不同超滤膜深度处理印染废水试验研究

摘 要：随着我国超滤膜材料的开发、膜制造技术的日益成熟和膜清洗方法的不断改进，超滤膜因为其高效经济的集成化工艺、构筑物占地面积小、投资运行费用低、分离过程简单、投资费用和能耗低等特点，逐步替代了传统的常规印染废水深度处理技术，在印染废水深度处理中得到了越来越广泛的应用。实验采用不同规格和材料的超滤膜进行染整二级尾水分离实验，对比分析了污染前后膜面的接触角以及不同切割分子量对膜通量及出水水质的影响，对超滤膜的污染机理进行了初步研究，分别对三种膜聚醚（PES）膜、膜聚砜（PSF）、膜和聚醚酰亚胺（PEI）膜的结果及使用性得到了相应分析结果。

关键词：超滤 深度处理 染整废水 污染机理

中图分类号：X791 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（c）-0149-02

随着染料加工技术的不断发展，其发展方向逐渐的偏向了抗光解、抗氧化、抗生物氧化，传统材料进行染整废水处理难以达到预期的效果，又因为染整废水具有色度大、COD值高、含盐量多等的特点，特别是在纺织工业废水排放总量中占70%以上，所以，发展膜的高效截流作用进行染整废水在水处理领域的应用研究已经刻不容缓。

1 实验材料与实验方法

1.1 准备实验材料与分析设备

准备实验所用水要为MBR处理模拟染整废水的微滤二级尾水，其水质的主要特点如表1所示。

实验所需的设备分别有超滤杯、恒温磁力搅拌器、接触角仪、傅立叶红外光谱仪、TOC测定仪等。

1.2 实验方法

第一步，进行膜通量的计算。以MBR处理模拟染整废水的微滤二级尾水为料液，并采用超滤杯进行过滤，首先要将料液倒入恒温磁力搅拌器的超滤杯中，通过设备对料液提供0.2 MPa的恒定的压力；其次，让透过超滤膜产生的滤液流入到干净的烧杯中，运用电子天平对滤液质量进行连续的记录，通过公式（1）、（2）计算超滤膜的通量。

公式中，V为滤液的体积（L）；M为滤液的质量（kg）；C为滤液的密度；J为膜通量（）；T为时间间隔（s）；A为膜的有效面积（）。

第二步，运用重铬酸钾法进行COD值的计算。

2 实验结果谈论

2.1 膜材料对过滤性能的影响

2.1.1 傅立叶红外光谱分析

将购买的三种超滤膜分别进行冷冻干燥48小时后，运用傅立叶红外光谱仪中进行红外光谱扫描，并根据不同波数的吸收光度记录相应的结果。

通常情况下，PEI膜属于酮或醛的特征峰，疏水性较强，属于疏水性膜；而PES和PSF膜一样，都属于芳香伯胺基，亲水性较强，属于亲水性膜。根据图中三种膜的相似处，可以得出膜的表面上可能涂有某些极性基团物质。

2.1.2 接触角分析

在超滤膜过滤实验结束后，要对膜表面用去离子水清洗之后放在干燥容器内放置24 h，之后再用接触角仪进行相应的测试，可以得出超滤膜污染前后的接触角测定值，如表2所示。

由表2可知，PEI膜污染前的接触角比PSF和PES膜的接触角要小，所以PEI膜的亲水性最好，PSF和PES膜的亲水性相对较差。

2.2 切割分子量对过滤性能的影响

为了进一步了解膜切割分子量对出水水质及通量的影响，可以用三种不同规格的PES平板膜在15 ℃、0.2 MPa下进行MBR微滤出水的处理。

在0.2 MPa恒压搅拌过滤和切割分子量膜越小的超滤膜，膜通量越小；滤液COD值随着膜切割分子量的增大而增大，两者因为切割分子量正比与膜孔径，筛分效应比较明显。膜切割分子量为100000的膜通量衰减的最快，相应的其出水COD值也就最大，因为颗粒直径较小的污染物比较容易进入孔径较大的膜孔道内，从而会引起孔道的拥堵和污染，直接导致膜的通水量下降，并没有任何技术可以再使膜通量增大。对于孔径较小的膜来说，只有颗粒直径更小的污染物才能进入孔道并引起污染，从而使膜通量减小。对于COD值的下降，除了膜表面结构对污染物质的吸附作用外，还有一定的筛分作用。

2.3 膜污染机理初步分析

通常情况下，所进行的实验都是在一定条件下完成的，如在室温15 ℃，恒压条件下等，在此以通量和时间作为实验的参数，可以拟合四种动态膜堵塞过滤模型，并根据拟合结果对超滤膜的污染机理进行初步的推测。拟合方程为：

其中，为过滤速率（/s）；n为堵塞机理指数；为过滤常数。当n取0、1、2、3/2时，分别为滤饼层模型、中间孔堵模型、完全孔堵模型、标准堵塞模型。但是，拟合方程只适用于对膜污染特定阶段的描述，而不能对整个过滤过程进行表述，为了解决这个问题，可以运用相应的堵塞模型，把拟合方程和堵塞模型进行相关运用。其中，为每隔5分钟的累计膜通量L/（m2·h）；为膜的纯水通量L/（m2·h）；为完全堵塞过滤常数，为标准堵塞过滤常数；为中间堵塞过滤常数；为滤饼层过滤常数。

拟合方程、相关参数和相关系数的关系，在相同的大气压下，1000、10000的PES膜对滤饼过滤模型的拟合效果最好，可以对污染机理为滤饼层形成机理进行初步推测。对于同一材质的超滤膜，在过滤过程中，膜孔径小的超滤膜，过滤效果越好。

3 结语

本文通过对三种超滤膜及相同材料不同规格过滤膜进行实验可得：PES膜通量及衰减率都要小于PSF膜和PEI膜；材料的亲水性能与初始通量大小成正比，切割分子量的大小与COD值的去除率成反比，与初始膜通量的大小成正比；从去除率的角度观察，1000的PES超滤膜更适用于染整废水的深度处理。

参考文献

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