聚氯乙烯(PVC) 的聚合工藝絕大多數(shù)采用水相懸浮聚合工藝，生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量工藝廢水，其中主要為離心母液。回收和利用懸浮法PVC 離心母液可減少廢水的排放并節(jié)省大量水資源。隨著國家環(huán)保政策的愈發(fā)嚴格和我國水資源的日益枯竭，其排放污染和回收利用問題越來越受到重視，對相關(guān)技術(shù)的研究也越來越多。目前，內(nèi)蒙古億利化學(xué)工業(yè)有限公司40 萬t /a PVC 項目采用膜法回收技術(shù)對120～160 m3 /h 的離心母液進行回收處理，取得了較好的效果。
1 膜法回收工藝技術(shù)特點
(1) 預(yù)處理采用冷卻塔，分離塔，盤式過濾器等設(shè)備有機組合的技術(shù)，可降低離心母液溫度，除去其中含有的大量油脂，化學(xué)助劑和粒徑100 μm 以上的固體與懸浮物等。整個系統(tǒng)全自動運行，自動反洗，連續(xù)出水，運行穩(wěn)定，日常維護工作很少。
(2) 超濾裝置使用Hyflux 超小分子質(zhì)量超濾膜，采用外壓操作，錯流過濾，間斷反洗，空氣擦洗的全自動運行方式。超濾膜組采用雙皮層設(shè)計，可以進行內(nèi)徑只有0. 01 μm，能有效截留大分子的化學(xué)物質(zhì)。
(3) 反滲透設(shè)備采用由凱膜過濾技術(shù)(上海) 有限公司改良的HY-400D 型抗污染的反滲透膜組。
(4) 整個處理系統(tǒng)工藝簡單，操作方便，運行穩(wěn)定，費用低。
(5) 經(jīng)該工藝處理的母液可達到聚合水要求。
2 操作原理
2. 1 盤式過濾器過濾原理
盤式過濾器采用過濾片截留顆粒，過濾疊片表面有細微溝紋; 相鄰疊片溝紋走向的角度不同，因而形成許多溝紋交叉點的個數(shù)也不相同，為18～20 個不等，這取決于疊片的過濾精度; 這些交叉點構(gòu)成大量的空腔和不規(guī)則的通路，從而導(dǎo)致紊流，使顆粒間發(fā)生碰撞冷凝，更容易在下一個交叉點被攔截，因此即使一些顆粒從比較初的交叉點漏過，比較終仍會被后面的交叉點攔截。
盤式過濾器過濾過程如下:
(1) 疊片被彈簧力和壓蓋內(nèi)外壓差形成的壓力緊緊地壓在一起，形成一個緊密的過濾元件，可防止水從中穿透。
(2) 原水進入過濾器并穿過過濾元件。
(3) 懸浮雜質(zhì)被攔截在疊片外部和疊片之間。
盤式過濾器采用本源反沖進行反洗，每套設(shè)備6 個過濾芯依次進行，也就是直接用過濾出來的清液反沖。本體控制器發(fā)出信號，關(guān)閉進水，打開排污，此時: ①過濾單元過從相反方向進入需反沖的過濾出水口濾后的出水口; ②橡膠錐斗的裙翼被水的壓力打開，水流只能進入各反洗噴嘴口; ③壓力水從安裝在反洗噴嘴管上的噴嘴噴出; ④反洗噴嘴管中的壓力水同時進入活塞蓋，推動壓蓋向上，松開被其壓緊的疊片; ⑤沿切線方向噴射的水流驅(qū)動松開的疊片快速旋轉(zhuǎn)，分開，同時沖刷攔截的雜質(zhì); ⑥反洗水?dāng)y帶沖刷下來的雜質(zhì)從排污口排出。
2. 2 超濾機組原理
Kristrtal300 系列超濾膜是由Hyflux 完全自主研發(fā)的，主要應(yīng)用于工業(yè)及市政水處理領(lǐng)域。該超濾膜組件采用中空纖維形式，纖維的結(jié)構(gòu)和孔徑的分布均針對難處理的廢水特別設(shè)計。膜的基本孔徑為0. 01 μm，通過超濾膜時完全去除膠體顆粒，病毒，細菌，其他病原性微生物以及一些大分子物質(zhì)。由于膜具備以上特性，所以超濾滲透也不經(jīng)過任何處理就能直接進入后續(xù)反滲透處理單元，且對反滲透膜無任何不良影響。抽濾機組在去除水中部分有機物的同時，降低了反滲透設(shè)備的清洗頻率。
Kristal300 系列超濾膜材質(zhì)為親水性聚醚砜，這種材質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性好，可耐受流體中各種嚴酷的化學(xué)環(huán)境。Kristal300 系列超濾膜采用雙皮層設(shè)計，不但能進行外壓式操作，而且能進行內(nèi)壓式操作，從而大大拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域。Kristal 300 系列超濾膜組件在操作時采用交錯流過濾的方式進行工作。交錯流過濾可以有效地防止污染物在膜表面的堆積，為提高膜的過濾性能和膜通量，延長膜的使用壽命，降低用戶的操作費用提供了可靠的保障。
Kristal300 系列超濾膜采用的交錯過慮技術(shù)可以有效地防止在死端過濾技術(shù)中所產(chǎn)生的膜表面結(jié)垢及膜堵塞現(xiàn)象。在采用的交錯過濾技術(shù)時，膜管內(nèi)液體的流向和膜表面垂直，交錯流過濾技術(shù)完全以壓力為動力里進行過濾，在交錯流過濾中，液體的流動方向與膜表面平行，當(dāng)頁面達到一定的流速時，就可以沖刷膜表面沉淀下來的顆粒，而且還可以大大降低液體中的顆粒在膜表面沉積的速度，維持膜表面的清潔，保持膜通量的穩(wěn)定。
2. 3 反滲透及組原理
本設(shè)計進水量為65 m3 /h，產(chǎn)水量為48 m3 /h，濃縮液量為17 m3 /h，回收率≤75%。實際操作進水量為48 m3 /h，產(chǎn)水量為36 m3 /h，濃縮液量為12 m3 /h，一段進液壓力控制在1. 8 MPa 以下，每支壓力容器壓降≤0. 4 MPa。原水經(jīng)反滲透膜過濾后，鹽和相對質(zhì)量超過100 的有機物被除去，使產(chǎn)水水質(zhì)達到要求。
反滲透化學(xué)清理工藝流程; 在清洗水箱配置化學(xué)清洗機，清洗劑經(jīng)過化學(xué)清洗泵和清洗用保安過濾器過濾后進入膜組件，并經(jīng)濃水排出，液體在膜組件流動的方向與正常反滲透過濾時的流動運行方向相同，可進行化學(xué)循環(huán)清洗，浸泡或循環(huán)與浸泡交替運行。
3 工藝流程
經(jīng)過沉降的離心母液用離心母液泵送到冷卻塔，拖出易揮發(fā)組分，降低母液溫度后進入氣浮池，將母液中含有的油脂，分散劑等助劑除去，以降低COD 含量; 母液在進入緩沖池，用母液泵送到盤式過濾器，經(jīng)過100 μm 的盤式過濾器過濾，進入離心母液槽，再經(jīng)過濾后送入超濾膜系統(tǒng)。母液中，大于超濾膜孔徑的大分子物質(zhì)(如PVC，VCM，分散劑，引發(fā)劑，消泡劑) 被強制截留下來，系統(tǒng)定時進行反洗，該部分水作為循環(huán)水系統(tǒng); 經(jīng)過超濾的清水再進入儲水槽，用增壓泵經(jīng)過濾器進入反滲透膜組，進一步脫去鹽分及有機物等，該部分濃水送到聚合及干燥裝置作為沖洗水使用，經(jīng)反滲透的水進入脫鹽水槽，再送入聚合裝置作為聚合釜的加料水。膜法回收利用離心母液工藝流程圖如圖1。
整個操作系統(tǒng)由現(xiàn)場PLC 和小型工控機控制，可在線和非在線檢測水質(zhì)，流程簡單，操作方便。
4 生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)
內(nèi)蒙古億利化學(xué)工業(yè)有限公司母液處理裝置自2008 年5 月投資以來，生產(chǎn)平穩(wěn)，水質(zhì)穩(wěn)定，滿足了PVC 生產(chǎn)系統(tǒng)的用水需求。生產(chǎn)中的相關(guān)數(shù)據(jù)見表1，用處理后的母液生產(chǎn)的PVC樹脂質(zhì)量見表2。
5 投資及運行結(jié)果
5. 1 投資成品
(1) 以40 萬t /a PVC 計，總投資費用1200 萬元，占地面積2400 m2。
(2) 建設(shè)調(diào)試期1. 5 年。
(3) 需操作人員8 人(每班2 人) 。
(4) 膜的使用壽命是3 年。
(5) 該裝置膜過濾布紛紛為獨立的3 套系，共計處理能力160 m3 /h 可根據(jù)生產(chǎn)負荷情況調(diào)整開停裝置套數(shù)。
(6) 膜的化學(xué)清洗。在正常運行一段時間(目前為18 ～25 天) 后，膜組件被沸水中懸浮顆粒，有機物等污染，產(chǎn)水量下降，膜壓差升高。為了使膜組件恢復(fù)原來的性能，達到預(yù)計的產(chǎn)水量，必需定期進行化學(xué)清洗。每次單套清洗費用3000元左右，主要是消耗的化學(xué)品的費用，清洗工作由內(nèi)蒙古億利化學(xué)工業(yè)有限公司員工完成。
(7) 母液膜處理裝置運行成本見表3。
5. 2 運行結(jié)果
(1) 處理后的母液63%用作聚合釜入料水，23%用作生產(chǎn)系統(tǒng)的沖洗水，剩下的12%站進入循環(huán)水系統(tǒng)作補充水，極大地減少廢水排放量，降低排污費用。
(2) 裝置運行比較穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)膜損傷和更換膜的現(xiàn)象。若膜的使用壽命達到3 年，則采用凱膜過濾技術(shù)(上海)有限公司的工藝技術(shù)可行。
(3) 降低了污水處理廠規(guī)模和鹽水站規(guī)模。減小了總投資。
(4) 母液處理成本小于脫鹽水站的制水成本。具體參見http://www.dowater.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
(5) 采用處理后的母液生產(chǎn)的PVC 樹脂與采用新鮮脫鹽水生產(chǎn)的PVC 樹脂質(zhì)量沒有差異。
(6) 不足及待改進方面有: ①盤式過濾精度過大，如能采用50 μm 的孔徑，則應(yīng)該比較理想; ②母液pH 值采用手動加酸堿調(diào)節(jié)，但系統(tǒng)較大，手動調(diào)控難度大; ③對聚合配方要求嚴格，需保證母液的PH 值及其他指標的穩(wěn)定; ④部分過濾器堵塞頻繁。
6 結(jié)語
膜法回收了利用PVC 母液技術(shù)在實踐中已取得成功，該技術(shù)與企業(yè)的生產(chǎn)實際密切結(jié)合必將為PVC 生產(chǎn)企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。與氯堿行業(yè)科技工作者的精心改造和上游聚合生產(chǎn)的密切配合下，膜法回收利用母液技術(shù)會更加完整，收益更大。
