试析陶瓷膜过滤器、西恩过滤器的工艺与设备-上海联兵环保免费电话：400-600-5030

随着人们对盐水精制工艺的重视，南京九思高科技有限公司及上海西恩公司向氯碱行业推出了陶瓷膜精密过滤器、CN过滤器。
使人耳目一新，思路开阔了许多。对推动氯碱行业技术进步极为有利。带着对新装置工艺学习理解的目的，翻阅了有关资料和相关的实用专利说明书和发明专利申请公开说明书,并对首批工业化试验厂家参观学习，力求能理解设计图纸及现场运行的状况，结合氯碱厂对离子膜电解槽进槽盐水的要求分析了这两种过滤设备在盐水精制中的可行性。
1.陶瓷过滤器
陶瓷过滤器是陶瓷微滤膜过滤器，是不予涂的无机膜精密过滤器。由于其孔径在50nm左右，平均孔径为40nm，过滤后SS可达到<1PPM左右，因此在SS的指标上是完全可以满足离子膜进槽盐水的需要。
1.1陶瓷膜过滤器的工艺特点
与不予涂的有机膜精密过滤器进行比较，二者相同之处：均为微孔膜过滤器；均不需予涂；均为采用固定孔界面实施过滤，使小于滤孔的固体颗粒被过滤界面截留达到固液分离的目的。正常情况下，SS<1mg/L。二者不同之处如下表：

由于制备盐水首先要符合离子膜运行的质的要求，稳定的可靠的精制盐水量的要求。下面将一一分析。
1.2瓷膜制备离子膜精制盐水的可行性：

1.2.1不采用预处理进行初级固液分离的可靠性分析
预处理的目的是使过滤器适应国内质量参差不齐的原盐，经过精制反应后的粗盐水的含固量极不稳定，造成悬浮物的量达数倍乃至数十倍之差等情况。由于外部条件的变化，如果不进行预处理，会使精密过滤器运行条件极为苛刻。不少过滤器制造商加入中国氯碱行业时，均称可以直接过滤。而在实施工业化流程中不得不加预处理使固液初级分离。陶瓷膜组件如果采用直径4mm孔径的多通道膜元件的容污能力小。如果将水不溶物、BaSO4、CaCO3、Mg(OH)2一起进过滤器进行过滤，浓液再进行循环，可预言运行将是艰难的。
1.2.2有机物影响分析
预处理的第二个目的是加氧化剂氧化有机物、杀藻类、除去胶体，这是离子膜运行所必须的，因为有机物会造成堵塞离子膜。
在没有使用有机膜过滤器前，离子膜的寿命、电流效率、单元槽电流都不太理想。目前使用有机膜过滤器的厂家运行状况都大有好转，这与除去有机物，不采用有机絮凝剂有相当的关联。
1.3多通道膜元件在运行过程中的利与弊

1.3.1无机膜的运行压力大大高于有机膜，那是因为无机膜单元的本身的阻力大及错流过滤所造成的，采用多通道元件可以提高其强度。但同样会造成如下的弊端：膜管的渗出阻力会随着圈数不同而不同。中心管的渗出液经过膜组件的渗透通道长为130mm,第一圈渗出长度为2.5mm。多通道膜元件的各通道是并联线路，因此每圈的渗透量不同，同时反洗、正洗、化学清洗，效果均不如管式结构。
1.3.2由于膜渗出液的通道长，如果NaCl在盐水中一旦出现过饱和，会造成堵塞。清洗堵塞增加了难度，因此在过滤过程中对NaCl的含量要求更为严格。这不仅存在于无机膜组件中，凡采用多孔骨架层的都会出现此类问题。
1.3.3陶瓷膜组件在精制盐水中的耐腐性及对离子膜运行的影响有待于进一步确认。
20世纪80年代由于离子膜对硅的要求比较严格，一些厂家改砂过滤器为陶瓷砂过滤器，初期状况很好，运行一年后因陶瓷砂不耐精制盐水的腐蚀，其溶蚀的成份对离子膜的运行极为不利而退出氯碱盐水精制领域。分析其原因，陶瓷作为硅酸盐工艺的组
的耐腐蚀试验，确认陶瓷膜元件的耐腐蚀性，才宜在氯碱行业中推广此种设备。
1.4首家工业化陶瓷过滤器用于盐水控制工艺设备运行参数及分析
1.4.1工艺流程叙述如下图：精制反应后粗盐水进入板框过滤器过滤（一级过滤）后进入中间槽，由进料泵压入陶瓷膜过滤器，渗出精制盐水去二次精制，截留浓缩液部分回流至中间槽，部分排放进入精制反应槽。

1.4.2运行参数
处理盐水量：渗出量40米³/时压入陶瓷膜过滤器盐水量400米³/时陶瓷膜过滤器进入压力0.35MPa回流与排出浓液量之和360米³/时板框压滤后盐水中SS10mg/L目前反冲洗每班一次化学清洗次数以渗出量小于40米³/时为标准，目前从每二星期冲洗一次过渡到每一星期冲洗一次原盐质量采用精制盐含NaCl98%，Ca#、Mg#<0.02-0.05%
(1)主要设备
陶瓷膜过滤器二组，每组为6膜管每管有多通道膜组件19根，经计算过滤面积85米²预处理板框压滤机3台，每台过滤面积100米²进料泵2台，Q：200米³/时W=30千瓦H：0.35MPa中间槽V：95米³
(2)计算参数
错流速度2.0-1.9米/秒
过滤速率200-300升/时米²
单过滤耗电1-1.5kwh/米³渗出液
渗出量18-25米³/套过滤装置
2.CN过滤器的设备及工艺

CN过滤器是成功运用于钛白粉行业废水回收装置后引入氯碱行业，用于盐水精制过滤的，目前在氯碱行业中正处于工业化试验阶段。
2.1CN过滤器的过滤过程是一种全新的思路。
分析与普通砂滤器有以下几点不同：(1)改过滤流程上进下出为下进上出。(2)改过滤介质的密度比盐水大为比盐水小，这样过滤层从固定床变为悬浮床。由于这样一改过滤器的下部有沉清功能，使这台设备洗清功能与过滤功能合二为一，提高了过滤器的容污能力。同时反冲与排污合二为一，因此对于浊度高的待过滤液有较好的处理能力。
本设备由于本身就具备了沉清功能，因为采用预处理，精制反应完全的粗盐水直接进过滤器，与陶瓷膜过滤器相同。
2.2CN过滤器用于离子膜烧碱盐水精制的可行性
2.2.1提高表面负荷分析：异向流沉清
限制了过滤器的表面负荷。所谓异向流是指沉清装置中待沉清介质的流向与颗粒流向相反。由于悬浮颗粒自然沉降是向下的，而流体是向上的，因此过滤的表面负荷受到限制。如果水流速度大于颗粒下沉的速度，颗粒不能自然沉降，那么所有的颗粒都要通过悬浮过滤分离，会使过滤后水质恶化。
表面负荷偏低是西恩过滤器的特点，两家工业化数据表明目前的表面负荷在3米/时左右，约为正常过滤表面速度的1/2—1/2.5。
2.2.2有机絮凝剂投加：多加絮凝剂是提高表面负荷的方法之一，目前的控制过程中是加了较多的絮凝剂助沉剂，参阅资料3上计算聚丙烯酸钠为3.75ppm，在A厂工业化试验中是加3.75ppm聚丙烯酸钠和15ppm的FeCl3。以增大粒子的粒径，降低悬浮颗粒的荷电，有利于沉清和悬浮过滤。其另一结果增加了盐水中Fe和有机物，对离子膜运行不利。
2.2.3影响过滤精密度的因素
2.3.3.1悬浮过滤层的紧密度，密实度
(1)众所周知悬浮过滤床颗粒悬浮的推动力为：a悬浮颗粒本身在盐水中的浮力。b液体向上流动推力。可以想象任何力的改变均会改变悬浮滤层的紧密度。
(2)选择适当的粒径并使用大小数量匹配，是改变悬浮滤层密实度的关键。
向上流的水一旦改变水流量和水流的方向，都会影响密实度，影响出水的质量，工业试验中也发现一旦过滤器排泥后，出水质量会变劣。
部分现场摘抄资料数据：

2.3.3.2提高串联级数，提高过滤精度
由于一级CN过滤器不能达到离子膜盐水SS<1mg/l的要求，提出如果采用二级CN过滤器可达到SS<1mg/l的要求。
CN过滤器生产商在某厂进行了二台CN过滤器串联工业试验：处理水能力30米³/时，一级CN过滤器直径3300mm，二级CN过滤器直径3000mm。
流程如下：

某使用工厂出水进水参数一览表：
粗盐水NaOH 0.596克/升
Na2CO3 0.3克/升
平均浊度0.78NTU，相当于SS在1.6mg/L最低为0.07，最高达4.14
就目前运行情况看很难保证SS<0.5mg/L。
由于CN过滤器是悬浮床，出水水质在一定范围内波动属正常现象，过滤精度也随之波动。在工业化生产过程中出现过出水返浑，浊度提高现象。
分析其原因如下：（1）絮凝剂加量波动及不均匀（2）精制反应不完全的浑盐水进入CN过滤
不难分析出这样一条规律：对于已经成型的CN过滤器，出水的质量与流量都决定于下部的沉降效果。絮凝剂的加入有助于沉清，有助于过滤，其过滤速度决定于沉降速度。没有类似沉淀桶的均合作用反应的优劣直接影响CN过滤器的出水质，降低了水质的可靠性。
通过对CN过滤器的初析，应该说CN过滤器适用于钛白废水处理，是要求设计的下部适用于浓缩液回收，上部的水只要排放达标即可。而用于氯碱工业盐水精制上部的出水，水质虽然也能达到指标，但有时水质相当差，这对于一个高悬浮颗粒的固液分离，高强度的设备往往缺少均衡，使外部环境稳定无疑是对CN过滤器出高质量水有利。
由于表面负荷太小，大规模的氯碱必须要数台数十台并联，在工业化的过程中也非易事。对小氯碱厂隔膜碱可能合适一些。由于CN过滤器刚处于工业试验阶段，相信通过制造商的调整会得出相应的结论。水平有限，分析不当处请指正。
实用新型发明专利说明，参数资料
1、实用新型书[2 1 J 2 C，专利号99240225.5]
2、发明专利申请公开说明书，申请号200610038868.6
3、2007年全国烧碱行业技术年会论文集P51，陶瓷膜片盐水精制技术在氯碱行业应用
4、2007年全国烧碱行业技术年会论文集P31，一种盐水过滤新技术的应用

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