纳滤系统在粘胶纤维生产中碱液回收的应用

王艳山

摘 要：纳滤膜是一种溶剂分子或某些低分子量溶质或低价离子透过的功能性选择性半透膜，我公司将纳滤系统应用于压榨液回收，选择卷式纳滤膜错流过滤方法，在较长时间内维持较高的膜渗透量，有效地降低了膜污染，压液回收率达到40%，净液半纤最低降到5g/L，碱耗明显降低，年利润可达919万元。

关键词：纳滤膜；粘胶；碱液；半纤；过滤参数

中图分类号：TQ028 文献标识码：A

1 概述

膜分离技术是一种新兴的分离、净化和浓缩技术。由于它具有高效、节能、工艺简单、操作方便、处理过程基本无相变和低污染等优点，已被广泛应用于石化、食品、纺织、轻工、冶金、医药、生物工程和环保等领域，是目前最具有发展的高新技术之一。

常见的膜分离技术有微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）、透析（Dialysis）、电渗析（ED）和渗透气化（PV）。纳滤（NF）介于超滤和反渗透之间，纳滤膜是一种多层聚合物组成的复合型膜，是一种溶剂分子或某些低分子量溶质或低价离子透过的功能性选择性半透膜，膜节流分子量为200-1000道尔顿，过滤精度能达到1-3纳米。纳滤膜表面分离层通常为荷负电化学基团带负电，纳滤膜的孔径和表面荷电特征使其分离具有两个特性，即筛分效应和电荷效应。

纳滤膜过滤作用主要体现在以下三方面：

（1）分离高分子量和低分子量的有机物；

（2）分离阴离子的盐溶液，对单价阴离子盐溶液的脱盐率低于高价阴离子盐溶液；

（3）分子不同价态的粒子。它对中性不带电荷的物质（如：乳糖、葡萄糖、麦芽糖）的截留则是由膜的筛分效应决定的；对盐的截留性能主要是由膜的电荷效应决定的，日东电工的NTR-7450膜，脱盐率是50%，对蔗糖的截留率是36%，所表现的大分子量的蔗糖比小分子量的盐更容易透过，是由于膜的电荷效应引起的。

我公司粘胶生产中采用二浸工艺，碱液中的半纤浓度较高，当半纤达到一定浓度后碱液变为废碱不可再用，由于半纤相对于氢氧化钠溶液是高分子量物质，应用纳滤膜可以有效地分离压榨液中的碱液和半纤，使碱液回收利用，达到清洁生产和节能降耗的目的。

2 纳滤工艺研究

碱站将压液回流液输送至南沉降罐，经板框除去碱液中的浆粥和杂质，碱液输送至北沉降罐，经微孔过滤器（5-10um）进入进料罐，用输送泵送至保安滤器（3-5um），通过高压泵进入纳滤系统，纳滤膜将碱液分离成透过液（净液）和浓缩液（黑液），黑液回流至进料罐，净液流入净液罐重新调配碱液。

2.1 纳滤膜结构分析

我公司采用卷式纳滤膜，卷式纳滤膜组件设计简单，填充密度大，内部结构为多个“膜袋”卷在一多孔中心管外形成，膜袋三边粘封于多孔中心管上，膜袋内以多孔支撑材料形成透过物流道。膜袋与膜袋间以网状材料形成料液流道，料液平行于中心收集管流动，进入膜袋内的透过物，旋转着向中心收集管，并由中心收集管流出。解剖图如图1所示。

2.2 选择错流过滤方式

过滤方式分为全量过滤和错流过滤。全量过滤也称直流过滤和死端过滤，与常规滤布过滤类似，物料以垂直方式进入膜组件，透析液流出膜组件，截留物留在膜内。随着过滤周期的延长，大分子物质浓度逐渐升高，在膜表面形成滤层，导致透过率降低从而影响膜通透量，为保证膜的透过性，需要定时反洗去除膜表面截留物。

错流过滤避免了全量过滤中依靠滤饼过滤产生的堵塞现象，物料以一定流速流过膜面，透过液从垂直方向透过膜，截留物则被浓缩液带出膜组件。料液经膜的表面，在压力的作用下液体及小分子物质透过滤膜，而不溶物和大分子则被截留。料液有足够的流速可将膜截留物从膜表面剥离，连续不断的剥离降低了膜的污染程度，从而在较长时间内维持较高的膜渗透量，有效地降低了膜污染。

2.3 纳滤系统过滤参数

公司新上纳滤系统后，每班处理压液量100m3，压液浓度220g/L，半纤含量50g/L，具体工艺参数见表1。

压液经纳滤系统处理后，40m3净液透过纳滤膜可重新调配浸渍碱，半纤含量明显降低为5g/L，60m3黑液打至罐区外售，半纤浓缩至60g/L，整体回收率为40%。

3 经济效益

应用纳滤系统后，我公司碱耗明显降低，每班压液处理量100m3，净液浓度200g/L，回收率40%，烧碱1500元/吨，废碱外售单价50元/m3，膜费用3.8万/支×68支=258.4万元，人工费用一年40万元，一年净利润为：100m3/班×3班×350天×0.4×0.2吨/m3×（1500-50）元/吨-258.4万元-40万元=919万元。纳滤系统的使用为我公司带来了巨大的经济效率，同时更好地促进了公司的清洁生产。

参考文献

[1]何毅，李光明.纳滤膜分离技术的研究进展[J].过滤与分离，2003 （03）：5-9.

[2]姚国英.纳滤膜材料及应用[J].上海应用技术学院学报，2003 （03）：255-259.