升高，膜过滤通量逐渐降低。 从图 分析可 知，废碱液中半纤维素浓度的高低与进出膜运行压差和 膜过滤通量有一定 的 线 性 关 系。 半纤维素的含量变化 曲线与进出膜运行压差变化曲线 和滤出液量的倒数变 膜设备滤出通量和进出膜压差变化的影响因素分析膜设备投入运行后，随着工作时间延长膜设备通量 缓慢降低，进出膜运 行 压 差 不 断 升 高，当进出膜运行压 差达到最大允许运行压差时更换一 批半纤维素浓度较 低的新鲜废碱液继续过滤分离，如 图 ，发 现 膜 设 备 滤 出液通量基本没有太大变化，但进出膜运行压差突然下 年 月绿 色科 技第 期化曲线近似平行，半纤维素含量与进出膜压差呈近似正相关，与滤出液量大小呈近似负相关。经济效益分析回收碱液效益根据膜设 备 的 运 行 情 况，取设备每日运行时间为 ，过滤通量为，每 年 运 行 ，则 每 年 可 回 收净碱液 量 为： 。 将 回收的碱液按浓度折换为纯碱，按购买纯碱的价格估算 回收价值。 由表 可以看出，采用膜装置系统回收废碱 液每年的回收价值为 万元。表纳滤装置回收碱液的经济效益碱液浓度（）换算百分比浓 度年回收量折合纯 量（年）纯 价格（万元）回收价值（万 元年）图运行过程中料液半纤浓度与进出膜压差、滤出量的相关性 半纤维素浓度的高低对膜装 置滤出净碱液 质量的影响通过对膜装置运行过程中净碱 液和浓缩碱液的半 纤维素含量跟踪分 析 可 知，随着运行时间的延长，浓 缩 液中半纤维素浓度升高，而滤出净碱液中半纤维素含量 基本稳定，可见废碱液中半纤维素浓度的高低对纳滤回 收的净碱液质量影响不大，如图。运行成本概算及投资分析该公司纳滤膜碱回收装置的膜面积为 ，设备 总投资为 万，系统运行成本分析见表。表纳滤装置回收系统运行成本分析项目系统运行功率 电力单价年电力消耗成本单位数值电力消耗元万元员工数量员工工资 人工费人万元年 人 万元人工成本占系统投资换膜周期年平均换膜成本年 万元换膜成本预计每日清洗次数年清洗消耗成本次万元清洗成本图运行过程中料液半纤浓度与滤出液半纤浓度的变化滤芯更换费用设备维护费用万元万元维护费用膜污染及清洗状况分析膜设备在运行过程 中 随着工作时间的延长滤出液 通量下降，进出膜压 差 逐 步 升 高，但经过氢氧化钠溶液 简单清洗后通量可以得到很好恢复，将多批次运行清洗 前后的膜设备过滤通量恢复效果进 行 比 对，如 图。 清 洗恢复 比 较 彻 底，可保证纳滤膜回 收装置长期稳定 运行。折旧年限年平均折旧费用年万元设备折旧年耗总成本合计万元综上分析可知，纳滤膜回收装置扣除运行成本及折旧后 年可创造的直接 经 济 效 益 为 万 元，只 需个月即可全部回收设备投资。结语（）特种耐酸碱纳 滤膜作为一种新兴技术，解 决 了粘胶纤维生产企业 高 浓 度废碱液的处理难题。 采 用 纳 滤膜工业化装置回收压榨废碱液，经济效益和环保效益 显著。（）碱液中半纤维素含量的高低关系着膜设备的运 行效率，严格控制膜 装 置 工 艺 运 行 参 数，合 理 调 控 废 碱液中的半纤维素等杂质浓度是膜 设备经济运行的最关 键因素。（下转第 页）图膜设备清洗前后通量变化 年 月绿 色科 技第 期染防治工作的指导 和 监 督，保证设施正常运转，强 化 风险防范意识，如遇环 保 设 施 出 现 异 常，企业应立即停产 检修。参考文献：苏年华，张金彪，王 玉福建省土壤重金属污染及其评价 福 建农业大学学报，（）：李玲芜湖经济技术开发区土壤环境的质量研究 安 徽 师 范加强宣传开发区各级部门在 加 大对土壤污染监督和管理力 度的同时，应加强宣 传 工 作，提高开发区内人员对土壤 的保护意识，预防土壤的污染。大学学报，（）：郭海全，杨志宏，李 宏 亮，等河北平原表层土壤重金属环 境 质 量 及污染评价中国地质，（）：李 玲，冯新伟，路婕，等基于不同标准的郑州市农产品产地土定期进行环境监测开发区应在济南环 保 局的协助下定期对存在环境 风险的企业及周边环境敏感区域中的大气、土壤进行特 征污染物的监测，掌握区域污染变化趋势。壤环境质量评价农业工程学报，（）：萧月芳，宋承鉴，黄化成，等山东省棕壤区农业土壤、主 要 粮 食 作 物中重金属元 素 背 景 值 的 研 究 山 东 农 业 科 学，（）：刘玉荣，党 志，尚爱安污染土壤中重金属生物有效性的植物指 示法研究环境污染与防治，（）：加强企业周围的绿化，合理配置指示性植物在开发区绿化过程中，应多选择可以对特征污染物 具有指示性的植物，例如大叶黄杨、刺槐等物种，在对开 发区进行绿化的同时，也可起到生物监测作用。 ，（，） ： ， ， ：； 檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶（上接第 页）（）纳滤膜回收装置工业化运 行 稳 定，回 收 的 净 碱液质量高，膜设备经 过 清 洗 后通量能很好地得到恢复，可大规模地工业化推广应用。王学松现代膜技术及其应用指南北