腈綸裝置水洗/過濾單元廢水纖維束過濾器過濾參數(shù)研究

李 平，朱顯梅，劉建華

(吉林省環(huán)境科學(xué)研究院，吉林長春130012)

1 引言

腈綸——聚丙烯腈纖維是一種合成纖維。腈綸由于具有良好的柔軟性、蓬松性、耐輻射性和優(yōu)越的耐光性和染色性等特點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。據(jù)世界貿(mào)易組織預(yù)測化纖行業(yè)的產(chǎn)品需求量每年將以3.1% ～4.5%的速度遞增，至2020年將達(dá)178萬 t/年，屆時我國將有50萬 t/年化纖產(chǎn)品的需求缺口。

化纖生產(chǎn)對環(huán)境的污染嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在聚合車間生產(chǎn)廢水排放過程中，腈綸廢水特點(diǎn)是:廢水污染物成分復(fù)雜;氨氮、COD濃度較高;存在著EDTA、乙烯醚、壬基酚聚氧和有機(jī)磺酸鹽等難生物降解物質(zhì)，還有濃度較高的硫酸根、亞硫酸根等生物抑制性成分，造成廢水的可生化性很低;廢水中還存在著油劑、各種分子量的聚合物，這些物質(zhì)以膠體、懸浮物的形式存在于水中，難以自然沉降。由于腈綸廢水排放量大，濃度高，可生化性差，廢水處理難度大，所以化纖工業(yè)廢水處理是化纖行業(yè)發(fā)展的一個重要前提。

吉林化纖集團(tuán)有限責(zé)任公司是全球知名的聚丙烯腈基纖維生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)品產(chǎn)量亞洲第一、世界第二。國家“十一五”期間，針對吉林奇峰化纖股份有限公司排放的廢水，中國環(huán)境科學(xué)研究院、吉林省環(huán)境科學(xué)研究院和蘭州交通大學(xué)對該企業(yè)廢水開展技術(shù)研究并取得了極大的進(jìn)展。腈綸廢水中含有的聚合物－－聚丙烯腈價值達(dá)到2萬元/t，實(shí)際生產(chǎn)中將其回收能夠降低末端治理難度，減少企業(yè)熱能損失，降低生產(chǎn)成本。在“十二五”期間，課題組針對腈綸水洗/過濾單元廢水中高聚物可生化性差問題提出《化纖行業(yè)腈綸水洗/過濾單元廢水高聚物截留關(guān)鍵技術(shù)》研究課題。

根據(jù)對奇峰化纖股份有限公司聚合車間聚合母液源解析，掌握聚合物粒徑直徑和粒徑分布、粒徑密度情況，可選擇微孔過濾、預(yù)覆層過濾及一般過濾3種過濾方式。通過對聚合車間生產(chǎn)工藝的考察與調(diào)研得知聚合母液中聚丙烯腈的回收純度要求較高，排除預(yù)覆層過濾方式。在選擇微孔過濾介質(zhì)過程中，考慮到聚合母液呈酸性，溫度為50℃，排除有機(jī)膜過濾介質(zhì)而選擇無機(jī)陶瓷膜作為過濾介質(zhì)的過濾小試設(shè)備進(jìn)行研究;一般過濾方式中選擇兩種行業(yè)通用的過濾方式，本研究中選用了濾布過濾小試設(shè)備和纖維素過濾小試設(shè)備進(jìn)行研究。

通過實(shí)驗(yàn)，綜合比較過濾小試設(shè)備對聚合母液中聚合物去除效率、經(jīng)濟(jì)成本和生產(chǎn)成本優(yōu)選，確定其中一種過濾工藝作為中試核心過濾工藝。

2 材料與方法

2.1 材料

實(shí)驗(yàn)用水:聚合母液，取自吉林奇峰化纖股份有限公司聚合車間廢水。聚合母液水質(zhì)情況:SS濃度70 mg/L、pH值為3左右、COD濃度為850 mg/L，溫度為50℃，其中，SS主要物質(zhì)為醋酸乙烯和聚丙烯腈混合物，粒徑為5～40 μm。

實(shí)驗(yàn)選用纖維束過濾小試設(shè)備進(jìn)行過濾研究，選用過濾介質(zhì)如表1、圖1所示。

圖1 丙綸絲

2.2 方法

課題小組選用纖維束過濾器過濾設(shè)備進(jìn)行小試實(shí)驗(yàn)研究，通過對過濾介質(zhì)密度及壓力差設(shè)備參數(shù)的的控制，優(yōu)化過濾設(shè)備參數(shù)，取得纖維束過濾器的最佳過濾效果。

表1 3種過濾設(shè)備的過濾介質(zhì)

2.3 結(jié)果分析

2.3.1 不同密度濾料對SS的去除效率的影響

課題組分別采用35 kg/m2和45 kg/m2密度丙綸絲濾料，水壓為0.14 MPa條件下對聚合車間廢水進(jìn)行處理，SS的去除試驗(yàn)結(jié)果與處理效率對比圖見圖2、圖3和圖4。

圖2 濾料為35 kg/m2密度條件下對SS去除效果情況

圖3 濾料為45 kg/m2密度條件下對SS去除效果情況

圖4 不同填料密度條件下對SS去除效果情況

由圖2、圖3中可以看出:進(jìn)水SS濃度主要集中在60～70 mg/L之間，在經(jīng)過纖維束過濾器固液分離以后，在密度為35 kg/m2和45 kg/m2丙綸絲濾料條件下SS的去除效率分別在40%及43%左右;圖4可以看出，各種密度濾料條件下過濾器對SS的去除率基本上都能達(dá)到40%以上，而隨著密度的增加，呈現(xiàn)出去除效率上升的態(tài)勢。

2.2.3 系統(tǒng)內(nèi)壓差對SS去除效率的影響

通過對不同密度丙綸絲濾料廢水SS過濾試驗(yàn)，丙綸絲填料濃度在45 kg/m2情況下去除效率高;為考察壓差對纖維束過濾器SS去除效率的影響，分別在45 kg/m2丙綸絲濾料條件下，對0.01MPa和0.02MPa兩種壓差情況進(jìn)行過濾試驗(yàn)，SS去除試驗(yàn)結(jié)果與處理效率對比圖見圖5、圖6和圖7。

圖5 壓差0.02MP條件下對SS去除效果情況

圖6 壓差0.01MP條件下對SS去除效果情況

從圖5～6中可以看出:進(jìn)水SS濃度主要集中在60～70 mg/L之間，在經(jīng)過纖維束過濾器固液分離以后，在密度為45 kg/m2丙綸絲濾料，系統(tǒng)內(nèi)壓差分別為0.01 MPa和0.02 MPa條件下SS的去除效率分別在42%及44%左右;由圖7中可以看出，不同壓差條件下過濾器對SS的去除率基本上都能達(dá)到40%以上，而隨著系統(tǒng)內(nèi)壓差的增加，呈現(xiàn)出去除效率上升的態(tài)勢。

圖7 不同壓差條件下SS去除效果情況

3 結(jié)語

(1)在進(jìn)水條件為SS濃度主要集中在60～70 mg/L之間，溫度為24℃，進(jìn)水流量為1 m3/h，壓力為0.14 MPa，濾料丙綸絲密度為45 kg/m2時比密度為35 kg/m2時SS去除效率高3個百分點(diǎn)左右，可推斷隨著濾料密度的增加，SS去除效率呈現(xiàn)上升的態(tài)勢。

(2)確定丙綸絲密度為45 kg/m2，考察系統(tǒng)內(nèi)壓差對過濾效果的影響，結(jié)果表明:隨著系統(tǒng)內(nèi)壓差的增加，SS去除效果呈現(xiàn)上升趨勢，但規(guī)定系統(tǒng)內(nèi)壓差不能超過0.05 MPa，因此在運(yùn)行過濾器時應(yīng)時刻注意壓差的變化范圍，如壓差達(dá)到或超出0.05 MPa時，需進(jìn)行反沖洗操作。

［1］王有力.變孔隙纖維過濾裝置［P］，專利號:ZL.98244356.2，2000.

［2］錢克剛.纖維過濾剖析－深層過濾的回顧與展望［J］.工業(yè)水處理，1993(2).