试论制浆造纸废水处理中膜分离技术的应用

当前，造纸过程中产生的废水是我国水污染的主要来源之一，加强对制浆造纸的废水处理对水资源保护有着重要的实际意义。在各种废水处理技术中，膜分离技术是较为常见的一种方法，这种技术在造纸废水处理方面有着广泛的应用。本文主要介绍了膜分离技术的基本原理，并探讨了膜分离技术在造纸废水处理方面的应用。

[关键词]制浆造纸、废水处理、膜分离技术

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）24-0224-01

1.前言

水污染是我国当前面临的主要环境问题之一，而造纸厂产生的废水是导致水污染的重要原因之一。多年来，对造纸厂废水的处理一直是各界重点关注的问题，废水处理技术也在不断的改进，并在废水处理方面发挥了很大的作用。其中，膜分离技术是一种新的废水处理方法。这种技术又被称为膜滤技术，早在上个世纪初期就已经开始得到了应用。膜分离技术具有高效节能的优点，对废水处理有着很好的效果，因而其应用前景非常广阔。

2.膜分离技术的基本原理

膜分离技术主要是利用具有一定特殊性能的薄膜，实现对水中物质选择性分离和过滤。对于一般的膜分离技术装置，其主要由渗透装置组成。渗透装置中，可以在膜两侧施加不同的压力，膜两侧的压力差超过一定的临界值之后，溶剂就会发生倒流。这种情况下，浓度高的一侧的溶液可以进行浓缩。浓缩液可以继续循环使用，这样，通过反复的浓缩过程，可以使得浓缩液中的有害物质浓度不断降低，当其浓度降低到一定标准后就可以出水，实现对废水的处理。在膜分离技术中，需要用到膜材料，而膜材料的孔径则是决定其分离效果的关键。一般，按照膜孔径的大小，膜分离技术可以分为微滤、超滤、纳滤、反渗透等类型。

图1 膜分离技术工作原理示意图

微滤使用的膜材料孔径在100到1000纳米之间。这种膜分离技术只能截留一些悬浮物质，而其他溶质分子都可以透过膜材料。微滤的渗透效率较高，一些超滤不同满足的大处理量的情况，都可以使用微滤处理。超滤使用的膜材料的孔径在10到100纳米之间，其膜材料的特点是截留悬浮物和一些大的溶质分子，而只能允许小溶质分子透过。通过超滤，溶液中的高分子、细菌、热原质和胶体颗粒等都可以从溶液中分离出来。纳滤使用的膜材料的孔径在1到10纳米之间，这种膜分离技術可以将溶液中相对分子质量在100到1000的有机物以及二价离子分离出来。反渗透使用的膜材料的孔径在1纳米以下，其可以除去相对分子质量在25到100之间的有机物以及一价离子。由于孔径很小，反渗透可以将溶剂以外的所有成分都分离出来。因此，反渗透常用与水的纯化和脱盐过程。

3.膜分离技术的优点

膜分离技术之所以在水处理方面有着广泛的应用，主要是因为其具有以下优点：

一是分离效率高。由于在膜分离技术中，可以根据要求来选择合适的膜材料，且不同孔径的膜材料可以分离出不同大小的物质，尤其是孔径越小，膜处理对水净化的效果会更好。因此，膜分离技术有着较高的分离效率，可以将水中的一些大相对分子质量的物质和离子除掉。

二是成本低。膜分离技术的关键在于渗透装置，而技术的核心在于膜材料。因此，只要选择合适的膜材料，就可以按照要求对废水进行处理，且这种技术可以实现大面积使用，是具有实际用途的废水处理技术。该技术的处理过程简单，操作方便，具有成本低的优点。

三是能耗低、不会造成二次污染。膜分离技术的处理过程并不需要消耗太多的能量，并且，其处理过程只是浓缩液的循环分离过程，也不会造成二次污染问题。

4.膜分离技术在制浆造纸废水处理中的应用

4.1 制浆废液的浓缩及废液成分的分离

在膜分离技术中，超滤过程往往要求在较低温度环境下进行，这样，就可也以避免相变的发生，且操作不需要加热，因而其运行成本低。超滤法可以实现对制浆废液的浓缩，并能实现废液成分的分离。

有学者利用浓差极化理论，构建了草浆黑液的潮流传质方程，给出了超滤浓缩的上限浓度。所谓浓差计划，是膜材料具有选择性的功能，其在分离过程中，可以将一定的溶质分离出来，这些被分离出来的溶质截留在压力大的一侧。这样，经过处理后，就会形成浓度差，这就是所谓的浓差极化。浓差极化会导致渗透压的升高，从而降低了膜的分离性能。在实际过程中，可以通过改善表面流动来减弱这种影响。而膜分离技术的本身，就是实现废液的浓缩过程，通过不断的膜分离，可以进一步对废液进行浓缩，且这个过程操作简单，高效经济。为了改进这种废液的浓缩效果，延长膜的使用时间，就需要合理控制渗透压，减小浓差极化的影响。

膜分离技术还可以实现对废液成分的分离和纯化。芬兰的一家造纸厂就利用膜分离技术实现对废水的处理，提出木素磺酸盐。挪威一家公司则利用膜分离技术对废液进行浓缩，其废液中的TDS浓度可以提高10个百分点。

4.2 漂白废水的处理

当前，漂白往往都需要用到含氯漂白剂，而这种成分毒性大，会对环境造成很大的影响。漂白废水中存在的有机氯化物对废水处理提出了更高的要求。对于造纸行业而言，漂白是一项重要的工作环节，是保证纸张质量的关键。因此，造纸行业也需要对漂白废水进行处理。近年来，国内很多造纸厂和学者都开始研究新的漂白废水处理方法。其中，超滤技术是处理E段废水的有效方法。这是因为，E段废水中含有较多的相对分子量大的物质，采用超滤技术，可以将这些大分子物质有效分离开来。而对于C段废水，由于其中含有较多的小分子物质，这种情况下，超滤膜很难起到有效分离。对于H段废水，超滤技术起到的作用很差。有数据表明，使用超滤技术，可以将E段废水中的BOD5的浓度降低六七成，色度也可以降低六成左右。

4.3 涂布废水的处理

涂布技术是造纸行业中经常使用到的方法，主要用来改善纸张的性能。而在另一方面，在涂布处理过程中，也往往会产生涂布废水。对于涂布废水而言，虽然其毒性不是很大，但是，由于其中含有颜料和乳胶等成分，就会使得受体染色。此外，涂布废水含有的一些化学品还具有一定的经济价值。所以，对于涂布废水处理也是一项必要的工作，既可以避免受体染色，也能回收一些有价值的化学品。目前，许多家造纸厂都采用膜分离技术来实现对涂布废水的处理。一些超滤设备就能起到稀释涂布废水的作用。涂布废水经过超滤后，其被截留下来的溶液可以继续作为涂料，且其浓度可以提高四成左右。透过液则可以作为清水使用。因此，通过膜分离技术，可以实现对涂布废水的有效处理，保留有用成分，减小损失。

4.4 造纸白水的处理

对于造纸行业来说，造纸白水中往往含有很多的胶料、纤维等物质。并且，随着封闭循环程度的提高，造纸白水中往往就会过度蓄积一些小分子胶体物质、无机盐和离子等，这些成分的存在就会影响到造纸机器的正常运行，也会对产品的质量产生影响。所以，对造纸白水进行处理，除去其中的离子和胶体等物质，对保证造纸质量很有必要。而对于造纸白水而言，其中的悬浮物较多，因此，在实际处理过程中，都会先用格栅和斜网等经过初步处理过滤，之后，再利用微滤技术进行预处理，将造纸白水中的悬浮物和胶体物质除掉。最后，再使用超滤技术，对造纸白水进一步处理，这样就可以为其全封闭循环的正常进行创造出更好的条件。

5.结论

膜分离技术具有很多的优点，因而在废水处理方面有着很广泛的应用。对于制浆造纸而言，其可以产生一些有害的废水，为了减小对环境的影响，就需要通过膜分离技术将水中的有害物质除掉。而对于涂布废水等而言，膜分离技术可以将一些仍具有使用价值的有机化学品截留下来，以便重复使用，这样，可以大大减小造纸的成本。随着技术的改进，未来，膜分离技术也将会多种技术相结合，在造纸废水处理方面将发挥更大的作用。

参考文献

[1] 马振杰.水处理过程中膜分离技术的应用实践探究[J].质量探索，2016（05）：43-44