我国是世界上最大的发制品生产集聚地，发制品产量占全球供给总量的70%以上。发制品生产过程中需求对毛发等原资料实施酸洗、碱洗、漂白、染色、洗濯等一系列操作，造成其生产废水中含有染料、硫酸、硫酸铵、氨基酸、表面活性剂、油脂、助剂以及毛发悬浮物等物质，同时，每生产1t发制品耗水225m3，排污180m3，因而该行业存在耗水量高和水污染问题。此外，发制品生产过程是批次性的，废水排放具有间歇性，出水水质不稳定，且水温高，通常在80℃左右。由于发制品废水的这些特性，采用单一的物化或生化法处置很难满足请求，故多采用组合工艺，即物化和生化相分离的办法。但组合工艺在实践应用中也存在一些弊端，如出水水质不稳定、处置本钱过高等。
膜蒸馏是一种以疏水微孔膜两侧的蒸气压差为驱动力的新型膜别离技术。膜蒸馏通常能够在常压下运转且操作温度远低于水的沸点，对设备请求较低，与蒸发、超滤、纳滤和反浸透过程相比本钱相对较低。膜蒸馏最初以海水淡化为目的，随着膜技术的不时开展，膜蒸馏已在回收结晶产物、脱除和回收溶液中挥发性溶质、浓缩果汁、去除水中无机离子等诸多范畴得到了普遍应用。膜蒸馏作为一种新型、环境友好的膜别离技术，在工业废水处理中也得到了普遍关注和研讨。与其他膜蒸馏过程相比，真空膜蒸馏采用了负压抽吸的方式增大多孔疏水膜两侧的压力差，能够取得较高浸透通量。
针对发制品废水处置中存在的问题，本研讨采用真空膜蒸馏(VMD)对发制品废水实施处置，应用废水自身的余热降低废水处置本钱，为寻觅新型节能环保的废水处置办法提供思绪。
1、实验局部
1.1 试剂、资料和仪器
(NH4)2SO4，天津市凯通化学试剂厂，剖析纯；98%(w)浓硫酸，开封开化(集团)有限公司试剂厂，剖析纯;甘氨酸，国药集团化学试剂有限公司，剖析纯;氨基酸硅油乳液，60%(w)，青岛优索化学科技有限公司;十二烷基磺酸钠(SDS)，天津市科密欧化学试剂有限公司，化学纯。
实验用膜为Sterlitech公司生产的聚丙烯(PP)微孔疏程度板膜，膜孔径为0.2μm，支撑体为聚四氟乙烯(PTFE)，厚度0.15~0.25mm。
实践发制品废水取自许昌恒源发制品股份有限公司，其水质见表1。为便于实验研讨，依据实践废水配制模仿废水：硫酸铵7.50g，SDS0.01g，甘氨酸0.10g，氨基酸硅油乳液40μL，浓硫酸1.58g，去离子水1L。
DLSBSeries型低温冷却循环泵，郑州长城科工贸有限公司；MIK-R6000C型无纸记载仪，杭州米科传感技术有限公司；WZP-PT100型温度传感器，杭州米科传感技术有限公司；AH4202ZH型电子天平，美国AHAUS公司；WTWcond3310型便携式电导率仪，德国Xylem集团公司；ORION2STAR型台式pH计，ThermoElectron公司；MP250PES型磁力循环泵，韩国威乐公司；哈希DRB200型消解仪、哈希DR1010型COD测定仪，上海世禄仪器有限公司。
1.2 实验办法
VMD的设备和流程表示图如图1所示。
废水(约1.3L)由恒温水浴加热到指定温度后，经磁力循环泵(进料泵)送入膜组件，再由膜组件流出，经管路返回料槽，每隔一段时间往料槽中参加适量去离子水以保证废水体积不变。真空度经过膜透过侧和冷凝器相连的真空泵调理，水蒸气透过膜后经冷凝器冷凝后得到产水，冷却水流量60L/h。待察看无纸记载仪中进料入口温度到达预定温度后，每隔1h取样，丈量产水的质量和电导率，依据式(1)计算浸透通量。
式中：J为浸透通量，kg/(m2•h)；t为VMD时间，h；∆m为∆t时间内的产水质量，kg；A为膜的有效面积，m2。测定进料液和透过侧产水的电导率，依据式(2)计算截留率。
式中：R为截留率，%；ρP为产水盐质量浓度，mg/L；ρF为进料液盐质量浓度，mg/L。盐浓度能够用电导率替代，这是由于强电解质在溶液中完整电离，低浓度强电解质溶液的电导率契合科尔劳施定律，与浓度成正比。
浸透通量和截留率取稳定后3个水样的均匀值作为最终数据。
1.3 剖析办法
采用电导率仪测定水样电导率、盐度和TDS；采用pH计测定水样pH；采用COD测定仪测定水样COD。
2、结果与讨论
除长周期实验外，均采用模仿废水实施实验研讨。
2.1 进料温度对膜性能的影响
在进料流量120L/h、透过侧真空度60.0kPa、废水pH1.50的条件下，改动进料温度(45.0~70.0℃)，结果如图2所示。从图2能够看出，膜的截留率不断坚持在99.50%以上，标明进料液中的盐简直都被截留。当进料温度从45.0℃升至70.0℃时，浸透通量从6.23kg/(m2•h)增至51.18kg/(m2•h)，浸透通量随着进料温度的升高而不时增加。水的饱和蒸气压与温度的关系契合Antoine公式，即水的蒸气分压随温度升高呈指数上升。进料温度的升高使得水蒸气分压增大，造成传质过程的驱动力增加，更多的水蒸气分子透过膜孔得到冷凝，表现为浸透通量的增加。另外，进料液温度的升高会降低进料液的黏度。在其他条件不变的状况下，进料液黏度的降低会使雷诺数增大，这会加强流体的湍流水平进而减小层流边境层的厚度，降低传热阻力，从而减小流体主体与膜界面之间的温差损失，弱化了温差极化的影响，强化了传质，有利于浸透通量的增加。
2.2 透过侧真空度对膜性能的影响
在进料温度60.0℃、进料流量120L/h、废水pH为1.47的条件下，改动透过侧真空度(10.0~85.0kPa)，结果如图3所示。
从图3能够看出，浸透通量随透过侧真空度的升高呈现先平缓再急剧增加的趋向，当透过侧真空度高于70.0kPa时浸透通量呈现急剧增加。当透过侧真空度从10.0kPa增至85.0kPa时，浸透通量从0.90kg/(m2•h)增至89.39kg/(m2•h)，同时均坚持99.39%以上的截留率。这是由于VMD过程不同于其他几种方式的膜蒸馏过程，主要依托由透过侧真空泵提供的负压抽吸来完成水蒸气与料液的别离，这种方式依赖于疏水膜两侧的蒸汽压差，透过侧真空度越高，膜两侧的蒸汽压差越大，越有利于取得高浸透通量。在较高的真空度下，单位时间内分子互相碰撞的次数减少，使得传质阻力明显降落，进而使传质过程加快，表现为浸透通量明显增加。这一结果与丁鹏元、XING等课题组的研讨是分歧的。
2.3 进料流量对膜性能的影响
在进料温度60.0℃、透过侧真空度70.0kPa、废水pH1.67的条件下，调查了进料流量(60~150L/h)对膜性能的影响，结果如图4所示。从图4能够看出，浸透通量随着进料流量的增大而增加，但增加幅度相对较小。当进料流量从60L/h增至150L/h时，浸透通量从21.15kg/(m2•h)增至30.85kg/(m2•h)，截留率不断坚持在99.99%以上。通常以为随着进料流量的增加，膜外表流体的湍流水平逐步加剧，形成膜外表与料液主体之间的层流边境层厚度逐步减小，削弱了温差和浓差极化效应，增大了该过程的传热和传质系数，进而促进浸透通量的增加。但是，进料流量增大的同时也会形成料液入口压力增大，增加膜资料被润湿的风险，假如到达膜的穿透压则会引发漏液，从而影响VMD过程的稳定性。因而，要合理选择VMD过程的进料流量。
2.4 废水pH对膜性能的影响
在进料温度60.0℃、进料流量120L/h、透过侧真空度50.0kPa的条件下，坚持其他组分浓度不变，改动废水中硫酸的含量，探求了不同废水pH(1.57~5.34)对浸透通量和截留率的影响，结果如图5所示。从图5能够看出，随着pH的逐步减小，浸透通量呈现先增后减的趋向，同时该过程不断坚持99.70%以上的截留率。这是由于在pH为5.34时进料液中未参加H2SO4，(NH4)2SO4发作了了激烈的水解反响(见式(3))，产生了大量的NH3•H2O，大量NH3•H2O的存在减小了水蒸气分压，使得浸透通量降低。而在pH从5.34至3.20的变化过程中，由于进料液中的H+数量增加，使式(3)的化学均衡向左挪动，生成的NH3•H2O数量减少，因此浸透通量表现为增加趋向。而当pH小于3.20时，随着pH的降低，参加硫酸的量明显增加，对水蒸气的分压产生抑止，造成浸透通量又开端降落。由图5可知，pH为1.57时的浸透通量20.77kg/(m2•h)大于pH为5.34时的浸透通量19.72kg/(m2•h)，故能够以为，采用VMD过程处置酸性发制品废水具有一定的优势，而进料液pH为3.20时最有利于取得高浸透通量。
2.5 外表活性剂投加量对膜性能的影响
在进料温度60.0℃、进料流量60L/h、透过侧真空度70.0kPa、废水pH为1.64的条件下，改动进料液中SDS的投加量，探求了SDS投加量对VMD过程膜性能的影响，结果如图6所示。由图6可知，SDS投加量由0增至0.10g/L，浸透通量不断维持在(23.0±0.5)kg/(m2•h)范围内，该过程的截留率从99.94%降至99.69%，也未表现出明显的降落现象，这阐明进料液中的外表活性剂的浓度在0~0.10g/L范围时，不会使膜外表发作润湿。
2.6 长时间运转下的膜性能
分别以模仿废水(pH为1.48)和实践废水(pH为1.51)为进料液。在进料温度60.0℃、进料流量120L/h、透过侧真空度75.0kPa的条件下运转36h，结果如图7所示。处置以上两种废水时，随着运转时间的延长，膜外表污染使得VMD过程的浸透通量逐步降低。处置实践废水时，运转36h后，浸透通量从最初的37.41kg/(m2•h)降至29.58kg/(m2•h)，均匀浸透通量为32.09kg/(m2•h)，整个过程的截留率维持在99.54%以上;处置模仿废水时，浸透通量从最初的41.78kg/(m2•h)降至29.78kg/(m2•h)，均匀浸透通量为32.66kg/(m2•h)，整个过程的截留率维持在99.83%以上。两种产水的pH约为6.8，COD和TDS简直为0，完整满足《污水综合排放规范》(GB8978—1996)中的二级排放规范，且水质与纯水相差无几。这标明VMD可以有效处置酸性发制品废水。
整个运转过程中，浸透通量和截留率并未呈现显著降落，阐明膜资料一直坚持着良好的抗润湿才能。此外，由于酸性发制品废水中含有大量的硫酸而具有腐蚀性，但在长达36h的运转中，膜性能并未呈现明显下滑，阐明本实验所运用的PP平板微孔膜具有良好的热和化学稳定性，可以有效处置酸性发制品废水。
3、结论
a)真空膜蒸馏过程的浸透通量对进料温度和真空度变化较为敏感，随着进料温度和真空度的提升浸透通量显著增加；进料流量对浸透通量的影响不显著;当废水pH逐步减小时，浸透通量先增后减；在真空度较低时，随SDS浓度的增加浸透通量未见明显变化，但截留率呈现稍微降落的趋向；料液以湍动状态流经膜外表(进料流量高于90L/h)，坚持进料温度高于55.0℃，透过侧真空度高于70.0kPa时，可以取得较高的浸透通量。
b)在进料温度60.0℃、进料流量120L/h、真空度75.0kPa、废水pH约1.5的条件下，应用VMD处置实践废水与模仿废水36h，均可以得到较高的浸透通量和99.54%以上的截留率，产水的pH约为6.8，COD和TDS简直为0，完整满足《污水综合排放规范》(GB8978—1996)中的二级排放规范。
