炭膜处理印染废水的影响因素

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[印染世界yr1818.com]我国纺织工业每年产生大量印染废水，成分复杂、色度高，含有多种生物毒性物质，难以用常规方法直接处理；废水中残存的染料组份，即使浓度很低，排入水体也会造成水体透光率的降低，最终将导致水体生态系统的破坏。国内七十年代后期已有工厂用醋酸纤维超滤膜回收染料，但由于印染废水含有大量的酸碱等腐蚀性物质，且温度较高，有机膜的应用受到限。炭膜是一种新型的无机分离膜，它具有耐腐蚀、耐高温等优点，能在苛刻的环境下应用，相对于传统的无机膜一陶瓷膜和金属膜，炭膜还具有原料来源广、价格低等优点，用于印染废水的处理，正好可发挥其优点。本文用自制的酚醛树脂基微滤炭膜对模拟染料废水进行处理，考察影响截留效果的主要因素。
l 实验部分
1．1 炭膜的制备
    将热塑性酚醛树脂预固化，粉碎至一定粒度，加入水、添加剂后在捏合机上混合均匀后成型，制得原料膜管，原料膜管干燥后置于炭化炉中，在氩气保护下，以一定的升温速率加热到所需炭化温度，恒温一定时间后，自然冷却至室温即得到管状炭膜。
1．2 模拟染料废水的配制和处理
    将直接耐晒黑、活性红两种染料配制成不同浓度的水溶液，染料的结构式如图l所示。在自制的装置上测试炭膜的水通量和染料截留率，测试装置如图2所示。用柱塞泵将染料水溶液打入膜分离室，测试透过的水量及截留率，没有透过的染料溶液返回
溶液储罐。
2 结果与讨论
2．1 炭膜孔径的影响
    选用不同孔径的炭膜(孔径分布如图3所示)，在0．2MPa压力下，测定不同孔径的炭膜对浓度为8mg／L的染料水溶液的截留效果， 稳定1．5h后，结果如图4所示。从图中可以看出，随着炭膜孔径的减小，截留率明显增大，膜通量减小。当炭膜平均孔径为2．461~m时，两种染料的截留率仅为10 左右；当炭膜平均孔径为1．381~m时，直接耐晒黑的截留率为34%。活性红的截留率为86%；；当炭膜平均孔径减小到0．6 m时，两种染料的截留率都达到90%以上；若孔径继续减小， 两种染料的截留率均可达到100%，膜通量还可在0．05 m3／m2·h以上。微滤炭膜对染料分子的截留效果同染料分子在水溶液中的分散状态有关，染料大分子的分子量一般小于1000，通常认为超滤膜或纳滤膜才能对其截留，但由于染料分子在水溶液中能形成胶团，胶体粒子直径比一般小分子的直径大得多，故可以用微滤炭膜对其进行截留，且微滤碳膜的通量远大于超滤膜或纳滤膜的通量，具有一定的实用价值。

2．2 染料水溶液浓度的影响
    将直接耐晒黑染料分别配成浓度为8mg／L、1lmg／L、16mg／L、24mg／L的水溶液，用平均孔径为0．61~m的炭膜，在0．2MPa压力下对其进行处理，考察染料浓度对膜通量和截留率的影响。稳定1．5h后读取数据，结果如图5所示。从图中可以看出，随着染料浓度的增加，膜通量逐渐下降。当染料浓度从8mg／L上升到24mg／L，膜通量从0．062m3／m ·h下降
到0．031m3／m2~h。这是因为在过滤过程中，膜通量是由膜两侧的压力和过滤阻力决定的。增加染料溶液浓度，染料分子的缔合程度增大，溶液粘度增大，导致膜通量下降。从图中还可以看出，染料的截留率略有增加。其值在98%左右。
2．3 测试压力的影响
    以浓度为8mg／L的直接耐晒黑水溶液为例，用平均孔径为0．61xm的炭膜，考察测试压力对炭膜的水通量和截留率的影响，稳定1．5h后读取数据，结果如图6所示。从图中可以看出，随着测试压力的增加，膜通量增大，但膜通量增大的幅度随着压力的增大而减小，增大趋势逐渐变缓，而截留率没有变化。这是由于随着压力的增加，炭膜表面的浓差极化现象更为严重，总阻力增加，导致膜通量受压力影响减小。

2．4 测试时间的影响
    以浓度为8mg／L的直接耐晒黑染料水溶液为例，用平均孔径为0．61~m的炭膜，在0．2MPa压力下对其进行处理，考察测试时间对膜通量和染料截留率的影响。结果发现，在0．5h膜通量急剧下降。0．5h后，下降趋势减缓，如图7所示。从图中可以看出，随着测试时间的延长，染料的截留率没有变化，而膜通量降低。

3 结论
    自制的酚醛树脂基微滤炭膜对染料水溶液的深度处理有较好的效果，随着炭膜孔径的减小，截留率增大，膜通量减小。当炭膜孔径小到一定程度后，截留率可达到100%，膜通量达到0．05 m3／m2·h(测试压力为0．2MPa)以上，对染料废水的处理有一定的实用价值。
    炭膜的水通量受操作条件的影响，随着染料水溶液浓度的增加、测试时间的延长，膜通量下降；随着测试压力的升高，膜通量增大，而截留率基本不受影响。

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