膜分离技术处理造纸废水
造纸工业是我国水资源消耗大户，造纸废水水量大、有机物含量高、造成的环境污染影响大，对造纸废水治理在全世界范围内都在关注废水回用，以提高水循环利用率，减少水资源消耗和废水排放污染”。据国家环保总局、国家发改委、国家统计局发布的数据，2005年在统计的全国40个行业中，全国工业废水达标排放总量为221.1亿t，其中造纸业废水排放量33.58亿t，占总量的15.2%，。此外，造纸业居我国5大高耗水行业之首，我国每吨纸产品的平均耗水量达150～300t以上，远远高于发达国家，几乎是世界平均水平的l0倍，成为制约我国造纸业发展的重要因素。节约用水已成为制浆造纸行业发展的当务之急，成为减少造纸工业对环境的污染的一个重要手段。
1造纸工业废水的循环利用
节水方法之一就是循环利用，包括废水的回用。废水经过深度处理，然后回用于各种不同的使用过程，实现“零污染排放”，因此建立废水净化回用系统，提高工业废水的回用率是造纸工业节水的重要措施，也是实现造纸工业可持续发展的重要途径。造纸废水的循环回用，由废水的特性和回用水质要求决定回用方式各有不同，可以分为三个级别：白水直接回用、问接回用、封闭循环一。
造纸废水的封闭循环，会使废水中的有害物质逐渐积累，达到很高的浓度，从而影响纸机的正常生产。这些污染物包括可溶性有机物、盐类、二次胶粘物和阴离子垃圾等。这些污染物会造成施胶量成倍增加，堵塞浆料输送管道、流浆箱、真空吸水箱、真空辊，影响纸机的正常生产，影响造纸化学助剂的使用效果。因此，要实现造纸废水循环利用，就必须采用有效的处理技术，对废水进行处理达到回用水的水质要求。废水处理技术按其机理可分为物理法、物化法、生化法等，其中膜分离是一种有效的造纸废水回用处理技术。
2膜的分类及特点
膜分离技术就是在一定压力作用下，使混合溶液中不同组分有选择地通过多孔的高分子膜的技术方法。其分离过程为：通过施加一定压力，混合液中分子质量不同的组份在流过膜表面时，水和低分子质量的溶质将透过膜，而高分子溶质则不能通过膜而被截留，从而实现不同组份的分离和浓缩。膜分离的杼』生和膜本身的孔径有关，膜孔径越小，截留的组份分子量越低。膜分离技术是一种新兴的、发展较快的废水处理技术，其特点有：分离效率高，能够分离有用物质，可以实现废物的回收利用;膜分离过程是物理过程，处理物质不发生相变，;膜分离过程在常温下进行，不发生相变，对待分离的物质不产生破坏，适合分离、浓缩热敏性物质;装置简单，占地面积少，操作容易，设计和控制自动化等，已发展成为重要的工业单元操作技术。
根据膜微孔直径的大小可以将膜分为：微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透膜(RO)。根据膜材料可以将膜分为有机膜和无机膜，有机膜价格相对较低，但是容易污染和劣化，使用寿命短;无机膜主要是陶瓷膜，价格较高，耐高温、强度好、耐酸碱。各种膜的性能及其应用如下：
微滤。一般作为其他膜的预处理单元，微滤膜的孔径在毫米级，在作为预处理单元时，容易被废水中细小纤维和胶体物质堵塞膜孔，处理造纸废水时一般在几分钟内就会发生堵塞，需要频繁反冲洗。但是，如果废水已经过预处理(如砂滤)，就不会很快发生堵塞。
超滤。适合于去除胶体物质、混凝物和大分子物质，还可以分离所有的细菌，可以直接用于纸机白水的处理，超滤膜的平均孔径为0.05gm。
纳滤。适合于分离去除分子量大的阳离子(如钙、镁)和相对分子量大于300g/mol(纳米级)的分子，可以用于水的软化。
反渗透。能够分离单价离子，可以用于生产纯净水和脱盐工艺。在造纸废水回用中，用于全封闭循环的末端，可以降低回用水的电导率。
3膜技术在造纸废水回用中的应用
膜分离技术应用到工业领域是从20世纪50年代开始的，目前在海水淡化、化工、食品、医药、电子等工业废水处理中应用较多。国外在20世纪60年代开始研究将膜分离技术应用到制浆造纸工业水处理中卜”，近年来，随着膜制造技术的发展，特别是耐高温耐碱膜的出现，使膜分离技术在制浆造纸工业水处理中的应用得到了快速发展。
膜分离技术是一种新兴的高效分离技术，利用膜分离技术处理造纸白水，可以很好地去除造纸白水中的溶解性无机盐物质和金属离子，有效减少阴离子垃圾物质，能够实现造纸白水零排放的目标。刘广立等用无机微滤膜分离草浆黑液中木素时发现，当黑液sS较低时，随着Ss浓度的增加各个微滤膜的通量急剧下降，当ss较高时，微滤膜的通量和Ss浓度成线性关系。无机微滤膜处理草浆造纸废水，0.2gm的无机微滤膜对COD的截留率是49.4%，木素的截留率达到80%，对SiO：也有很好的截留效果。膜出水回用于洗涤、筛选工艺。
Jonsson和Wimmerstedt用膜处理白水的研究表明，用超滤膜技术能够分离出纸机白水中99%的悬浮物及部分高分子物质，处理后的水可用来清洗毛毯和毛布，从而达到白水的完全回用。一些膜分离方法处理造纸白水的分析结果表明TOC、COD的去除率分别可以达到78%一96%，88%～94%，电导率的下降率达到了95%～97%“。文庵等用超滤的方法处理封闭状态下的白水有比较好的效果，白水中浊度下降到0.56NTU，DCS的去除率可以达到98%，并且不会使白水系统的电荷失去平衡。
Siekat等采用微滤、超滤、纳滤和反渗透膜分别处理美国3家造纸厂的白水，处理后电导率反渗透膜降低95%，纳滤降低64%，超滤降低10%，微滤膜仅降低7%。反渗透膜对白水中TOC的去除率为95%，而微滤处理白水中TOC的去除率仅为5%，微滤只适合于去除白水中的悬浮颗粒物和不溶有机物。
Rozzi等利用超滤工艺作为纳滤和反渗透的预处理，结果证明，超滤工艺对COD的去除率为52%，浊度和总悬浮固体的去除率分别为92%和96%，对色度去除率很低。
赵岳轩等用预处理系统、超滤膜和反渗透系统处理造纸白水，处理后水的COD和色度均为零，总硬度小于0.2mg/L，溶解性固体小于100mg/L，电导率下降98%。芬兰的WETSA—SERLAKIRKNIEMI纸厂应用超滤系统处理白水，代替清水回用于织机，回用水量5O～70L，s，减少了清水的用。
4膜技术的研究方向
膜分离技术能够适应各种有机物浓度和理化特性的废水处理回用，都有较好的效果，但膜污染和劣化问题仍是膜技术在工业中应用的制约因素口。在膜分离操作中，当水透过膜时造成膜表面附近的溶液浓度升高，在膜的高压一侧溶液中，产生了从膜表面到主体溶液之间的浓度梯度，引起溶质从高浓度的部分向低浓度的部分扩散，这就是浓差极化现象，从而使膜的透过率降低。苏振华等对比了超滤膜和反渗透膜的浓差极化现象，结果表明浓差极化现象在超滤和反渗透过程中都存在，但对超滤影响更大。在膜过虑过程中，悬浮物也易于在膜表面沉积、结垢，造成膜的劣化。
为了防止膜结垢堵塞，在反渗透进水前设置预处理是非常必要的。预处理单元一般包括以下功能：去除水中悬浮物，减少悬浮物在膜表明的积累，因为在反渗透装置中水流通道极其微小，悬浮物易于沉积，因此必须尽量去除进水中的悬浮物;去除水中微生物等，防止微生物在膜上繁殖生长，减少反渗透膜的生物污染;去除废水中的糖类、树脂、木质素类等物质;调节pH值，控制钙、镁、铁等碳酸盐、硫酸盐和氢氧化物等沉积物在膜表明的形成。
膜污染是膜使用过程中不可避免的，但可以通过选择合适的膜类型及采取适宜的操作方法减少其影响。膜的劣化是膜使用中必须避免的，因此对于膜分离技术的研究，是要设计有效的预处理单元，尽可能满足膜系统对进水水质的要求。
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