早期商品化的無機膜是法國SFEc改進美國聯(lián)合碳化物公司的技術(shù)而發(fā)展起來的管式氧化鋯膜，該膜從1981年開始應(yīng)用于奶業(yè)、飲料及生物化工中，到1985年法國SFEc已在歐洲建立了25套陶瓷膜分離系統(tǒng).Barnier等采用切割分子量為7104~11104的金屬氧化膜處理造紙黑液，處理溫度85~115，磺化油質(zhì)量濃度可以從105~124mg/L濃縮至280~300mg/L，通量為43~60L/(m2!h).隨著膜材料和技術(shù)的發(fā)展，高效膜組件的出現(xiàn)，膜分離技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大.在制漿造紙工業(yè)廢水處理中，應(yīng)用較多的是反滲透與超濾技術(shù)。
本研究考慮造紙黑液堿性大、濃度高，主要含木質(zhì)素、纖維素、半纖維素及堿類物質(zhì)的特點，選用耐酸堿、耐高溫的陶瓷微濾膜進行實驗，以獲得草漿黑液膜處理技術(shù)的條件參數(shù)，有利于有針對性地解決黑液膜分離問題，為造紙黑液的處理與利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
1實驗研究
1.1實驗工藝流程
黑液先經(jīng)沉淀去除部分SiO2等無機顆粒，然后進入截留液儲槽，黑液通過膜組件后，透過液木質(zhì)素、COD、SiO2及固形物被脫出后，送中段水一并處理，而截留液可考慮回收木質(zhì)素.工藝流程見圖1.
1.2膜組件及操作方式
實驗用QH-型陶瓷微濾膜裝置由清華大學環(huán)境科學與工程系環(huán)境模擬與控制國家重點實驗室自制。無機陶瓷膜是南京工業(yè)大學膜科學技術(shù)研究所生產(chǎn)的19通道0.8.m管狀陶瓷微濾膜.采用正壓錯流分離的方式操作.
1.3黑液
黑液取自山東省濰坊廣信造紙廠新工藝混合黑液:波美度5.5∀Be，pH=10~11，溫度60，木質(zhì)素質(zhì)量濃度23.13g/L，固形物質(zhì)量濃度83.3g/L，COD為126300mg/L.
1.4分析
常規(guī)采樣后，檢測分析按各項標準執(zhí)行.
2結(jié)果與討論
2.1膜通量與壓力的關(guān)系
實驗直接采用性能良好的0.8m陶瓷微濾膜.當循環(huán)混合黑液溫度達50后，利用冷卻水保持液體溫度，然后測定膜通量與壓力的關(guān)系，如圖2所示.
從圖2可以看出，開始膜通量隨壓力變化較大，但當壓力大于0.2MPa后，膜通量隨壓力的變化不大.壓力與膜通量趨勢為正相關(guān).實驗結(jié)果顯示，壓力與膜面流速負相關(guān)，壓力為0.2MPa時，膜面流速為6.7m/s;壓力為0.3MPa時，膜面流速為4.5m/s;壓力為0.4MPa時，膜面流速為1.7m/s.膜通量隨膜表面流速的增加而增加，高的流速具有高的剪切力，可以帶走膜面的懸浮顆粒等組分，同時減輕濃差極化的影響.壓力加大，膜面流速減小，使膜通量下降.膜面流速以4~7m/s為宜，故操作壓力以0.2MPa較為合適.
2.2膜通量與溫度的關(guān)系
控制實驗壓力在0.2MPa的條件下，考察了溫度對膜通量的影響，見圖3.
從圖3可以看出，溫度較低時，隨著溫度升高，膜通量加大;當溫度接近50以后，膜通量變化緩慢;當溫度大于58后，膜通量下降.分析其原因:草漿黑液的黏度大、濃度高，當溫度逐漸升高時，有利于降低黏度，增強其流動性，減小了膜面的濃差極化，膜面濃度高，通量上升;當溫度過高時，膜污染層的固形物更易壓實，膜通量反而會下降.因此，實驗選擇條件為:溫度為53，壓力為0.2MPa.
2.3分析截留液與透過液各成分的變化趨勢
2.3.10.8m膜微濾木質(zhì)素含量比較
經(jīng)3.5h微濾后，截留液中木質(zhì)素的質(zhì)量濃度由原來23.13g/L濃縮為57.14g/L，濃縮比為2.47.固形物質(zhì)量濃度為174.9g/L，濃縮比為2.1.透過液木質(zhì)素的質(zhì)量濃度為3.41g/L，截留率為85.3%.糖分不被截留，透過液中含量增高，有利于中段水生化處理.其含量比較見圖4.
2.3.2透過液中COD與時間的關(guān)系
實驗過程考察了透過液中COD隨時間的變化情況，見圖5.COD的截留率在60%以上.
2.4膜污染及減少污染的方法
為了考察黑液對微濾膜污染的影響，實驗選擇溫度為53、壓力為0.2MPa的條件下，測定了膜通量隨時間的變化關(guān)系，結(jié)果如圖6所示.微濾前的膜通量為136.8L/(m2/h).連續(xù)微濾2h，陶瓷微濾膜已被污染.首先用自來水清洗10min以后，再用0.3%的硝酸清洗，基本恢復濾前膜通量.
3結(jié)論
1)無機陶瓷微濾技術(shù)實現(xiàn)了對堿性大、濃度高的草漿黑液的濃縮，發(fā)揮了耐酸堿、抗高溫的特點.
2)操作條件溫度為53，這非常有利于工業(yè)化，因造紙廠所排黑液一般溫度為50~60.壓力為0.2MPa，3.5h木質(zhì)素濃縮比達2.47.這對應(yīng)用前景廣闊的木質(zhì)素的提取非常有利.
3)透過液經(jīng)膜截留大分子有機物，COD截留率大于60%，改善了可生化性，便于后續(xù)生物處理.