使用超声波解决膜面污染

　　为解决膜面污染的问题，国内外已做过大量的实验研究，但是，不论采用加强回流、频繁冲洗、或其它措施效果均不够理想。本文在膜分离过程中引人超声波，利用超声波的“空化”作用及“超搅拌”作用来削弱膜面上的凝胶层及其它污染，并通过评价装置对造纸黑液的离子交换膜电解碱回收引人超声波消除膜污染进行了试验。实验证明超声波可以有效防止膜面凝胶的形成，消除膜污染，降低电解过程的能耗，改善膜分离过程。实验原理膜面污染膜分离技术在使用过程中的大问题是膜污染，根据采用的膜类型及分离物的不同，膜面污染层可分为凝胶层和极化层两类。当采用超滤膜分离有机溶液时，在压力差的推动下，水、离子和小分子物质通过膜微孔到达膜的另一侧，而在膜面上截留住大分子，造成膜面上有机物质的富集。

　　大分子的反向浓差扩散较慢，并且透过膜液体的流动方向与浓差扩散方向相反，减慢了扩散，因而导致了膜面生成凝胶层，且凝胶层会不断增厚，严重阻碍了分离的进一步进行。当采用离子交换膜分离离子态物质时，由于膜只允许一类带电离子通过，而截流另一类带有相反电荷的离子，从而造成膜面上某一类带电离子的缺失和相反电荷离子的大量积累，形成由离子浓度分布不均造成的极化现象，当操作电流较大时，会进一步形成沉淀、结垢等严重膜污染。用膜法电解处理造纸黑液进行碱回收时，两种膜污染同时发生，且十分严重，造纸黑液中高浓度的有机分子造成膜面凝胶层的产生，而高浓度的无机离子导致膜面形成极化沉淀。超声波的“空化”作用及清洗作用超声波具有十分特殊的性质，即“超声空化”作一超声波消除膜污染的作用机理与实践城巧乏田留举戴用。当超声波在液体中传递碰到固体界面时，声波在碰撞点受到压缩之后立即产生反弹。声波的反弹造成该碰撞点形成一个微小的“真空泡”。“真空泡”瞬间崩溃，局部产生数百个大气压及上千度的高温。这是超声波所携带能量的一种瞬间释放方式，称之为超声的“空化”现象。由于超声“空化”现象集中在固液界面上，因而对作用点及其周围产生极强的冲击作用，对附着在膜表面上的凝胶层及沉淀物产生强力的剥离，同时被剥离下的附着物在超声波的推动下，快速扩散，使膜面浓度与主体溶液浓度趋于一致。本实验对造纸黑液膜法碱回收过程中的的膜进行了超声消除实验。

　　实验方法及内容实验用水实验采用中国甘肃某造纸厂碱法麦草黑液，有效碱含量为。测试方法重铬酸钾法，稀释接种法重量法全重量法原子吸收光度法。实验装置实验装置采用有机玻璃制备，上海化工厂产异相阳离子交换膜，膜与电极尺寸为，阴、阳极隔室容积各为，超声振荡频率为，功率为，实验装置与原理如图所示。虽然膜法碱回收已有不少人做过相应的实验网，但由于黑液的特性，导致膜面的凝胶层十分严重，膜电阻在一内增加数倍，电压可从增至一，耗电量急剧增加。电解槽阴极室中回收，其电流效率可达以上较为理想。而膜法电解系统的电能消耗，不仅取决于通过系统的电流，同时也取决于系统的操作实验中的操作电压在通电初始的清洁膜面时约为，约经，膜污染已很严重，膜操作电压达到一，回收吨碱的电耗将达到以上。实验证明，严重的膜面污染成为膜法电解处理造纸黑液的主要障碍。测试条件及实验数据在实验装置中，超声振荡器的发生探头深人黑液中，探头距膜面。

　　在相同的工况条件下，对比了无超声振荡，连续超声振荡和间歇超声振荡种方式下的膜面污染状况，具体实验数据如表、及图、所示。直流整流电源阳离子交换膜墨电极造纸黑液稀溶液图实验装与原理示意图一叫卜无超声振荡一卜连续超声振荡泊，间歇超声振荡时间稚流条件下操作电压变化曲线表德流条件下操作电压比较仍实验类型初始而面而无超声振荡印一连续超声振荡，加振荡前间歇超声振荡展荡后注测试条件为黑液流动速度。耐日，固定操作电流。膜与电极有效面积扩，膜与极板间距，超声每振荡而，振荡间歇净水技术净水技术表德压条件下电流变化比较实验类型初始而面而无超声振荡连续超声振荡间歇超声振。

　　初始而面而注测试条件为黑液流动速度，操作电压，膜电极有效面积气膜与极板间距，超声作用周期中包括而的振荡，其余时间为间歇时间。超声振荡门卜一连续超声振荡，奋间歇超声振荡时间电在消除膜污染效果基本相同时，由于间断作用节约超声能耗，从而经济指标更好。对实验用造纸黑液而言，实验条件下，以每间隔一，超声振荡较为理想。在实际操作中，应根据超声振荡器的功率及作用面积，通过实验进行详细的技术经济比较，方可确定间隔时间。实验中尚未发现超声振荡对膜的破坏。受条件限制，超声频率及功率的变化均未能进行实验，在连续高强度超声作用下膜面是否会受到伤害，还需做进一步研究。结论，采用超声振荡消除膜污染是十分有效的，超声“空化”作用可对膜面的污染物起到剥离和加速扩散的作用。采用每一超声作用的间歇超声的作用方式，膜清洗效果与连续作用基本相当，但可节约一超声能耗。对于碱法造纸黑液进行膜法电解碱回收采用超声消除膜污染，可以保证电解过程稳定的操作电压和电流，并可使回收吨碱的电耗从