热机械纸浆厂工艺用水超滤后不可逆结垢的表征
在热机械纸浆厂的废水处理厂中大量含有溶解木材成分的废水进行处理。这些废水流中的半纤维素可以通过膜过滤回收。处理木质纤维素工艺流时的一个严重障碍是膜的结垢。结垢不仅增加了运营成本，还减少了膜设备的运行时间。在优化膜清洁方法时，重要的是要知道哪些化合物会导致结垢。
半纤维素是有价值的高分子量成分，可以从生物质提取物中回收和纸浆厂工艺流使用超滤。为了成功运行基于膜的应用，最大限度地减少膜污染是非常重要。不幸的是，过滤含有半纤维素的溶液时，膜的结垢是一个常见问题。减少结垢的通常是使用亲水膜，它的结垢物质的亲和力较低。其他方法包括对半纤维素溶液进行预处理，以在UF之前尽可能多地去除污垢物质。预处理方法包括吸附法、凝血、氧化、和微滤。
随着时间的推移，污染物会积聚在膜上，从而减少通量，并且需要清洁膜。污垢可分为可去除、不可去除和不可逆的污垢。由松散附着的污垢引起的可去除污垢可以通过物理清洁消除，而不可去除的污垢可以通过化学清洁消除。在不可逆结垢的情况下，污垢无法通过物理或化学清洁去除，清洁程序必须适应每种应用中造成结垢的物质类型，从而减少不可逆结垢的数量。
本文的研究目的是揭示不可逆结垢，就是说化学清洁被热机械纸浆厂工艺用水污染的超滤膜后残留在膜上的物质。对比2种进料溶液UF后的结垢和清洁效果：工艺水本身和工艺水后获得的渗透液。使用ATR-FTIR和扫描电子显微镜结合能量色散X射线分析分析了UF膜上和孔内的残留物质以及清洁后膜特性的变化。
实验使用了两种清洁剂，碱性清洁剂和酸性清洁剂。通过用0.25wt%Ultrasil 10在1°C下在1 bar下以50.0 m / s的CFV清洁2小时来预处理原始膜。然后使用膜过滤进料溶液：工艺用水或MF渗透液。进料量为4 L。实验在高温（75°C）和0.05 m/s的低CFV下进行，以加速结垢。MF渗透液在UF期间的TMP为0.4bar，能够让初始通量与工艺水UF期间的初始通量大致相同，并且收集的渗透液的总体积为1000g，可以增加膜的暴露时间和累积污染物的量。
用5 L去离子水在75°C冲洗污染的膜，然后冲洗，并在环境温度下使用约10 L去离子水逐渐冷却。冲洗膜的纯水通量，然后用0.25%Ultrasil 10在与原始膜预处理期间相同的操作条件下清洁膜。由于工艺用水超滤期间使用的膜严重污染，所以进行了额外的清洁步骤以去除残留的污染物，只会留下最顽固、不可逆的污垢，用0.5%Ultrasil 73清洁膜，最后用0.5%Ultrasil 10在与预处理原始膜时相同的操作条件下清洁膜。
新膜通常使用保湿剂保存，在初次使用期间从膜中除去，优选在膜的预处理期间，但是在完全去除保湿剂之前，可能需要进行广泛的预处理。通过使用不暴露于污垢物质与其他膜一样处理的参考膜，在研究膜污染时可以考虑在实验过程中额外去除防腐剂的可能影响。作为参考膜，将一组原始膜作为其他膜进行预处理，并用于在15°C，CFV为75.0m / s和05bar TMP下过滤去离子水1小时，渗透液和截留物在去离子水的UF过程中再循环，然后将膜与其他膜一样清洁。参考膜既用作纯水通量测量的参考，也用作污染物分析的基线。
工艺用水和用作进料溶液的MF渗透液的特性在半纤维素的主要类型是半乳糖葡甘露聚糖，溶液中存在的其他糖是阿拉伯糖和痕量木聚糖，MF渗透液中半纤维素的浓度略低，而浊度明显较低。实验表明去除悬浮材料后纸浆厂工艺用水的浊度与水中木材树脂的浓度相关，所以MF渗透液的浊度降低表明悬浮材料和萃取物在很大程度上被MF去除。
清洁后的原始和结垢膜的表面，被MF渗透液污染的膜看起来与原始膜相似。这是意料之中的，因为清洁被MF渗透液污染的膜后的通量恢复率很高，而且进料中的胶体材料在MF过程中被去除。在被工艺水污染的膜表面上可以看到胶体材料和纤维的沉积物，所以工艺水中存在的胶体和悬浮材料饼在膜上形成，即使经过几个清洁阶段，沉积的材料也没有完全去除，导致低通量回收率。
结论
用MF预处理可增加超滤通量，并减少用超滤从热机械纸浆厂工艺水中分离半纤维素时结垢。在对未经处理的工艺用水进行UF后，即使使用碱性和酸性清洁剂反复清洁，也无法去除结垢层，这表明大部分不可逆的结垢是由另一种多糖引起的，它含有大量的葡聚糖，但在工艺用水中仅发现少量的成分。这项工作的发现将有助于在纸浆厂的应用中开发更有效的膜清洁方法。
参考文献
加布里埃尔，《白杨木中半纤维素的分离、表征和水凝胶形成》
普拉诺维奇，《云杉木材的热水提取物中分离聚合物半乳糖葡甘露聚糖》
霍尔姆博姆，《云杉机械浆中回收水溶性乙酰半乳糖葡甘露聚糖》
詹森，《云杉热机械制浆工艺流中分离半纤维素的经济评估》
