CN100450596C - 一种微滤或超滤膜再生剂及其制备方法 - Google Patents

一种微滤或超滤膜再生剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种微滤或超滤膜再生剂及其制备方法，属于微滤、超滤膜清洗再生剂领域。这种膜再生剂是不含钠离子的活性碱、水处理剂、以及鳌合剂由稳定化工艺制得，有优良的微滤、超滤膜再生能力，明显的易于过水性能，有机聚合物兼容性好，并在再生过程中具有显著抑制钙、镁等晶体结构形成的效果，同时膜再生工艺简单，易于操作，膜材料、污垢以及水质条件适用宽泛。这种微滤、超滤膜再生剂可以广泛用于食品工业、石化工业、污水处理、钢铁行业中。

Description

一种微滤或超滤膜再生剂及其制备方法
技术领域
一种微滤或超滤膜再生剂及其制备方法，属于微滤、超滤膜清洗再生剂领域。具体涉及利用由不含钠离子的活性碱、水处理剂、以及鳌合剂为原料由稳定化工艺制得的膜清洗再生剂，还涉及该微滤、超滤膜再生剂的制备方法。
背景技术
在食品工业、石化工业、污水处理、钢铁行业中各种微滤、超滤膜应用广泛，主要在除杂，大分子物质提取，脱盐，脱色，有机物浓缩，油水分离等工艺步骤中应用。微滤、超滤膜的再生工艺对于膜分离工艺步骤的生产效率和生产成本有很重要的影响，其中再生剂性能是其重要的因素之一。
膜再生剂作为清洁膜表面、膜孔内部以及溶解被截留物质的化学溶液，对于恢复膜的有效通透面积，增加净水通量具有重要作用。目前，最常用的膜再生剂如氢氧化钠(NaOH)，由于黏附性较强，难于被水冲洗，残留于膜表面，尤其是膜孔内部的碱容易和截留物质中的钙镁离子，以及水中的钙镁离子形成结构紧密的晶体，造成膜通透面积和净水通量的永久性下降，另外单一氢氧化钠对于截留物质的溶解，清洗能力有限，其再生效果并不理想，因此限制了其应用范围；常用的鳌合剂如乙二胺四乙酸(EDTA)，其鳌合能力显著，但无法增加氢氧化钠的过水能力，对于抑制膜孔内钙镁晶体结构的形成并无显著效果，而且鳌合能力并不会由于碱度和温度的增加而增加，应用范围受到限制。
一般的微滤、超滤膜在膜分离的过程中会在膜的一侧形成截留物质的浓差极化层，有的甚至部分进入膜孔内部，造成膜面积的下降以及净水通透量的减少，这种膜面积的下降是暂时的，一般可以通过反冲，振动，以及超声波等物理手段进行膜再生，以及添加含有氢氧化钠或者磷酸溶液进行循环溶解截留物等化学手段进行再生。传统的氢氧化钠溶液再生后，由于氢氧化钠比较不容易过水，尤其是孔径比较微小的膜孔内部，几乎无冲刷机械力，因此造成氢氧化钠在膜孔内残留。残留在膜内的碱结合截留物或者分离溶液、清洗配制用水中的钙、镁离子会形成钙、镁化合物晶体，这类晶体如果形成在膜孔内部，会造成膜孔堵塞，且由于此类晶体与膜材料的结合非常紧密，除非特殊手段一般很难再生，这种膜面积的下降为永久性的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微滤或超滤膜再生剂，用水配制成含有本产品0.5％～3.0％溶液，对受污染的微滤、超滤膜进行清洗再生。本发明的目的是通过不含钠离子活性碱(氢氧化钾)的优良过水能力、水处理剂(氨基三亚甲基膦酸)对大分子物质的分散能力、在碱溶液中对有机物溶解能力的改善以及鳌合剂对于水中钙镁离子的鳌合能力共同作用实现的。
本发明的再一个目的在于提供上述膜再生剂制备方法。这种微滤、超滤膜再生剂可以广泛用于食品工业、石化工业、污水处理、钢铁行业中。
本发明的技术方案：一种微滤或超滤膜再生剂，由不含钠离子的活性碱氢氧化钾、水处理剂氨基三亚甲基膦酸、以及鳌合剂葡萄糖酸钾和去离子水为原料由稳定化工艺复配制得。以重量百分浓度计其中氢氧化钾含量30％～45％，氨基三亚甲基膦酸含量6％～10％，葡萄糖酸钾含量5％～15％，以去离子水补充至100％，20℃条件下该再生剂比重1.25～1.50g/ml，该再生剂用去离子水稀释100倍后pH为12.5～14.0。
所述的微滤或超滤膜再生剂的制备方法，按照上述的组分配方，确定复配各组分的用量，采用以下步骤复配：
(1)在一定量的去离子水中首先加入葡萄糖酸钾，搅拌使得葡萄糖酸钾在水中完全溶解；
(2)在上述葡萄糖酸钾水溶液中加入不含钠离子的活性碱氢氧化钾，搅拌至少15分钟；
(3)在上述含有葡萄糖酸钾、氢氧化钾的水溶液中加入液体的氨基三亚甲基膦酸。
所述的微滤或超滤膜再生剂的应用，用于食品工业、石化工业、污水处理、钢铁行业中，用水硬度以CaCO3计小于150ppm的水配制成含有本产品0.5％～3.0％的溶液作为再生剂，应用于微滤或超滤膜再生后的净水通量得到显著提升，长期使用此再生剂，膜孔内部由于钙、镁化合物晶体结构造成的永久膜面积下降以及通量损失得到显著抑制。
本发明的有益效果：这种膜再生剂是不含钠离子的活性碱(氢氧化钾)、水处理剂(氨基三亚甲基膦酸)、以及鳌合剂(葡萄糖酸钾)由稳定化工艺制得，有优良的微滤、超滤膜再生能力，明显的易于过水性能，有机聚合物兼容性好，并在再生过程中具有显著抑制钙、镁等晶体结构形成的效果。不含钠离子的活性碱其表面黏附性小，相对容易被水冲洗完全，尤其是在膜孔内部等一些冲洗水量微小，且机械力较小的区域，其碱残留量相对较小，对于抑制在膜孔内钙、镁晶体结构的形成有显著作用。多聚磷酸盐能够明显增加蛋白、油脂、多糖类高分子物质在水中的分散能力，能够加快截留物质从膜表面去除的速度，加快膜再生的速度，改善膜再生的效果。另外，鳌合剂，尤其是鳌合能力随温度和碱度上升而上升的鳌合剂在膜再生过程中可以进一步抑制膜孔内钙、镁离子和残留碱的结合，对于耐高温高碱的膜材料在再生过程中形成的晶体可以进一步抑制。本发明通过将不含钠离子的活性碱、多聚磷酸盐以及特殊鳌合剂复配制得的微滤、超滤膜再生剂应用于膜的清洗再生，不仅膜再生时间缩短，膜再生效果改善，而且长期使用使得膜永久性通量下降的趋势得到显著抑制，从而延长了膜的使用寿命、降低了膜分离工艺的生产成本，增加了膜的生产效率，放宽了膜再生对水质条件的要求。具有以下突出优点：
1、易于过水性能优良，在膜表面或者膜孔内部几乎无残留；
2、长期使用，抑制微滤、超滤膜永久性通量下降能力显著；
3、膜再生效率高。
附图说明
图1抑制微滤、超滤膜永久性通量下降的趋势图。
图2缩短微滤、超滤膜再生时间的趋势图。
具体实施方式
实施例1
取去离子水2500g，加入装有搅拌器的容器中，室温下均匀搅拌中加入600g葡萄糖酸钾，持续混合15分钟，确认完全溶解后。随后加入KOH 98％固体1500g，一定温度25℃反应一定时间2.0h。确认完全溶解后，加入300g氨基三亚甲基膦酸，用补加去离子水控制总质量约5000g，用活性碱调节1％成品水溶液pH12.5～14.0，得到成品1。
用水硬度为50ppm(以CaCO3计)的水将成品1稀释40倍作为再生剂，对聚砜材质超滤膜(截留分子量约100万道尔顿)进行加压冲洗，每次清洗约1h，清洗温度控制在50℃，后用水硬度为50ppm(以CaCO3计)的水加压冲洗约0.5h，冲洗温度控制在50℃。重复上述再生过程100次后膜的净水通量下降约2.7％。
用水硬度为50ppm(以CaCO3计)的水将30％氢氧化钠溶液稀释40倍作为再生剂，对聚砜材质超滤膜(截留分子量约100万道尔顿)进行加压冲洗，每次清洗约1h，清洗温度控制在50℃，后用水硬度为50ppm(以CaCO3计)的水加压冲洗约0.5h，，冲洗温度控制在50℃。重复上述再生过程100次后膜的净水通量下降约41.0％。抑制微滤、超滤膜永久性通量下降的趋势见图1。
从图1中的数据可以看出，在温度、时间、碱度、水硬度以及膜材料完全相同的情况下，进行100次清洗再生后，用本发明再生的膜，永久性通量损失约3.0％，传统碱再生的膜永久性通量损失达到40％。由于高温碱和钙镁离子造成的通量损失几乎无法再生。因此本发明对于延长膜寿命，抑制膜永久通量下降有显著作用。
实施例2
取去离子水2000g，加入装有搅拌器的容器中，室温下均匀搅拌中加入450g葡萄糖酸钾，持续混合15分钟，确认完全溶解后。随后加入KOH 98％固体1850g，32℃反应1.0h。确认完全溶解后，加入550g氨基三亚甲基膦酸，用补加去离子水控制总质量约5000g，用活性碱调节1％成品水溶液pH12.5～14.0，得到成品2。
用水硬度为20ppm(以CaCO3计)的水将成品2稀释40倍作为再生剂，对过滤芦荟植物提取液约5h的陶瓷材质超滤膜(截留分子量约50万道尔顿)进行加压冲洗，再生前该膜净水通量下降至设计通量的17％，清洗约2h，清洗温度控制在70℃，后用用水硬度为20ppm(以CaCO3计)的水加压冲洗约0.5h，冲洗温度控制在40℃。再生后膜的净水通量恢复至设计通量的93.5％。
用水硬度为20ppm(以CaCO3计)的水将39％氢氧化钠溶液稀释40倍作为再生剂，对过滤植物提取液约5h的陶瓷材质超滤膜(截留分子量约50万道尔顿)进行加压冲洗，再生前该膜净水通量下降至设计通量的21％，清洗约2h，清洗温度控制在70℃，后用用水硬度为20ppm(以CaCO3计)的水加压冲洗约0.5h，冲洗温度控制在40℃。再生后膜的净水通量恢复至设计通量的72.2％。恢复微滤、超滤膜暂时性通量下降的趋势见表1。
表1恢复微滤、超滤膜暂时性通量下降的趋势
  试样   稀释倍数   温度   时间   水硬度   再生前通量/设计通量   再生后通量/设计通量
  成品2   40   70℃   2h   20ppm   17.0％   93.5％
  30％NaOH   40   70℃   2h   20ppm   21.0％   72.2％
从上述数据中可以看出，在温度、时间、碱度、水硬度均相同的情况下，按照权利要求书1制备的再生剂再生的膜通量较传统碱再生提高了约50％左右。说明本发明在再生过程中具有较强的截留物溶解、分散能力，再生效率较传统碱再生高。
实施例3
取去离子水1850g，加入装有搅拌器的容器中，室温下均匀搅拌中加入500g葡萄糖酸钾，持续混合15分钟，确认完全溶解后。随后加入KOH 98％固体2250g，一定温度40℃反应一定时间0.5h。确认完全溶解后，加入400g氨基三亚甲基膦酸，用补加去离子水控制总质量约5000g，用活性碱调节1％成品水溶液pH12.5～14.0，得到成品3。
用水硬度为140ppm(以CaCO3计)的水将成品3稀释40倍作为再生剂，对过滤氨基酸发酵液约8h的醋酸纤维材质纳滤膜进行加压冲洗，再生前该膜净水通量下降至设计通量的25％，清洗温度控制在45℃，溶液通透量达到设计通量的85％时所用的时间约110分钟。
用水硬度为140ppm(以CaCO3计)的水将45％氢氧化钠溶液稀释为2.0％的氢氧化钠溶液作为再生剂，对过滤氨基酸发酵液约8h的醋酸纤维材质纳滤膜进行加压冲洗，再生前该膜净水通量下降至设计通量的28％，清洗温度控制在45℃，溶液通透量达到设计通量的85％时所用的时间约200分钟。缩短微滤、超滤膜再生时间的趋势见图2。
从图2可以看出，在温度、时间、碱度、水硬度均相同的情况下，再生前纳滤膜通量接近的情况下，本发明再生的膜通量达到设计通量的75％，时间约80分钟，而传统碱需约140分钟；本发明再生的膜通量达到设计通量的85％时间约120分钟，传统碱需约180分钟，说明本发明较传统碱能提高再生效率，较少再生时间。

Claims (2)

1、一种微滤或超滤膜再生剂，由不含钠离子的活性碱氢氧化钾、水处理剂氨基三亚甲基膦酸、以及鳌合剂葡萄糖酸钾和去离子水为原料复配制得，以重量百分浓度计其中氢氧化钾含量30％～45％，氨基三亚甲基膦酸含量6％～10％，葡萄糖酸钾含量5％～15％，以去离子水补充至100％，20℃条件下该再生剂比重1.25～1.50g/ml，该再生剂用去离子水稀释100倍后pH为12.5～14.0；
按照所述组分配方，确定复配各组分的用量，采用以下步骤复配：
(1)在一定量的去离子水中首先加入葡萄糖酸钾，搅拌使得葡萄糖酸钾在水中完全溶解；
(2)在步骤(1)得到的葡萄糖酸钾水溶液中加入不含钠离子的活性碱氢氧化钾，搅拌至少15分钟；
(3)在步骤(2)得到的含有葡萄糖酸钾、氢氧化钾的水溶液中加入液体的氨基三亚甲基膦酸。
2、一种权利要求1所述的微滤或超滤膜再生剂的应用，其特征是用于食品工业、石化工业、污水处理、钢铁行业中，用水硬度以CaCO3计小于150ppm的水配制成含有所述比重1.25～1.50g/ml的微滤或超滤膜再生剂产品0.5％～3.0％的溶液作为稀释的再生剂使用液，应用于微滤或超滤膜再生后的净水通量得到提升，用此稀释的再生剂使用液，膜孔内部由于钙、镁化合物晶体结构造成的永久膜面积下降以及通量损失得到抑制。
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