超滤法处理BCTMP和P-RC APMP制浆废水的研究

刘秋娟 纪海红

天津科技大学天津市制浆造纸重点实验室，天津，300457

超滤法处理BCTMP和P-RC APMP制浆废水的研究

刘秋娟 纪海红

天津科技大学天津市制浆造纸重点实验室，天津，300457

采用截留分子量为20k和6k的两种实验室小型超滤膜组件对P-RC APMP和BCTMP生产过程中产生的废水进行了超滤试验，考察了超滤膜处理的效果。

超滤 BCTMP P-RC APMP 废水

碱性过氧化物机械浆 (P-RC APMP)和化学预热机械浆（CTMP）是近20多年来我国迅速发展的高得率制浆技术。CTMP和P-RC APMP浆厂的废水含有的BOD、COD和毒性比过去的TMP和SGW浆厂的要多，其废水的组成分为有机物和无机物，有机物主要包括木素降解产物、树脂酸、脂肪酸、酚类、烷烃类及邻苯二甲酸酯类等。CTMP和APMP浆厂废水属于高浓有机废水，对水生物是有害的，必须加以处理。

超滤法是一种通过膜透过分离技术，将溶液中的不同成分进行分离、净化或者浓缩的水处理技术，最近20多年来发展很快。超滤膜法具有无相变、节能、经济以及装置简单和操作方便等特点[1，2]。超滤是去除微黏物的一种有效方法。

本文采用截留分子量为20k和6k的两种实验室小型超滤膜组件对P-RC APMP和BCTMP生产过程中产生的废水进行了超滤试验，考察了超滤膜处理的效能。

1 材料和方法

1.1 废水

实验所用的P-RC APMP制浆废水取自太阳纸业P-RC APMP一期制浆车间，为过滤后送蒸发前的废水。BCTMP废水取自华泰纸业有限公司。废水的性质见表1。

表1 废水性质

1.2 方法

1.2.1 超滤

超滤试验采用的截留分子量为20k和6k的两种小型中空纤维超滤膜组件均由天津工业大学膜天膜重点实验室提供。实验装置简图如图1所示。实验在天津工业大学膜天膜重点实验室进行，以进口压力作为操作压力。废水先经过无纺布过滤处理后，再进入超滤系统。

图1 实验室超滤装置简图

1.2.2 水质分析

固形物含量的测定：采用重量法，按照《制浆造纸分析与检测》中黑液总固型物的测定方法进行测定[3]。

CODCr的测定：按照国家标准GB/T 11914-1989《水质 化学需氧量的测定 重铬酸盐法》进行测定。

1.2.3 膜通量和截留率的计算

（1）膜通量

膜通量是单位时间内通过单位膜表面积的透过液的量。膜通量根据下式计算：

式中 J ―膜通量，L·m-2·h-1；

V―透过液体积，L；

S―膜组件有效面积，m2；

t―超滤时间，h。

图2 压力对膜通量的影响（20k膜,APMP废水）

（2）截留率

截留率根据下式计算：

2 试验结果与讨论

2.1 P-RC APMP制浆废水的超滤

使用实验室膜装置对P-RC APMP制浆废水进行了超滤实验，截留分子量为20k的超滤膜与截留分子量为6k的超滤膜在不同压力下膜通量的变化如图2和图3所示。

由图2和图3可以看出，处理P-RC APMP制浆废水时，截留分子量为20k和6k的超滤膜的膜通量均随压力的升高而增大。

在操作压力0.12MPa下，用截留分子量为20k的超滤膜超滤2L P-RC APMP制浆废水、截留分子量为6k的超滤膜超滤3L P-RC APMP制浆废水，其试验结果见表2。超滤过程中膜通量的变化分别如图4和图5所示。

图4 超滤过程膜通量变化（20k膜,APMP废水）

图3 压力对膜通量的影响（6k膜,APMP废水）

截留分子量为20k的超滤膜的膜通量明显大于截留分子量为6k的超滤膜的通量，二者相差约10倍。超滤过程中，随着时间的延长，两种膜的通量均下降，但6k超滤膜的通量下降速率快，这说明6k的超滤膜易污堵。

图5 超滤过程膜通量变化（6k膜,APMP废水）

表2 各种废水的超滤结果

2.2 BCTMP制浆废水的超滤

以不同的操作压力用小型膜装置处理BCTMP制浆废水，其结果与处理P-RC APMP废水的结果相似，截留分子量为20k和6k的超滤膜膜通量均随压力的升高而增大。

图6 超滤过程膜通量变化（20k膜，BCTMP制浆废水）

以0.12MPa操作压力，用截留分子量为20k和6k的两种超滤膜,分别超滤2L和3L BCTMP制浆废水，处理结果见表2。超滤过程中膜通量的变化分别如图6和图7所示。

2.3 BCTMP漂白废水的超滤

BCTMP制浆过程中漂白段的废水用截留分子量为20k的超滤膜和截留分子量为6k的超滤膜进行处理，在不同压力下膜通量的变化分别如图8和图9所示。

图7 超滤过程膜通量变化（6k膜，BCTMP制浆废水）

取2L和3L BCTMP漂白废水,分别用截留分子量为20k和6k的超滤膜以0.12MPa的操作压力进行超滤，其结果如表2所示。超滤过程中膜通量的变化类似于BCTMP制浆废水。

图8 压力对膜通量影响（20k膜，BCTMP漂白废水）

图9 压力对膜通量的影响（6k膜，BCTMP漂白废水）

2.4 BCTMP制浆与漂白混合废水的超滤

BCTMP制浆车间制浆废水与漂白废水的混合水的超滤实验结果如图10和图11所示。

图10 压力对膜通量的影响（20k膜）（BCTMP制浆与漂白混合废水）

由图10和图11可以看出，截留分子量为20k的超滤膜和截留分子量为6k的超滤膜超滤BCTMP制浆与漂白混合废水，膜通量均随着压力的增大而增加。

超滤过程是以压力为推动力，推动力越大透过能力也会越强。但并不是压力越高越好，如果操作压力过高，膜表面凝胶层厚度及浓差极化程度增加较快。随着过滤的进行，当膜面上截留溶质浓度增加到一定值时，在膜面上会形成一层称为凝胶层的非动层。凝胶层对膜的通量有很大的阻力，故再增加操作压力，只能使凝胶层的厚度增加，所增加的压力都消耗在增厚的凝胶层的阻力上，导致透过通量变小。同时高压力不但会导致较大的能耗，而且还会增加设备的制造成本（耐压性能），缩短膜的使用寿命。一般超滤膜组件的允许操作压力为≤1.2MPa。

图11 压力对膜通量的影响（6k膜）（BCTMP制浆与漂白混合废水）

在操作压力0.12MPa下，截留分子量为20k的超滤膜和截留分子量为6k的超滤膜处理BCTMP制浆与漂白混合废水的结果见表2，超滤过程中膜通量变化分别如图12和图13所示。

分析表2中的数据可以看出，BCTMP各工段废水和P-RC APMP废水用截留分子量为20k和6k的超滤膜以0.12MPa的操作压力进行超滤，其CODcr的去除率为30%～65%，这与文献报道的数据相似。张灿彬等人用截留分子量为1k、5k、10k和30k的四种滤包处理桉木CTMP废水，其CODcr的去除率为32.9%～65.7%。

图12 超滤过程膜通量变化（20k膜）（BCTMP制浆与漂白混合废水）

图13 超滤过程膜通量变化（6k膜）（BCTMP制浆与漂白混合废水）

3 结论

截留分子量20k的超滤膜处理P-RC APMP废水和BCTMP各工段废水，其CODcr的去除率为30%～43%，截留率为24%～29%。

截留分子量6k的超滤膜处理P-RC APMP废水和BCTMP各工段废水，其CODcr的去除率为54%～65%，截留率为40%～42%。

膜的截留分子量对膜通量的影响很大，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的超滤膜不适于处理P-RC APMP和BCTMP废水。

截留分子量20k和6k的超滤膜处理P-RC APMP和BCTMP废水时，操作压力在0.08～0.12MPa范围内，膜通量随着操作压力的增大而增加。

[1]华耀祖.超滤技术与与应用.北京：化学工业出版社，2004

[2]邵刚.膜法水处理技术.北京:冶金工业出版社，2000

[3]石淑兰，何福望.制浆造纸分析与检测.北京：中国轻工业出版社，2008

[4]张灿彬等.超滤法处理桉木CTMP制浆废液的初步研究.中国造纸,2006,25(3):4-7

本课题得到国家科技支撑计划项目（2006BAD32B00）子课题（2006BAD32B07）的资助

2010－7－16

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