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新聞動態

膜分離技術處理造紙廢水


        造紙工業是我國水資源消耗大戶,造紙廢水水量大、有機物含量高、造成的環境污染影響大,對造紙廢水治理在全世界范圍內都在關注廢水回用,以提高水循環利用率,減少水資源消耗和廢水排放污染”。據國家環??偩?、國家發改委、國家統計局發布的數據,2005年在統計的全國40個行業中,全國工業廢水達標排放總量為221.1億t,其中造紙業廢水排放量33.58億t,占總量的15.2%,。此外,造紙業居我國5大高耗水行業之首,我國每噸紙產品的平均耗水量達150~300t以上,遠遠高于發達國家,幾乎是世界平均水平的l0倍,成為制約我國造紙業發展的重要因素。節約用水已成為制漿造紙行業發展的當務之急,成為減少造紙工業對環境的污染的一個重要手段。

一,造紙工業廢水的循環利用

        節水方法之一就是循環利用,包括廢水的回用。廢水經過深度處理,然后回用于各種不同的使用過程,實現“零污染排放”,因此建立廢水凈化回用系統,提高工業廢水的回用率是造紙工業節水的重要措施,也是實現造紙工業可持續發展的重要途徑。造紙廢水的循環回用,由廢水的特性和回用水質要求決定回用方式各有不同,可以分為三個級別:白水直接回用、問接回用、封閉循環一。

        造紙廢水的封閉循環,會使廢水中的有害物質逐漸積累,達到很高的濃度,從而影響紙機的正常生產。這些污染物包括可溶性有機物、鹽類、二次膠粘物和陰離子垃圾等。這些污染物會造成施膠量成倍增加,堵塞漿料輸送管道、流漿箱、真空吸水箱、真空輥,影響紙機的正常生產,影響造紙化學助劑的使用效果。因此,要實現造紙廢水循環利用,就必須采用有效的處理技術,對廢水進行處理達到回用水的水質要求。廢水處理技術按其機理可分為物理法、物化法、生化法等,其中膜分離是一種有效的造紙廢水回用處理技術。

二,膜的分類及特點

        膜分離技術就是在一定壓力作用下,使混合溶液中不同組分有選擇地通過多孔的高分子膜的技術方法。其分離過程為:通過施加一定壓力,混合液中分子質量不同的組份在流過膜表面時,水和低分子質量的溶質將透過膜,而高分子溶質則不能通過膜而被截留,從而實現不同組份的分離和濃縮。膜分離的杼』生和膜本身的孔徑有關,膜孔徑越小,截留的組份分子量越低。膜分離技術是一種新興的、發展較快的廢水處理技術,其特點有:分離效率高,能夠分離有用物質,可以實現廢物的回收利用;膜分離過程是物理過程,處理物質不發生相變,;膜分離過程在常溫下進行,不發生相變,對待分離的物質不產生破壞,適合分離、濃縮熱敏性物質;裝置簡單,占地面積少,操作容易,設計和控制自動化等,已發展成為重要的工業單元操作技術。
根據膜微孔直徑的大小可以將膜分為:微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)和反滲透膜(RO)。根據膜材料可以將膜分為有機膜和無機膜,有機膜價格相對較低,但是容易污染和劣化,使用壽命短;無機膜主要是陶瓷膜,價格較高,耐高溫、強度好、耐酸堿。各種膜的性能及其應用如下:

        微濾。一般作為其他膜的預處理單元,微濾膜的孔徑在毫米級,在作為預處理單元時,容易被廢水中細小纖維和膠體物質堵塞膜孔,處理造紙廢水時一般在幾分鐘內就會發生堵塞,需要頻繁反沖洗。但是,如果廢水已經過預處理(如砂濾),就不會很快發生堵塞。

        超濾。適合于去除膠體物質、混凝物和大分子物質,還可以分離所有的細菌,可以直接用于紙機白水的處理,超濾膜的平均孔徑為0.05gm。

        納濾。適合于分離去除分子量大的陽離子(如鈣、鎂)和相對分子量大于300g/mol(納米級)的分子,可以用于水的軟化。

        反滲透。能夠分離單價離子,可以用于生產純凈水和脫鹽工藝。在造紙廢水回用中,用于全封閉循環的末端,可以降低回用水的電導率。

三,膜技術在造紙廢水回用中的應用

        膜分離技術應用到工業領域是從20世紀50年代開始的,目前在海水淡化、化工、食品、醫藥、電子等工業廢水處理中應用較多。國外在20世紀60年代開始研究將膜分離技術應用到制漿造紙工業水處理中卜”,近年來,隨著膜制造技術的發展,特別是耐高溫耐堿膜的出現,使膜分離技術在制漿造紙工業水處理中的應用得到了快速發展。

        膜分離技術是一種新興的高效分離技術,利用膜分離技術處理造紙白水,可以很好地去除造紙白水中的溶解性無機鹽物質和金屬離子,有效減少陰離子垃圾物質,能夠實現造紙白水零排放的目標。劉廣立等用無機微濾膜分離草漿黑液中木素時發現,當黑液sS較低時,隨著Ss濃度的增加各個微濾膜的通量急劇下降,當ss較高時,微濾膜的通量和Ss濃度成線性關系。無機微濾膜處理草漿造紙廢水,0.2gm的無機微濾膜對COD的截留率是49.4%,木素的截留率達到80%,對SiO:也有很好的截留效果。膜出水回用于洗滌、篩選工藝。

        Jonsson和Wimmerstedt用膜處理白水的研究表明,用超濾膜技術能夠分離出紙機白水中99%的懸浮物及部分高分子物質,處理后的水可用來清洗毛毯和毛布,從而達到白水的完全回用。一些膜分離方法處理造紙白水的分析結果表明TOC、COD的去除率分別可以達到78%一96%,88%~94%,電導率的下降率達到了95%~97%“。文庵等用超濾的方法處理封閉狀態下的白水有比較好的效果,白水中濁度下降到0.56NTU,DCS的去除率可以達到98%,并且不會使白水系統的電荷失去平衡。

        Siekat等采用微濾、超濾、納濾和反滲透膜分別處理美國3家造紙廠的白水,處理后電導率反滲透膜降低95%,納濾降低64%,超濾降低10%,微濾膜僅降低7%。反滲透膜對白水中TOC的去除率為95%,而微濾處理白水中TOC的去除率僅為5%,微濾只適合于去除白水中的懸浮顆粒物和不溶有機物。

        Rozzi等利用超濾工藝作為納濾和反滲透的預處理,結果證明,超濾工藝對COD的去除率為52%,濁度和總懸浮固體的去除率分別為92%和96%,對色度去除率很低。

        趙岳軒等用預處理系統、超濾膜和反滲透系統處理造紙白水,處理后水的COD和色度均為零,總硬度小于0.2mg/L,溶解性固體小于100mg/L,電導率下降98%。芬蘭的WETSA—SERLAKIRKNIEMI紙廠應用超濾系統處理白水,代替清水回用于織機,回用水量5O~70L,s,減少了清水的用。

四,膜技術的研究方向

        膜分離技術能夠適應各種有機物濃度和理化特性的廢水處理回用,都有較好的效果,但膜污染和劣化問題仍是膜技術在工業中應用的制約因素口。在膜分離操作中,當水透過膜時造成膜表面附近的溶液濃度升高,在膜的高壓一側溶液中,產生了從膜表面到主體溶液之間的濃度梯度,引起溶質從高濃度的部分向低濃度的部分擴散,這就是濃差極化現象,從而使膜的透過率降低。蘇振華等對比了超濾膜和反滲透膜的濃差極化現象,結果表明濃差極化現象在超濾和反滲透過程中都存在,但對超濾影響更大。在膜過慮過程中,懸浮物也易于在膜表面沉積、結垢,造成膜的劣化。

        為了防止膜結垢堵塞,在反滲透進水前設置預處理是非常必要的。預處理單元一般包括以下功能:去除水中懸浮物,減少懸浮物在膜表明的積累,因為在反滲透裝置中水流通道極其微小,懸浮物易于沉積,因此必須盡量去除進水中的懸浮物;去除水中微生物等,防止微生物在膜上繁殖生長,減少反滲透膜的生物污染;去除廢水中的糖類、樹脂、木質素類等物質;調節pH值,控制鈣、鎂、鐵等碳酸鹽、硫酸鹽和氫氧化物等沉積物在膜表明的形成。

        膜污染是膜使用過程中不可避免的,但可以通過選擇合適的膜類型及采取適宜的操作方法減少其影響。膜的劣化是膜使用中必須避免的,因此對于膜分離技術的研究,是要設計有效的預處理單元,盡可能滿足膜系統對進水水質的要求。

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