試論制漿造紙廢水處理中膜分離技術(shù)的應(yīng)用

林少俊

[摘 要]當(dāng)前，造紙過(guò)程中產(chǎn)生的廢水是我國(guó)水污染的主要來(lái)源之一，加強(qiáng)對(duì)制漿造紙的廢水處理對(duì)水資源保護(hù)有著重要的實(shí)際意義。在各種廢水處理技術(shù)中，膜分離技術(shù)是較為常見(jiàn)的一種方法，這種技術(shù)在造紙廢水處理方面有著廣泛的應(yīng)用。本文主要介紹了膜分離技術(shù)的基本原理，并探討了膜分離技術(shù)在造紙廢水處理方面的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]制漿造紙、廢水處理、膜分離技術(shù)

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）24-0224-01

1.前言

水污染是我國(guó)當(dāng)前面臨的主要環(huán)境問(wèn)題之一，而造紙廠產(chǎn)生的廢水是導(dǎo)致水污染的重要原因之一。多年來(lái)，對(duì)造紙廠廢水的處理一直是各界重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，廢水處理技術(shù)也在不斷的改進(jìn)，并在廢水處理方面發(fā)揮了很大的作用。其中，膜分離技術(shù)是一種新的廢水處理方法。這種技術(shù)又被稱為膜濾技術(shù)，早在上個(gè)世紀(jì)初期就已經(jīng)開(kāi)始得到了應(yīng)用。膜分離技術(shù)具有高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)廢水處理有著很好的效果，因而其應(yīng)用前景非常廣闊。

2.膜分離技術(shù)的基本原理

膜分離技術(shù)主要是利用具有一定特殊性能的薄膜，實(shí)現(xiàn)對(duì)水中物質(zhì)選擇性分離和過(guò)濾。對(duì)于一般的膜分離技術(shù)裝置，其主要由滲透裝置組成。滲透裝置中，可以在膜兩側(cè)施加不同的壓力，膜兩側(cè)的壓力差超過(guò)一定的臨界值之后，溶劑就會(huì)發(fā)生倒流。這種情況下，濃度高的一側(cè)的溶液可以進(jìn)行濃縮。濃縮液可以繼續(xù)循環(huán)使用，這樣，通過(guò)反復(fù)的濃縮過(guò)程，可以使得濃縮液中的有害物質(zhì)濃度不斷降低，當(dāng)其濃度降低到一定標(biāo)準(zhǔn)后就可以出水，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的處理。在膜分離技術(shù)中，需要用到膜材料，而膜材料的孔徑則是決定其分離效果的關(guān)鍵。一般，按照膜孔徑的大小，膜分離技術(shù)可以分為微濾、超濾、納濾、反滲透等類型。

圖1 膜分離技術(shù)工作原理示意圖

微濾使用的膜材料孔徑在100到1000納米之間。這種膜分離技術(shù)只能截留一些懸浮物質(zhì)，而其他溶質(zhì)分子都可以透過(guò)膜材料。微濾的滲透效率較高，一些超濾不同滿足的大處理量的情況，都可以使用微濾處理。超濾使用的膜材料的孔徑在10到100納米之間，其膜材料的特點(diǎn)是截留懸浮物和一些大的溶質(zhì)分子，而只能允許小溶質(zhì)分子透過(guò)。通過(guò)超濾，溶液中的高分子、細(xì)菌、熱原質(zhì)和膠體顆粒等都可以從溶液中分離出來(lái)。納濾使用的膜材料的孔徑在1到10納米之間，這種膜分離技術(shù)可以將溶液中相對(duì)分子質(zhì)量在100到1000的有機(jī)物以及二價(jià)離子分離出來(lái)。反滲透使用的膜材料的孔徑在1納米以下，其可以除去相對(duì)分子質(zhì)量在25到100之間的有機(jī)物以及一價(jià)離子。由于孔徑很小，反滲透可以將溶劑以外的所有成分都分離出來(lái)。因此，反滲透常用與水的純化和脫鹽過(guò)程。

3.膜分離技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

膜分離技術(shù)之所以在水處理方面有著廣泛的應(yīng)用，主要是因?yàn)槠渚哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)：

一是分離效率高。由于在膜分離技術(shù)中，可以根據(jù)要求來(lái)選擇合適的膜材料，且不同孔徑的膜材料可以分離出不同大小的物質(zhì)，尤其是孔徑越小，膜處理對(duì)水凈化的效果會(huì)更好。因此，膜分離技術(shù)有著較高的分離效率，可以將水中的一些大相對(duì)分子質(zhì)量的物質(zhì)和離子除掉。

二是成本低。膜分離技術(shù)的關(guān)鍵在于滲透裝置，而技術(shù)的核心在于膜材料。因此，只要選擇合適的膜材料，就可以按照要求對(duì)廢水進(jìn)行處理，且這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)大面積使用，是具有實(shí)際用途的廢水處理技術(shù)。該技術(shù)的處理過(guò)程簡(jiǎn)單，操作方便，具有成本低的優(yōu)點(diǎn)。

三是能耗低、不會(huì)造成二次污染。膜分離技術(shù)的處理過(guò)程并不需要消耗太多的能量，并且，其處理過(guò)程只是濃縮液的循環(huán)分離過(guò)程，也不會(huì)造成二次污染問(wèn)題。

4.膜分離技術(shù)在制漿造紙廢水處理中的應(yīng)用

4.1 制漿廢液的濃縮及廢液成分的分離

在膜分離技術(shù)中，超濾過(guò)程往往要求在較低溫度環(huán)境下進(jìn)行，這樣，就可也以避免相變的發(fā)生，且操作不需要加熱，因而其運(yùn)行成本低。超濾法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)制漿廢液的濃縮，并能實(shí)現(xiàn)廢液成分的分離。

有學(xué)者利用濃差極化理論，構(gòu)建了草漿黑液的潮流傳質(zhì)方程，給出了超濾濃縮的上限濃度。所謂濃差計(jì)劃，是膜材料具有選擇性的功能，其在分離過(guò)程中，可以將一定的溶質(zhì)分離出來(lái)，這些被分離出來(lái)的溶質(zhì)截留在壓力大的一側(cè)。這樣，經(jīng)過(guò)處理后，就會(huì)形成濃度差，這就是所謂的濃差極化。濃差極化會(huì)導(dǎo)致滲透壓的升高，從而降低了膜的分離性能。在實(shí)際過(guò)程中，可以通過(guò)改善表面流動(dòng)來(lái)減弱這種影響。而膜分離技術(shù)的本身，就是實(shí)現(xiàn)廢液的濃縮過(guò)程，通過(guò)不斷的膜分離，可以進(jìn)一步對(duì)廢液進(jìn)行濃縮，且這個(gè)過(guò)程操作簡(jiǎn)單，高效經(jīng)濟(jì)。為了改進(jìn)這種廢液的濃縮效果，延長(zhǎng)膜的使用時(shí)間，就需要合理控制滲透壓，減小濃差極化的影響。

膜分離技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)廢液成分的分離和純化。芬蘭的一家造紙廠就利用膜分離技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的處理，提出木素磺酸鹽。挪威一家公司則利用膜分離技術(shù)對(duì)廢液進(jìn)行濃縮，其廢液中的TDS濃度可以提高10個(gè)百分點(diǎn)。

4.2 漂白廢水的處理

當(dāng)前，漂白往往都需要用到含氯漂白劑，而這種成分毒性大，會(huì)對(duì)環(huán)境造成很大的影響。漂白廢水中存在的有機(jī)氯化物對(duì)廢水處理提出了更高的要求。對(duì)于造紙行業(yè)而言，漂白是一項(xiàng)重要的工作環(huán)節(jié)，是保證紙張質(zhì)量的關(guān)鍵。因此，造紙行業(yè)也需要對(duì)漂白廢水進(jìn)行處理。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)很多造紙廠和學(xué)者都開(kāi)始研究新的漂白廢水處理方法。其中，超濾技術(shù)是處理E段廢水的有效方法。這是因?yàn)?，E段廢水中含有較多的相對(duì)分子量大的物質(zhì)，采用超濾技術(shù)，可以將這些大分子物質(zhì)有效分離開(kāi)來(lái)。而對(duì)于C段廢水，由于其中含有較多的小分子物質(zhì)，這種情況下，超濾膜很難起到有效分離。對(duì)于H段廢水，超濾技術(shù)起到的作用很差。有數(shù)據(jù)表明，使用超濾技術(shù)，可以將E段廢水中的BOD5的濃度降低六七成，色度也可以降低六成左右。

4.3 涂布廢水的處理

涂布技術(shù)是造紙行業(yè)中經(jīng)常使用到的方法，主要用來(lái)改善紙張的性能。而在另一方面，在涂布處理過(guò)程中，也往往會(huì)產(chǎn)生涂布廢水。對(duì)于涂布廢水而言，雖然其毒性不是很大，但是，由于其中含有顏料和乳膠等成分，就會(huì)使得受體染色。此外，涂布廢水含有的一些化學(xué)品還具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。所以，對(duì)于涂布廢水處理也是一項(xiàng)必要的工作，既可以避免受體染色，也能回收一些有價(jià)值的化學(xué)品。目前，許多家造紙廠都采用膜分離技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)涂布廢水的處理。一些超濾設(shè)備就能起到稀釋涂布廢水的作用。涂布廢水經(jīng)過(guò)超濾后，其被截留下來(lái)的溶液可以繼續(xù)作為涂料，且其濃度可以提高四成左右。透過(guò)液則可以作為清水使用。因此，通過(guò)膜分離技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)涂布廢水的有效處理，保留有用成分，減小損失。

4.4 造紙白水的處理

對(duì)于造紙行業(yè)來(lái)說(shuō)，造紙白水中往往含有很多的膠料、纖維等物質(zhì)。并且，隨著封閉循環(huán)程度的提高，造紙白水中往往就會(huì)過(guò)度蓄積一些小分子膠體物質(zhì)、無(wú)機(jī)鹽和離子等，這些成分的存在就會(huì)影響到造紙機(jī)器的正常運(yùn)行，也會(huì)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生影響。所以，對(duì)造紙白水進(jìn)行處理，除去其中的離子和膠體等物質(zhì)，對(duì)保證造紙質(zhì)量很有必要。而對(duì)于造紙白水而言，其中的懸浮物較多，因此，在實(shí)際處理過(guò)程中，都會(huì)先用格柵和斜網(wǎng)等經(jīng)過(guò)初步處理過(guò)濾，之后，再利用微濾技術(shù)進(jìn)行預(yù)處理，將造紙白水中的懸浮物和膠體物質(zhì)除掉。最后，再使用超濾技術(shù)，對(duì)造紙白水進(jìn)一步處理，這樣就可以為其全封閉循環(huán)的正常進(jìn)行創(chuàng)造出更好的條件。

5.結(jié)論

膜分離技術(shù)具有很多的優(yōu)點(diǎn)，因而在廢水處理方面有著很廣泛的應(yīng)用。對(duì)于制漿造紙而言，其可以產(chǎn)生一些有害的廢水，為了減小對(duì)環(huán)境的影響，就需要通過(guò)膜分離技術(shù)將水中的有害物質(zhì)除掉。而對(duì)于涂布廢水等而言，膜分離技術(shù)可以將一些仍具有使用價(jià)值的有機(jī)化學(xué)品截留下來(lái)，以便重復(fù)使用，這樣，可以大大減小造紙的成本。隨著技術(shù)的改進(jìn)，未來(lái)，膜分離技術(shù)也將會(huì)多種技術(shù)相結(jié)合，在造紙廢水處理方面將發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬振杰.水處理過(guò)程中膜分離技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐探究[J].質(zhì)量探索，2016（05）：43-44.