超濾法處理BCTMP和P-RC APMP制漿廢水的研究

劉秋娟 紀海紅

天津科技大學天津市制漿造紙重點實驗室，天津，300457

超濾法處理BCTMP和P-RC APMP制漿廢水的研究

劉秋娟 紀海紅

天津科技大學天津市制漿造紙重點實驗室，天津，300457

采用截留分子量為20k和6k的兩種實驗室小型超濾膜組件對P-RC APMP和BCTMP生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水進行了超濾試驗，考察了超濾膜處理的效果。

超濾 BCTMP P-RC APMP 廢水

堿性過氧化物機械漿 (P-RC APMP)和化學預熱機械漿（CTMP）是近20多年來我國迅速發(fā)展的高得率制漿技術(shù)。CTMP和P-RC APMP漿廠的廢水含有的BOD、COD和毒性比過去的TMP和SGW漿廠的要多，其廢水的組成分為有機物和無機物，有機物主要包括木素降解產(chǎn)物、樹脂酸、脂肪酸、酚類、烷烴類及鄰苯二甲酸酯類等。CTMP和APMP漿廠廢水屬于高濃有機廢水，對水生物是有害的，必須加以處理。

超濾法是一種通過膜透過分離技術(shù)，將溶液中的不同成分進行分離、凈化或者濃縮的水處理技術(shù)，最近20多年來發(fā)展很快。超濾膜法具有無相變、節(jié)能、經(jīng)濟以及裝置簡單和操作方便等特點[1，2]。超濾是去除微黏物的一種有效方法。

本文采用截留分子量為20k和6k的兩種實驗室小型超濾膜組件對P-RC APMP和BCTMP生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水進行了超濾試驗，考察了超濾膜處理的效能。

1 材料和方法

1.1 廢水

實驗所用的P-RC APMP制漿廢水取自太陽紙業(yè)P-RC APMP一期制漿車間，為過濾后送蒸發(fā)前的廢水。BCTMP廢水取自華泰紙業(yè)有限公司。廢水的性質(zhì)見表1。

表1 廢水性質(zhì)

1.2 方法

1.2.1 超濾

超濾試驗采用的截留分子量為20k和6k的兩種小型中空纖維超濾膜組件均由天津工業(yè)大學膜天膜重點實驗室提供。實驗裝置簡圖如圖1所示。實驗在天津工業(yè)大學膜天膜重點實驗室進行，以進口壓力作為操作壓力。廢水先經(jīng)過無紡布過濾處理后，再進入超濾系統(tǒng)。

圖1 實驗室超濾裝置簡圖

1.2.2 水質(zhì)分析

固形物含量的測定：采用重量法，按照《制漿造紙分析與檢測》中黑液總固型物的測定方法進行測定[3]。

CODCr的測定：按照國家標準GB/T 11914-1989《水質(zhì) 化學需氧量的測定 重鉻酸鹽法》進行測定。

1.2.3 膜通量和截留率的計算

（1）膜通量

膜通量是單位時間內(nèi)通過單位膜表面積的透過液的量。膜通量根據(jù)下式計算：

式中 J ―膜通量，L·m-2·h-1；

V―透過液體積，L；

S―膜組件有效面積，m2；

t―超濾時間，h。

圖2 壓力對膜通量的影響（20k膜,APMP廢水）

（2）截留率

截留率根據(jù)下式計算：

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 P-RC APMP制漿廢水的超濾

使用實驗室膜裝置對P-RC APMP制漿廢水進行了超濾實驗，截留分子量為20k的超濾膜與截留分子量為6k的超濾膜在不同壓力下膜通量的變化如圖2和圖3所示。

由圖2和圖3可以看出，處理P-RC APMP制漿廢水時，截留分子量為20k和6k的超濾膜的膜通量均隨壓力的升高而增大。

在操作壓力0.12MPa下，用截留分子量為20k的超濾膜超濾2L P-RC APMP制漿廢水、截留分子量為6k的超濾膜超濾3L P-RC APMP制漿廢水，其試驗結(jié)果見表2。超濾過程中膜通量的變化分別如圖4和圖5所示。

圖4 超濾過程膜通量變化（20k膜,APMP廢水）

圖3 壓力對膜通量的影響（6k膜,APMP廢水）

截留分子量為20k的超濾膜的膜通量明顯大于截留分子量為6k的超濾膜的通量，二者相差約10倍。超濾過程中，隨著時間的延長，兩種膜的通量均下降，但6k超濾膜的通量下降速率快，這說明6k的超濾膜易污堵。

圖5 超濾過程膜通量變化（6k膜,APMP廢水）

表2 各種廢水的超濾結(jié)果

2.2 BCTMP制漿廢水的超濾

以不同的操作壓力用小型膜裝置處理BCTMP制漿廢水，其結(jié)果與處理P-RC APMP廢水的結(jié)果相似，截留分子量為20k和6k的超濾膜膜通量均隨壓力的升高而增大。

圖6 超濾過程膜通量變化（20k膜，BCTMP制漿廢水）

以0.12MPa操作壓力，用截留分子量為20k和6k的兩種超濾膜,分別超濾2L和3L BCTMP制漿廢水，處理結(jié)果見表2。超濾過程中膜通量的變化分別如圖6和圖7所示。

2.3 BCTMP漂白廢水的超濾

BCTMP制漿過程中漂白段的廢水用截留分子量為20k的超濾膜和截留分子量為6k的超濾膜進行處理，在不同壓力下膜通量的變化分別如圖8和圖9所示。

圖7 超濾過程膜通量變化（6k膜，BCTMP制漿廢水）

取2L和3L BCTMP漂白廢水,分別用截留分子量為20k和6k的超濾膜以0.12MPa的操作壓力進行超濾，其結(jié)果如表2所示。超濾過程中膜通量的變化類似于BCTMP制漿廢水。

圖8 壓力對膜通量影響（20k膜，BCTMP漂白廢水）

圖9 壓力對膜通量的影響（6k膜，BCTMP漂白廢水）

2.4 BCTMP制漿與漂白混合廢水的超濾

BCTMP制漿車間制漿廢水與漂白廢水的混合水的超濾實驗結(jié)果如圖10和圖11所示。

圖10 壓力對膜通量的影響（20k膜）（BCTMP制漿與漂白混合廢水）

由圖10和圖11可以看出，截留分子量為20k的超濾膜和截留分子量為6k的超濾膜超濾BCTMP制漿與漂白混合廢水，膜通量均隨著壓力的增大而增加。

超濾過程是以壓力為推動力，推動力越大透過能力也會越強。但并不是壓力越高越好，如果操作壓力過高，膜表面凝膠層厚度及濃差極化程度增加較快。隨著過濾的進行，當膜面上截留溶質(zhì)濃度增加到一定值時，在膜面上會形成一層稱為凝膠層的非動層。凝膠層對膜的通量有很大的阻力，故再增加操作壓力，只能使凝膠層的厚度增加，所增加的壓力都消耗在增厚的凝膠層的阻力上，導致透過通量變小。同時高壓力不但會導致較大的能耗，而且還會增加設(shè)備的制造成本（耐壓性能），縮短膜的使用壽命。一般超濾膜組件的允許操作壓力為≤1.2MPa。

圖11 壓力對膜通量的影響（6k膜）（BCTMP制漿與漂白混合廢水）

在操作壓力0.12MPa下，截留分子量為20k的超濾膜和截留分子量為6k的超濾膜處理BCTMP制漿與漂白混合廢水的結(jié)果見表2，超濾過程中膜通量變化分別如圖12和圖13所示。

分析表2中的數(shù)據(jù)可以看出，BCTMP各工段廢水和P-RC APMP廢水用截留分子量為20k和6k的超濾膜以0.12MPa的操作壓力進行超濾，其CODcr的去除率為30%～65%，這與文獻報道的數(shù)據(jù)相似。張燦彬等人用截留分子量為1k、5k、10k和30k的四種濾包處理桉木CTMP廢水，其CODcr的去除率為32.9%～65.7%。

圖12 超濾過程膜通量變化（20k膜）（BCTMP制漿與漂白混合廢水）

圖13 超濾過程膜通量變化（6k膜）（BCTMP制漿與漂白混合廢水）

3 結(jié)論

截留分子量20k的超濾膜處理P-RC APMP廢水和BCTMP各工段廢水，其CODcr的去除率為30%～43%，截留率為24%～29%。

截留分子量6k的超濾膜處理P-RC APMP廢水和BCTMP各工段廢水，其CODcr的去除率為54%～65%，截留率為40%～42%。

膜的截留分子量對膜通量的影響很大，截留分子量20k膜的通量是截留分子量6k膜通量的10倍，并且截留分子量6k膜易污染。因此，截留分子量6k的超濾膜不適于處理P-RC APMP和BCTMP廢水。

截留分子量20k和6k的超濾膜處理P-RC APMP和BCTMP廢水時，操作壓力在0.08～0.12MPa范圍內(nèi)，膜通量隨著操作壓力的增大而增加。

[1]華耀祖.超濾技術(shù)與與應用.北京：化學工業(yè)出版社，2004

[2]邵剛.膜法水處理技術(shù).北京:冶金工業(yè)出版社，2000

[3]石淑蘭，何福望.制漿造紙分析與檢測.北京：中國輕工業(yè)出版社，2008

[4]張燦彬等.超濾法處理桉木CTMP制漿廢液的初步研究.中國造紙,2006,25(3):4-7

本課題得到國家科技支撐計劃項目（2006BAD32B00）子課題（2006BAD32B07）的資助

2010－7－16

紙廠經(jīng)驗