膜分离技术在制浆造纸废水处理中的应用

膜分离技术在制浆造纸废水处理中的应用

李剑男

天津凯英科技发展股份有限公司天津市300000

摘要：膜分离技术是一种高效、简便的分离技术，在制浆造纸废水处理中取得了不错的效果。文中介绍了膜的分类和膜分离技术原理，探讨了了膜分离技术在制浆造纸废水处理中的应用。

关键词：制浆造纸；膜分离技术；废水处理

一、膜的分类与膜分离技术原理

（一）膜的分类

膜分离技术是不同粒径大小的混合物通过膜时，在外界条件或化学位差为推动力的情况下发生的混合物的分离、提纯和浓缩的技术。膜分离技术主要利用了膜的选择通过性，是一种物理过程，膜分离技术主要具有可以在常温下进行、无相态变化、化学变化、选择性好、适应性强和能耗低等特点。根据膜的材料不同可以将膜分为有机膜和无机膜，有机膜主要由高分子材料构成，如芳香族聚酰胺、醋酸纤维素等；无机膜主要包括金属膜和陶瓷膜，它们的缺点是对物质选择性差，精度比较低。根据膜的孔径大小可以将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜。另外膜根据存在形式可以分为固膜和液膜，固膜根据分离过程可以分为气体渗透、反渗透、超滤、渗析和电渗析，液膜可以分为液膜和固定液膜。

（二）膜分离技术原理

固膜分离技术常包括气体渗透、反渗透、超滤、渗析和电渗析。膜分离技术中的气体渗透是通过分压差来达到分离目的的，这种膜是一种匀质膜或复合膜，分压差一般在0.1～100MPa，易渗气体被透过，难渗气体被截留，气体渗透技术常用于空气中氧气的分离、富集等。膜分离技术中的反渗透是通过压力差来达到分离目的的，这种膜是一种非对称膜或复合膜，压力差一般在0.5～10MPa，溶剂中分子直径在0.0001～0.001μm的粒子被透过，而一些大分子和离子物质被截留，反渗透技术常用于海水的淡化、去离子无菌水的生产等。膜分离技术中的超滤也是通过压力差来达到分离目的的，这种膜是一种非对称膜或多孔膜，压力差一般在0.1～1MPa，溶剂中分子直径在0.0015～0.2μm的粒子被透过，而一些大分子物质，如相对分子量500～3000000的被截留，超滤技术主要用于高分子化合物、气溶胶或胶体溶液等的分离、提纯和浓缩，如果汁、酒类等的澄清等。膜分离技术中的渗析是通过浓度差来达到分离目的的，这种膜是一种非对称膜或离子交换膜，溶剂中小分子溶质被透过，而一些大分子物质，悬浮物质被截留，渗析技术主要用于造纸工业，对于人工肾的渗析也是基于这一原理。膜分离技术中的电渗析是通过电位差来达到分离目的的，这种膜是一种离子交换膜，溶剂中离子被透过，而一些大分子被截留，电渗析技术主要用于制备高纯水和海水淡化等。

二、膜分离技术的优点

（一）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）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。该技术具有处理过程简单，易操作，成本低的优点。

（三）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。

三、膜分离技术在制浆造纸废水处理中的应用

（一）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。

（二）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。

（三）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。

（四）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。

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：

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[2]李红果，李天祥，朱静，胡雪，王睿哲.膜分离技术处理工业废水研究进展[J].应用化工：2018-12

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