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生產過程中產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多年來我國迅速發展的高得率制漿技術。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，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，最近20多年來發展很快。超濾膜法具有無相變、節能、經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生產過程中產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P-RC APMP一期制漿車間，為過濾后送蒸發前的廢水。BCTMP廢水取自華泰紙業有限公司。廢水的性質見表1。

表1 廢水性質

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。廢水先經過無紡布過濾處理后，再進入超濾系統。

圖1 實驗室超濾裝置簡圖

1.2.2 水質分析

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 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通過單位膜表面積的透過液的量。膜通量根據下式計算：

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

截留率根據下式計算：

2 試驗結果與討論

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，其結果與處理P-RC APMP廢水的結果相似，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中的數據可以看出，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%，這與文獻報道的數據相似。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，膜通量隨著操作壓力的增大而增加。

[1]華耀祖.超濾技術與與應用.北京：化學工業出版社，2004

[2]邵剛.膜法水處理技術.北京:冶金工業出版社，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

紙廠經驗