國(guó)內(nèi)在大理石加工過程中對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了大量的污染物，主要為石材加工粉塵和富含石粉末的鋸機(jī)、磨機(jī)冷卻水。一般成品石塊加工成石板材，其原料利用率僅為60%左右，其余廢料中約有三分之一作為石粉排入廢水中。石材廢水的主要成分是石粉和鋸片冷卻水中加入的不飽和脂肪酸及其皂化物、木素類及其降解物等。這些有機(jī)高分子化合物能將石粉中的微小細(xì)粒吸附，使其能在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)維持膠體狀態(tài)，而不被沉降下來，從而造成水體污染。
目前國(guó)內(nèi)對(duì)于理石加工行業(yè)的污染問題研究較少，已見報(bào)道的處理方法僅有絮凝沉降法。但該法的占地面積大，絮凝沉降的處理時(shí)間長(zhǎng)，由鋸片、冷卻劑、帶入的高分子化合物易使細(xì)小的石粉形成乳濁液甚至膠體，難以自然沉降去除。近年來，隨著我國(guó)對(duì)環(huán)境水污染的治理要求越來越高，對(duì)此類廢水的處理也越來越受到人們的關(guān)注。當(dāng)前膜分離技術(shù)在工業(yè)水處理領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，主要包括凈水處理和污廢水處理兩個(gè)方面。凈水處理主要是飲用水和淡化水的制備，污廢水處理主要包括各種化工行業(yè)廢水處理、含油廢水處理及生活污水處理和回用等。
采用陶瓷膜微濾過濾某理石加工廠工序中的污水，研究了操作條件的影響，確定的膜清洗方法。本文用膜分離技術(shù)為消除石材廢水對(duì)環(huán)境的污染，及過程廢水回用和提高水資源的利用率提供了新途徑。
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1實(shí)驗(yàn)裝置及流程
陶瓷膜微濾實(shí)驗(yàn)裝置的流程如圖1所示。將廢水加入廢水罐中，經(jīng)離心泵打入膜組件中錯(cuò)流過濾，滲透液由組件側(cè)面出口流出并返回廢水罐中，截留液也流回罐中以保持實(shí)驗(yàn)條件的一致性，流速及過濾壓差由閥門K3和K15調(diào)節(jié)控制，流速由流量計(jì)讀數(shù)換算而得，過濾壓差由膜組件的進(jìn)口壓力和出口壓力取平均值而得。
實(shí)驗(yàn)所用陶瓷膜為江蘇久吾高科技股份有限公司生產(chǎn)的孔徑為0.8um的19通道管式Al2O3膜，膜管有效長(zhǎng)度為24cm，內(nèi)徑4mm，膜面積為0.0573m2。
1.2分析檢測(cè)方法
采用pH計(jì)測(cè)定廢水pH值，固體質(zhì)量濃度分析采用重量法，粒徑分析采用激光粒度分析儀(英國(guó)
Mastersizer2000型)，廢水中COD值按照GB/T11914-1989重鉻酸鉀氧化法測(cè)定。
1.3實(shí)驗(yàn)原料
石材廢水取自某理石加工廠經(jīng)過自然沉降后的污水，經(jīng)過三次取樣檢測(cè)分析，測(cè)得固體質(zhì)量濃度平均值為6g/L，pH值為9，廢水中COD平均值為38mg/L，污水中固體顆粒粒徑的分析結(jié)果為粒徑小于1um的占10%，小于3um的占60%，小于5um的占90%，平均粒徑約為2.5um。
2結(jié)果與討論
2.1膜孔徑的選擇
選擇合適的膜孔徑，需要通過分析原料液中固體顆粒的粒徑分布，以及在微濾過程中料液的穩(wěn)定通量情況。石材廢水的平均粒徑為2.5um，粒徑小于1um的僅占10%，所以從顆粒粒徑與膜孔徑的匹配情況來看，本實(shí)驗(yàn)用孔徑為0.8um的膜管進(jìn)行過濾。
對(duì)質(zhì)量濃度為6g/L的石材廢水進(jìn)行了恒質(zhì)量濃度實(shí)驗(yàn)，即滲透液回到料液槽中，保持槽中固體顆粒的質(zhì)量濃度不變。操作條件為溫度43℃，操作壓差0.07MPa，膜面流速1.0m/s，每隔10min測(cè)定一次膜通量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。
由圖2可以看出，用孔徑為0.8um的膜管過濾，膜通量從最初的456L/(m2h)迅速下降到421L/(m2h)之后，繼續(xù)過濾，膜通量隨時(shí)間基本不再發(fā)生變化。因此，在此操作條件下，用孔徑為0.8um的膜管過濾可以得到穩(wěn)定的通量。
2.2溫度的影響
溫度對(duì)料液過濾通量的影響，主要是由于溫度對(duì)液體粘度的影響。溫度上升，料液的粘度下降，擴(kuò)散系數(shù)增加，減少了濃差極化的影響。在料液質(zhì)量濃度為2g/L、膜面流速為1.0m/s、操作壓差為0.07MPa時(shí)，考察溫度對(duì)膜通量的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。
由圖3可以看出，溫度對(duì)膜通量的影響顯著，膜通量與溫度基本呈直線上升關(guān)系。
2.3膜過濾截留率的考察
在溫度40℃，操作壓差0.07MPa，膜面流速1.0m/s的操作條件下，對(duì)原料液中固體顆粒質(zhì)量濃度分別為2，4，6，8，10g/L的滲透液分析其質(zhì)量濃度平均值，以得到用膜過濾方法去除固體顆粒的截留率:R=(1-p滲透/p原料)*100%，實(shí)驗(yàn)中還分別測(cè)定了原料液和滲透液的pH值和COD值，其結(jié)果見表1。
由表1可以看出，陶瓷膜微濾過程對(duì)廢水的pH值和COD值的影響都不大。由固體質(zhì)量濃度計(jì)算得知，用陶瓷膜微濾的方法濾除石材廢水中的固體顆粒效果很好，截留率在99.2%~99.8%。
2.4操作壓差的影響
在溫度40℃，對(duì)質(zhì)量濃度為6g/L的石材廢水做恒質(zhì)量濃度實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中膜面流速為1.0m/s，考察在相同的膜面流速和不同的操作壓差下，膜通量隨時(shí)間的變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。
由圖4可以看出，在相同的膜面流速下，操作壓差為0.07MPa時(shí)，膜通量隨時(shí)間基本沒有變化，膜過濾可以在穩(wěn)定的滲透通量下進(jìn)行。在0.10MPa時(shí)，膜通量隨時(shí)間略有降低。在0.15MPa時(shí)，膜通量隨時(shí)間下降的比較快。以上在操作壓差分別為0.07，0.10，0.15MPa時(shí)，膜的純水滲透通量分別為428，543，732L/(m2h)。
造成以上這種現(xiàn)象的原因是在高的操作壓差下，對(duì)于已沉積在濾餅層上的小顆粒，粘性力和摩擦力起著決定性的作用。小顆粒不斷沉積到膜面上的過程是濾餅層的厚度和密度不斷增加的過程，導(dǎo)致膜的滲透通量不斷降低。因此，在實(shí)驗(yàn)中選擇好合適的操作壓差和膜面流速，對(duì)于在生產(chǎn)應(yīng)用中膜過濾過程能夠保持長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定通量非常重要。
2.5膜面流速的影響
膜面流速是指料液沿膜表面的流動(dòng)速度，其大小代表了流體在膜表面產(chǎn)生剪切力，抑制顆粒在膜面上的沉積，并使己沉積在膜面上的微粒重新返回料液能力的大小。在溫度40℃，對(duì)質(zhì)量濃度為6g/L的理石廢水做恒質(zhì)量濃度實(shí)驗(yàn)，考察不同膜面流速下，膜通量隨操作壓差的變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5。
由圖5可以看出，在高的膜面流速(1.0m/s)下，滲透通量隨著操作壓差的增加呈線性增加，沒有濃差極化和濾餅層的建立。在低的膜面流速(0.5m/s)下，低操作壓差(小于0.06MPa)范圍內(nèi)，滲透通量是線性增加的。在高操作壓差下滲透通量不再呈線性關(guān)系，表現(xiàn)出強(qiáng)的濃差極化或?yàn)V餅層的建立，隨著操作壓差的增加，膜滲透通量的下降增大，并且滲透通量趨向于達(dá)到一個(gè)極限值。產(chǎn)生以上現(xiàn)象的原因是膜污染可以分為濃差極化、膜孔阻塞和濾餅層污染等，而在膜表面的濾餅層污染是影響錯(cuò)流微濾過程的主要因素之一。濾餅層的形成可以分為兩種情況，一種是膜面流速較高可以使部分沉積層脫除，則稱濾餅層的形成過程為
可逆的。這樣的體系會(huì)得到穩(wěn)定的滲透通量，即微粒的沉積與沖脫處于平衡。另一種形成的是不可逆性濾餅層，即小的單個(gè)顆粒吸附到濾餅層中的過程是不可逆的。單個(gè)的小顆粒一旦沉積到了濾餅層中，就不能重新返回到料液中去，只有當(dāng)流體的錯(cuò)流速度足夠大時(shí)，才能使凝結(jié)成團(tuán)的顆粒從濾餅層返回到料液中去