微濾膜法預處理周位酸有機廢水

（武漢工程大學化工與制藥學院綠色化工過程教育部重點實驗室，湖北武漢430073）

周位酸是一種重要的萘系染料中間體，工業生產中是由精萘經磺化、硝化、還原、酸析得到，在其生產過程中會產生酸性強、色度大、COD 值高的有機廢水，若直接排放，將嚴重污染水體，造成公害［1］。近年來，有關高濃度工業有機廢水處理的研究已取得很大進展［2－9］，但對周位酸有機廢水的預處理研究甚少。因此，對周位酸有機廢水的預處理研究具有現實意義。

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，粒徑大于膜孔的微粒被截留，從而實現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、設備投資小、能耗小等優點。

鑒于此，作者采用微濾技術對周位酸有機廢水進行預處理，以有效去除廢水中部分有機物，為進一步深度處理減輕負荷。

1 實驗

1.1 材料與儀器

周位酸廢水，深黑色，強酸性，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 型數顯酸度計，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，擰緊機械密封裝置防止周圍漏液，自進液口放入調節好溫度、pH 值的周位酸有機廢水，并在出料口用量筒收集透過液，調整操作壓力后即可進行加壓過濾。采用重鉻酸鉀法檢測透過液的COD 值［11］，按下式計算膜通量及COD 截留率：

2 結果與討論

2.1 廢水pH 值對微濾膜預處理效果的影響

用氫氧化鈣水溶液調節周位酸有機廢水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 值的周位酸有機廢水用微濾裝置過濾，測定膜通量和COD 截留率，結果見圖1。

由圖1可知：（1）在pH 值為2～10時，隨著周位酸有機廢水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廢水中的某些金屬離子反應生成不溶于水的沉淀物，使大于膜孔的微粒數大大增加，宏觀上表現為膜通量的快速下降；（2）當不調節pH 值直接進行微濾時，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處理效果的影響

將廢水pH 值調節至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對廢水進行微濾，測定膜通量和COD截留率，結果見圖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行過濾時，膜通量較低；增大操作壓力，膜通量相應升高，微濾膜表面的溶質濃度不斷增大，當操作壓力達到0.3 MPa時，產生濃差極化現象，對溶劑的透過起阻礙作用，導致膜通量下降。

根據微濾的分離機理，當操作壓力較小時，大于膜孔徑或與其孔徑相當的微粒會被截留，此時透過液的COD 值較小；當壓力增大時，略大于孔徑的微粒穿過微濾膜，宏觀上表現為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處理效果的影響

將廢水pH 值調至10、操作壓力調至0.1MPa，分別在不同操作溫度（25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃）下對廢水進行微濾，測定膜通量和COD 截留率，結果見圖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。這可能是因為，分子的布朗運動隨著溫度的升高而加劇，使得溶質分子透過膜的幾率增大，導致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狀結構；使用后，微濾膜孔部分被堵塞，導致膜通量持續下降。微濾膜片經機械清洗和及水沖洗后可恢復部分膜通量。

3 結論

采用微濾膜預處理周位酸有機廢水，探討了廢水pH 值、操作壓力、操作溫度對微濾膜預處理效果的影響。結果表明，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58%，色度明顯減小，微濾膜片經機械清掃和反水沖洗后可恢復部分膜通量。為微濾膜法預處理周位酸有機廢水的工業化提供了基礎數據和理論依據。

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