一、      中空纤维滤膜及超滤分离系统概述

1  中空纤维滤膜

中空纤维滤膜是近几十年发展起来的八大新型功能纤维之一，主要采用聚砜类、纤维素类、聚烯烃类等高分子有机材料，根据需要可以截留纳米级到微米级以上的颗粒，能够除去水中、空气中以及其他低粘度流体中的细菌、大颗粒和大分子物质。

膜分离技术是用半透膜作为选择障碍层，在分子水平上分离不同粒径的混合物质。半透膜又称分离膜，分离膜的特点是膜壁遍布微小孔洞或者具有特殊的显微结构，根据分离的级别可分为微滤（MF）膜、超滤（UF）膜、纳滤（NF）膜、反渗透（RO）膜等。

膜分离技术具有许多优点，如仅需在常温下操作、无相态变化、无化学变化、设备简单、操作方便、处理效率高、高效节能以及在生产过程中不产生污染等。因此，膜分离技术可以达到其他技术达不到的效果，在许多领域广为使用。膜分离技术在饮用水净化、工业用水处理、食品、饮料用水除菌、生物活性物质再生、精制等方面都有广泛应用，并已迅速推广到纺织、化工、电力、食品、冶金、石油、机械、生物、制药、发酵等各个领域,在环境工程，特别是废水处理和中水回用方面有着十分广阔的应用前景。

杭州恒滤膜技术工程有限公司信托浙江大学国家大学科技园，发挥浙江大学技术优势和人才优势，成功开发、生产了聚丙烯中空纤维超滤膜，并在膜的应用方面进行了长期的摸索，积累了丰富的经验。

2  聚丙烯（PP）中空纤维膜

聚丙烯中空纤维膜是国际上最新一代膜分离材料，也是性能最优越的中空纤维微滤、超微过滤膜材料。与聚砜、醋酸纤维素等其它超滤膜相比，具有强度高、耐酸碱、耐细菌腐蚀、耐温性能好、表面非极性、抗污染能力强、微孔均匀、单位面积通量大等优点。

主要技术参数：微孔平均孔径：0.02---0.2um，纤维外径：400 um，壁厚40--50 um，纵向抗拉强度：120MPa，破裂强度：大于1.0MPa，截留分子量：5-10万，纯水通量：100-120L/h-m2   (0.15Mpa-25℃)。

聚丙烯中空纤维分离膜的微孔形状为圆形或着细长的微裂纹状。下图为聚丙烯中空纤维的微观特征。

                     聚丙烯中空纤维膜材料

3  聚丙烯中空纤维超滤膜膜组件

对聚丙烯中空纤维超滤膜进行封装加工，形成可以完成某种分离效果的器件，称为膜组件。工业用的膜组件有柱状膜组件和专用膜片。

柱状膜组件：膜分离设备的心脏。采用中空纤维膜，利用先进的封装技术，根据设备型号和客户要求，采用不同封装壳体组成膜组件。超滤膜组件（如图）应用领域有：饮用水无菌净化、生物制剂浓缩、茶饮料、酒、果汁的净化、电泳漆再生、空气的无菌净化、NF、RO前级处理等等。

 

超滤膜膜片：中空纤维膜丝经独特的编织、封装技术，形成分离单元—膜片（如图）。根据出水量把多个膜片组织起来，通过负压抽取就可以生产出清撤的过滤水。超滤膜膜片是目前使用最灵活的一种分离技术，特别是在污水处理和中水回用方面具有广泛的应用空间。

4  超滤分离系统

超滤分离系统是利用超滤膜的选择分离特性，以超滤膜分离技术为核心的，由超滤膜组件和机械、管道、阀门、电气控制等部件组成的具有分离功能的机械系统。超滤分离系统可以具备较高的自动运行功能，可以自动完成分排污、膜清洗等工作，并达到理想的分离效果。超滤分离系统可以作为一个独立的单元工作，也可以作为一个工序与其它设备组成一个完善的机械系统。

二、      啤酒洗瓶机废碱液超滤分离再生系统

在啤酒生产过程中，需要对再生的瓶子作充分的洗涤以达到重新使用的条件。啤酒瓶的常规洗涤工艺，要求在洗涤水中加入工业纯碱以提高洗涤的效果。但随着洗涤的进行，碱液会变得越来越脏，洗涤效果下降，打碎的商标纸纤维还会造成洗瓶机喷嘴的堵塞，造成洗瓶机的停机。

目前，大多数啤酒厂只能采用排放废液、重新配制新碱液的办法来保证洗涤功效和正常开机。但是，这种粗放的工艺手段造成了很大的浪费，同时对环保也造成了很大的压力，已逐渐不能适应企业对经济效益和环保效益的要求。

杭州恒滤膜技术工程有限公司在自主生产的超滤膜基础上，通过近两年的不断实践，比较了多种再生的方法，提出了用超滤膜分离技术来实现废碱液再生的新思路。针对洗瓶碱液的特性，首先从优化分离膜组件的结构入手，设计出适合废碱液再生分离要求的合理和高效的分离系统。

1  超滤法碱液再生分离工艺过程概述

分离过程采用集中过滤的形式，首先洗瓶机排放的碱液进入收集罐（池），然后进入超滤分离器，通过中空超滤膜作选择性分离，透过清液进入二次分离罐作进一步处理后，将达到回用标准的再生碱液泵入清液罐待用。

工艺流程: 见下图

2  超滤法碱液再生分离效果

根据我国关于啤酒行业清洁生产的要求，啤酒生产企业需要对生产过程的污染做出必要的预防和治理，在采用我公司生产的超滤法碱液再生分离系统后，可以保证用户的再生后碱液达到要求指标。下表是我们对某公司废碱液作再生处理前后的指标对比：

3  超滤法碱液再生分离技术特点

1．再生率高，溶解于水的碱液可以100%透过，杂物颗粒被隔离。约3%的固体废物清除后，废碱液的再生率为97%，可以实现碱液的零排放。

2．截留效率高，超滤膜是高效的液/固、液/液分离膜，分离精度为0.02--0.2um，废液中的悬浮物和大分子物质绝大部分被截留，截留分子量为50000至80000左右。

3．二次分离处理（如客户需要）可以去除透过的少量小分子胶体，充分保证再生碱液的使用效果，用户可根据需要选用。

4．再生液的浊度(NTU)可降至1以下，色度降至2以下，SS（mg/L）降至2以下，滤出液为清澈透明液体。

5．全过程不加药，纯物理过程。

6．自吸泵提供膜分离的负压动力，而超滤出水为二次分离处理提供压力，设备紧凑、高效。

7．鼓风机抖动超滤组件，达到自清洗的目的，可实现稳定出水，无陶瓷膜的堵塞现象。

8．膜分离组件式结构化、模块化设计，可根据用户洗瓶机的规模不同，灵活设计流量，实现洗瓶液的循环使用，达到最大的经济效益。

9．设备可实现全自动化操作。

10．根据客户需要，废碱液再生系统可以采用在线式工作，也可以选择集中式处理。集中式处理是指碱液再生设备与洗瓶机分开工作，互不影响。

采用集中式处理工作方式时，洗瓶机和再生系统中的两批碱液可以循环使用，一般情况下一套处理设备可满足 2-3 条洗瓶线工作需要。为达到最佳处理效果并适应工作环境，我们推荐客户采用集中处理的工作方式，以充分保护客户的投资效果。

4  超滤法碱液再生分离系统基本配置

超滤法碱液再生分离系统基本配置见下表。

注1：不含物液输送泵、管道、槽罐池等。

注2：各类显示、控制所需仪表、传感器等根据客户选型另配。

序号	名 称	单位	数量	规 格	材 质	备 注
一、	控制系统	套	1	非标		可采用PLC或工控机控制
二、	超滤系统					膜分离
1	中空超滤膜片	片		MR-II	聚丙烯	过滤悬浮物、杂质、大分子
2	自吸泵	台	1		不锈钢	超滤出水
3	鼓风机	台	1			保证稳定出水
三、	二次分离系统	套	1	非标	二次分离滤料	去除小分子胶体
四、	反冲泵	台	1		不锈钢	二次分离滤料反冲洗

5  膜片技术参数

6  二次分离滤料的技术参数

二次分离滤料具有多孔和多面性，经改性处理，更具有超强的除油、吸胶能力，易反洗，再生能力强，不易腐蚀，可长时间使用。

检测项目	测试数据	检测项目	测试数据
油去除率	90-95%	反洗强度	25 m 3 /m 2 h
悬浮物去除率	95-98%	水冲洗压力	0.32Mpa
滤 速	20-25m/h	维护方式	每三年补充 5-10%
密 度	1.5g/cm3	堆 密 度	0.8g/cm3

7  膜组件和滤料的更换

以 20吨 / 天处理需求为例，需要超滤膜组件 20 片，组件寿命2-3年，二次分离滤料每三年需补充 1 次。

三、      我国政府对啤酒行业清洁生产的要求

1  我国啤酒行业主要污染源及污染排放情况

根据行业统计，2002年全国具独立法人的啤酒企业356个，啤酒生产工厂为535个，但生产规模小于年产10万吨的啤酒企业数占绝大多(88.5％)。与发达国家相比，我国的啤酒厂仍是水平较低、规模较小、物耗较高、效益较低，每生产1吨啤酒用水量在8～40立方米，相应的排水量为7～35立方米之间，而发达国家的吨啤酒用水量仅为5～10立方米。随着市场经济的深入发展，装备水平低、产品质量差、消耗高、环境污染严重和经济效益差的啤酒生产厂将逐渐被淘汰。因此，不断进行技术革新、技术进步、节约有限资源、强化环保是啤酒制造业的发展趋势。

一直以来，啤酒都是酿酒业中废水和污染物排放大户，污染物排放量大，污染较为严重。据测算，2002 年啤酒废水排放量约为2.7 亿立方米，年排放COD 约为2.9 万吨，占全国工业废水排放总量的1.3％，COD 排放总量的0.5％。随着我国环保监管力度的加强，啤酒工业在清洁生产和污染防治工作中取得了一定的进展，吨产品废水排放量也有较大程度的降低。但值得关注的是，随着啤酒产量的增长，废水及污染物排放总量仍有增长的趋势。据行业预测，2010 年前，我国平均每年增加啤酒产量100 万吨。如果以吨啤酒排放废水10 立方米计，则年均新增废水量为1000 万立方米，而每年新增的COD 排放量为0.1 万吨(以排放浓度100mg/L 计)。因此，国家对啤酒行业的情节生产工作提出了极高的要求。

啤酒行业的废水排放量与污染负荷

 

啤酒厂废水主要来源有：麦芽生产过程的洗麦水、浸麦水、发芽降温喷雾水、麦槽水、洗涤水，凝固物洗涤水，糖化过程的糖化、过滤洗涤水，发酵过程的发酵罐洗涤、过滤洗涤水，罐装过程洗瓶、灭菌用水及破瓶啤酒，冷却水和成品车间洗涤水，以及生活污水。其中洗瓶废水是污染最严重、经济价值最大也最难处理的废水之一。

啤酒行业的洗瓶废水实在清洗瓶子时使用的高浓度碱性洗涤水，水中含有纯碱、纸浆、染料、胶、残酒和泥砂等。常规工艺需要碱性洗涤剂定期更换，更换时直接排入下水道会造成碱性污染。因此多数企业往往将废碱液排入调节、沉淀装置做单独处理。废碱液的pH值在11以上，直接处理时废水的CODc值很高，并持续数小时之久，对生物处理装置中的微生物将是毁灭性的打击，因此废碱性洗涤液不允许直接排人排污沟中，企业需要考虑特殊的处理装置。

在现有工艺条件下，洗瓶废水不仅污染了环境，加重了后期废水处理的压力，而且在废碱液中存在大量的未利用的工业纯碱，造成了资源的极大浪费。

2  国家对啤酒行业清洁生产的要求

针对啤酒行业的污染现状，国家提出了清洁生产的要求。清洁生产是指不断采取改进设计、使用清洁的能源和原料、采用先进的工艺技术与设备、改善管理、综合利用等措施，从源头削减污染，提高资源利用。

根据国家清洁生产技术要求（啤酒制造业)，国家对啤酒生产企业（不包括麦芽生产过程和生活消耗）的清洁生产审核、清洁生产绩效评定和清洁生产绩效按下列标准实行公告，并从 2006年1月1日起，执行新的、强制性的国家标准，规定了啤酒工业污染物排放浓度限值和单位产品污染物排放量。

啤酒生产过程清洁生产水平共分三级：

一级: 国际清洁生产先进水平；

二级: 国内清洁生产先进水平；

三级: 国内清洁生产基本水平。

各级指标的具体数值见下表。

项   目	一   级	二   级		三   级
一、资源能源利用指标
1. 原辅材料的选择	生产啤酒的主要原料为麦芽、辅助原料为淀粉质谷物（大米、玉米、小麦）和酒花。使用其他代用品或添加剂时，应对人体健康没有任何损害，并在生长和生产过程中对生态环境没有负面影响
2. 原料利用率，%（包括回收）	≥99.5	≥98.5		≥98.0
3. 耗水量, m3/kl	≤8	≤12		≤16
4. 标准浓度啤酒耗粮，kg/kl	≤170	≤178		≤185
5. 耗电量，kWh/kl	≤80	≤105		≤120
6.耗标煤量，kg/kl	≤80	≤110		≤140
7.综合能耗，kg/kl	≤110	≤140		≤185
二、产品指标
1. 设备	输送和存储原料和半成品的管道和容器为不锈钢材质(或T541等涂料)
2. 洗涤剂	清洗管道和容器的洗涤剂不含任何对人体有害和对设备有腐蚀作用的物质
3. 包装	啤酒外包装采用利于回收再利用的瓦楞纸箱、塑料周转箱和热塑包装
4. 处置	近10年，没有因任何啤酒质量问题和其他理由，将其倒入下水道、受纳水体和环境中	近5年，没有因任何啤酒质量问题和其他理由，将其倒入下水道、受纳水体和环境中		近3年，没有因任何啤酒质量问题和其他理由，将其倒入下水道、受纳水体和环境中
5. 啤酒合格率，% (近三年)	100	≥99.00		≥98.00
三、污染物产生指标（末端处理前）
1. 废水产生量 m3/kl	≤6	≤10	≤14
2. COD产生量 kg/kl	≤7.5	≤13.0	≤23.0
3. 啤酒总损失率 %	≤5	≤6	≤8
四、废物回收利用指标
1. 酒糟回收利用率	100%回收并加工利用（加工成颗粒饲料或复合颗粒饲料等产品）	100%回收并利用（直接作饲料等）	100%不排入下水道或环境中
2. 废酵母回收利用率	100%回收并加工利用（生产饲料添加剂、医药、食品添加剂等产品）	100%回收并利用（直接作饲料等）	100%不排入下水道或环境中
3. 废硅藻土回收利用率	100%回收并设法处理或利用（焚烧等）	100%回收并集中堆放	100%回收并集中堆放
4. 炉渣回收利用率	100%回收并利用	100%回收并利用	100%回收并利用
5. 二氧化碳（发酵产生）回收利用率	100%回收并利用	100%回收并利用	50%以上回收并利用
四、环境管理要求
1．清洁生产审核	按照国家环保总局编制的啤酒行业的企业清洁生产审核指南进行了审核
2．环境管理制度	按照ISO14001建立并运行环境管理体系，环境管理手册、程序文件及作业文件齐备	环境管理制度健全, 原始记录及统计数据齐全有效	环境管理制度、原始记录及统计数据基本齐全

 

从2006年1月1日起，由国家环保总局和国家质量监督检验检疫总局联合发布的啤酒工业污染物排放标准开始实施，对啤酒生产企业提出了更高的要求。

四、      超滤法再生碱液的经济效益分析

通过高分子膜超滤技术再生废碱液，不仅符合国家对清洁生产的要求，更具有显著的经济效益和环保价值。

1  洗瓶机废碱液再生的经济价值

经济效益分直接经济效益和间接经济效益两种。直接经济效益是因应用本系统而导致企业直接减少的材料消耗、能源和人工费用等。间接经济效益是应用本系统因应用本系统而导致企业因效率提高而导致的间接费用节省、质量改善和销售水平的提高等效益。

直接经济效益:

废碱液通过再生系统其再生率不低于97%，再生后的碱浓度不变，不含纤维，除极少量的排污、清渣和蒸发等消耗外，无须大量补水，节省新水消耗；

根据企业状况，可以选择几种处理或采用在线式废碱液再生系统。采用在线式系统再生碱液可达到80℃以上，节省将碱液从室温加热到工作温度所需的蒸汽；

大量节省补充片碱或液碱；

系统自动化运行，无须人工干预，除必要的设备维护外，无人其它工费用；

间接经济效益：

大量压缩废水排放处理量，节省废碱液排到污水处理池后的处理费用，减轻后期污水处理的压力。对有些场地有限的企业来说，可以减少污水处理环节的土地占用量，提高单位面积的产出；

提高有效洗瓶时间或开车效率。使用碱液再生系统后能杜绝喷淋管堵塞的现象，从而减少了停机检修时间；同时，由于使用碱液再生系统基本不需要更换碱液，节省了更换碱液的时间，这在啤酒供不应求的销售旺季具有特殊的意义。

能耗。由于采用当前最新科技，可以大量降低系统的运行能耗和费用；

以24000瓶/小时的洗瓶机生产线，年产量5万吨灌装线为例，直接经济效益测算如下：

指     标	应用前	应用后	备  注
碱耗  （吨/年，液碱）	600	30	再生率95%
需费用  （万元/年）	30	1.5
洗涤耗  （吨/年）	6000	120	再生率80%
需费用  （万元/年）	1.8	0.036
污水处理费用  （万元/年）	3.6	0.072
运行费用  （万元/年）		0.68
节约费用合计  （万元/年）		33.112

 

注：1、运行费用以处理量20吨/天为例，实际运行天数100天/年。

设备实际功率：2.0KWx24x100=4800度, 电费为0.6元/度。

电力运行成本：0.3万元/年

膜片费用: 500元/片, 寿命3年, 每年费用为: 20片x500元/3=0.33万元/年

滤料费用: 0.05万元/年

2、液碱500元/吨，水3元/吨，污水处理费用 6元/吨。

2  投资回收期

根据客户现场情况和设备选配的不同，成套设备的价格也有所不同。一般情况下，能够满足24000瓶/小时的洗瓶机生产线的废碱液再生系统的安装价格在62-120万元之间，客户基本在2-4年之内即可收回全部投资。

五、      几种处理方法的比较

碱液之所以在一定的时间内必须排放掉，最主要的因素是由于碱槽内的悬浮物太浓，碱液的粘度造成表面张力增大，耗碱量也同时加大。目前在啤酒生产废碱液再生再利用方面，也有一些处理的办法，但都不很理想，因为当回用的碱液达不到新碱液的效果时，将失去回用的意义，用中空纤维超滤技术分离废碱液能够达到高效再生回用目的，是目前最好的处理办法。

 

设备类型	精 度	脱 胶	回用率	回用后的使用效果
加药处理法	10 微米	不能	60%	运行费用高
网过滤法	10 微米	不能	60%	解决不了粘度问题
自然沉淀法	胶体不沉淀	不能	20%	悬浮物和粘度仍有
陶瓷膜微滤 + 吸附	2微米	全脱掉	>80%	有微粒残余，回用率好
超滤 + 吸附	0.2微米	全脱掉	>95%	高效过滤，可再生

 

我公司采用自主研发生产的中空纤维超滤膜分离技术，高效分离并可再生废碱液，解决胶体问题，设备可靠性好，运行成本低廉，回用的效益及效果都非常显著。

六、      说 明

本说明较为详细地介绍了超滤膜分离技术在啤酒废碱液再生方面的工艺流程、使用的分离膜材和膜片等性能参数。

编制的目的是为广大用户在选择该技术解决方案时提供参考。不尽之处请与我公司联系，本公司将竭诚为用户提供最优质的产品和服务。

 

七、      联络方式

公司地址：杭州市 余杭区 仓前 高桥工业区    邮编：311121

电话：13282171168   传真： 0571-88614553

网址：www.sclcp.com    www.liuyuanxi.souyq.com

 

 

   

标签： 碱回收技术