渗透通量并不是随着温度的升高而增大微滤膜对有机物的分离是以截留木素为主的对钠盐没有截留作用但对硅有较高的截留率可达以上∀
关键词微滤膜造纸黑液木素硅渗透通量
无机膜具有高温热稳定性抗化与有机膜相比
学腐蚀耐压降和机械稳定性好等优点∀无机膜可以进行长期稳定的分离操作特别适合工业废水的处理成为苛刻条件下精密过滤分离的重要新技术日益受到重视∀造纸黑液的固形物含量高且溶液呈碱性对分离膜的性能要求较高∗∀本文研究了微滤膜处理造纸黑液的分离特性包括木素二氧化硅和钠盐的分离效果∀
试验部分膜材料
.ZHU图膜过滤系统示意
不同温度时微滤膜渗透通量的历时曲线
造纸黑液特征
制浆车间总
式膜过滤组件见图∀水箱容积循环泵流量电机功率∀实际操作压力
∀
分析项目及方法
和采用重量法采用重铬酸钾法
碱木素含量采用酸析木素后称重测定总钠采用原子吸收法二氧化硅测定方法见文献∀
结果与讨论
不同温度下微滤膜的通量变化
筑采用日本三菱制造的错流过滤膜装置自制管
龙钠∗∀试验装置
网造纸黑液取自山东省安丘造纸厂硫酸盐法麦草
WWW有利于降低粘度∗的原因之一∀温度升高
增强其流动性减少膜面的浓差极化∀
图给出了微滤膜的渗透通量与温度的关系∀对于Λ的微滤膜ε的稳定渗透通量为ε的稳定渗透通量为
给水排水ςολΝο
采用Λ和Λ的微滤膜膜管直径
长度有效过滤面积∀
麦草浆黑液的含碱量低粘度较大其流动性较差尤其在高浓度时更是如此这也是膜分离技术不能将麦草浆黑液浓缩至很高的固形物浓度
LONG.COM
随着温度的ε的稳定渗透通量为其渗透通量变化趋势为ϑεϑεϑε升高
对于Λ的微滤膜ε的稳定渗透通量为
ε的稳定渗透通量为
表微滤膜对碱木素和的分离效果
项目种类原黑液Λ微滤膜
碱木素
测定值去除测定值去除测定值去除测定值去除率
率
率
率
随着温度的ε的稳定渗透通量为
其渗透通量变化趋势为ϑεϑεΥϑε升高
而且Λ微滤膜的渗透通量大于Λ微滤升高温度并不一定能够提膜的渗透通量∀这表明
高渗透通量当温度过高时反而会引起通量的下降同时渗透通量的大小与膜孔径无关膜孔径大的反而更容易堵塞稳定渗透通量更小∀可能的原因是与常规的水溶液相比黑液的固形物含量很高膜面会形成厚的滤饼层温度过高则滤饼层更容易被压密渗透通量反而下降考虑经济因素以ε为操
作温度较合适∀由于试验设备的限制未能进行操作压力和膜面流速对渗透通量影响的研究∀
微滤膜对有机物的分离效果
的透过液Λ微滤膜的透过液
值∀
.CΛ
OM透过液
注Λ和Λ微滤膜的透过液分析均为稳定渗透通量时的平均表微滤膜对钠盐的截留情况
Λ
NG
项目原黑液透过液备注Λ和Λ微滤膜所用黑液LO总
的总钠浓度不同为Λ微滤膜用黑液为Λ微滤膜用黑液
包括碱木素中小黑液的有机物组成成分复杂
纤维和半纤维以及草浆不同程度的降解产物如木聚糖有机酸等∀从表可以看出无论是Λ还是Λ的微滤膜对碱木素和均有一定的分离效果特别是对碱木素去除率可达
WW透过液的为比原黑液浓
龙度降低了这表明无机膜对黑液固形物的分
离是以去除有机物碱木素为主由碱木素产生
网以Λ微滤膜为∀对比和的数值例透过液的为比原黑液浓度降低
W筑的占总的以上∀文献报道从黑液中提取的稻麦草木素分子量分布范围宽数均分子量为重均分子量为分子量大于
的部分占∀尽管本次试验采用的是
膜孔径为Λ和Λ的微滤膜远大于黑液各有机组成成分的水力半径但是由于微滤膜的孔径曲率较大同时黑液的有机物浓度很高很容易堵塞膜孔在膜面形成凝胶层引起实际的分离效果的提高∀当然分离效果的提高是以膜污染严重膜通量减小为代价的∀
微滤膜对钠盐的分离效果
黑液中的钠盐主要来自蒸煮用碱液若为烧碱法制浆则为氢氧化钠和与有机物结合的钠若为硫
给水排水
ςολΝο
.ZHU酸盐法制浆则包括与有机物化合的钠
等∀文献给出和
了硫酸盐法造纸黑液中钠离子与有机物结合的情况其中个木素单体可以结合即钠离子
木素可结合钠∀表给出了Λ和显然微滤膜对钠Λ微滤膜对总钠的截留情况
盐没有截留作用∀但是如果按照每木素结合微滤膜对木素的截留能力可以达到钠来计算
则相应地可以截留钠这与实际不黑液虽是碱液但不是强碱而是一符∀分析原因是
个很强的缓冲溶液黑液虽不是胶体但由于其中存在各种胶体物质在一定条件下具有胶体性质∀碱木素与钠的结合主要靠其的苯酚基与钠作
同时由于碱木用素比表面积大溶解于黑液中呈亲水性胶体存在部分钠离子是被吸附在上面去的∀当木素在膜一侧被截留浓度升高而另一侧无机阴离子浓度升高的时候为了维持溶液的电中性钠离子就会发生迁移一部分可能来自碱木素吸附的钠离子另一部分可能来自苯酚基与钠离子的电离∀具体各部分的钠盐变化情况有待于进一步研究∀
微滤膜对二氧化硅的分离效果
当达到稳定通量时膜的实际孔径发生了很大变化或者膜面形成的滤饼层决定了对溶液的分离效果∀尽管如此与有机超滤膜相比微滤膜造价较低且使用寿命长通量较大Λ膜的常温稳定渗透通量为∀如果能进一步提高渗透通量的与其他除硅方法如石灰法和同步除硅法相比话
还是有一定的优势的∀
结论
在操作压力下Λ和Λ的微滤膜适宜的操作温度为ε渗透通量分别为
引起滤饼和∀温度过高层的压密渗透通量反而下降∀
是以碱木素为主对碱木素的去除率可达∀
微滤膜对钠盐没有明显的截留作用∀
截留率可达微滤膜可以将二氧化硅截留
微滤膜对造纸黑液和的去除
目前草浆黑液的碱回收率仅在左右其主要原因是黑液中硅含量高这造成了两种后果一是在黑液蒸发时加热管结垢较快使传热系数迅速下降甚至造成加热管严重堵塞二是在黑液燃烧过程以清除∀尽管诸多文献报道超滤膜可以把二氧化硅的报道
HU
图微滤膜透过液中浓度历时曲线
LOWW.Z以上∀
NG∗
.C等无机膜在工业废水处理中的应用与展望膜科学与技徐南平
术∗
∗
中可以形成硅酸钠粘附于燃烧炉上形成灰垢难截留住但超滤法除硅费用太高从未有过实际应用
W∀图给出了微滤膜对二氧化硅的分离
网等造纸工业蒸煮废液的综合利用与污染防治技术北京张柯
中国轻工业出版社∗
造纸工业化学分析北京中国轻工业出版社北京造纸研究所
碱木素的性质混凝机理与应用研究钱易郝吉明环境陆雍森
北京清华科学与工程进展顾夏声教授八十寿辰庆贺文集大学出版社∗
最新碱法制浆技术曹邦威译北马科隆格雷斯著
京中国轻工业出版社
造纸工业碱回收北京中国轻工业出版造纸工业碱回收编写组
社∗
汪萍稻草制浆过程中硅的形态变化北京轻工业学院刘景洋
学报∗
出在稻草原料中硅主要以粒径为Λ的硅晶
胞形式存在占在制浆过程中硅晶胞作为整体与碱反应由于和温度较高使硅晶胞部分溶解∀溶解的硅粒子直径很小当硅粒子直径为
在造纸黑液中内仅有溶解∀因此时
硅要么以硅酸盐的离子形式存在要么以粒径为级的颗粒存在∀按照微滤膜的分离理论是不可能从溶液中将硅分离的但是由于黑液是一个高浓度的分散体系过滤过程中造成的膜污染现象很严重
筑过液的二氧化硅浓度降低到以下∀这表明
采用微滤技术就可以把二氧化硅除去∀文献指
龙结果在不同温度下Λ和Λ微滤膜对二氧化硅的截留率达到了以上达稳定通量时透
OM参考文献
给水排水ςολΝο
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ΧΑΣΣΠροχεσσΤρεατινγΒεερΒρεωερψαστεωατερινΗιγηΧολδΑρεαΖηουΓανγ
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