林少俊
[摘 要]當前,造紙過程中產(chǎn)生的廢水是我國水污染的主要來源之一,加強對制漿造紙的廢水處理對水資源保護有著重要的實際意義。在各種廢水處理技術中,膜分離技術是較為常見的一種方法,這種技術在造紙廢水處理方面有著廣泛的應用。本文主要介紹了膜分離技術的基本原理,并探討了膜分離技術在造紙廢水處理方面的應用。
[關鍵詞]制漿造紙、廢水處理、膜分離技術
中圖分類號:X703 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2017)24-0224-01
1.前言
水污染是我國當前面臨的主要環(huán)境問題之一,而造紙廠產(chǎn)生的廢水是導致水污染的重要原因之一。多年來,對造紙廠廢水的處理一直是各界重點關注的問題,廢水處理技術也在不斷的改進,并在廢水處理方面發(fā)揮了很大的作用。其中,膜分離技術是一種新的廢水處理方法。這種技術又被稱為膜濾技術,早在上個世紀初期就已經(jīng)開始得到了應用。膜分離技術具有高效節(jié)能的優(yōu)點,對廢水處理有著很好的效果,因而其應用前景非常廣闊。
2.膜分離技術的基本原理
膜分離技術主要是利用具有一定特殊性能的薄膜,實現(xiàn)對水中物質(zhì)選擇性分離和過濾。對于一般的膜分離技術裝置,其主要由滲透裝置組成。滲透裝置中,可以在膜兩側(cè)施加不同的壓力,膜兩側(cè)的壓力差超過一定的臨界值之后,溶劑就會發(fā)生倒流。這種情況下,濃度高的一側(cè)的溶液可以進行濃縮。濃縮液可以繼續(xù)循環(huán)使用,這樣,通過反復的濃縮過程,可以使得濃縮液中的有害物質(zhì)濃度不斷降低,當其濃度降低到一定標準后就可以出水,實現(xiàn)對廢水的處理。在膜分離技術中,需要用到膜材料,而膜材料的孔徑則是決定其分離效果的關鍵。一般,按照膜孔徑的大小,膜分離技術可以分為微濾、超濾、納濾、反滲透等類型。
圖1 膜分離技術工作原理示意圖
微濾使用的膜材料孔徑在100到1000納米之間。這種膜分離技術只能截留一些懸浮物質(zhì),而其他溶質(zhì)分子都可以透過膜材料。微濾的滲透效率較高,一些超濾不同滿足的大處理量的情況,都可以使用微濾處理。超濾使用的膜材料的孔徑在10到100納米之間,其膜材料的特點是截留懸浮物和一些大的溶質(zhì)分子,而只能允許小溶質(zhì)分子透過。通過超濾,溶液中的高分子、細菌、熱原質(zhì)和膠體顆粒等都可以從溶液中分離出來。納濾使用的膜材料的孔徑在1到10納米之間,這種膜分離技術可以將溶液中相對分子質(zhì)量在100到1000的有機物以及二價離子分離出來。反滲透使用的膜材料的孔徑在1納米以下,其可以除去相對分子質(zhì)量在25到100之間的有機物以及一價離子。由于孔徑很小,反滲透可以將溶劑以外的所有成分都分離出來。因此,反滲透常用與水的純化和脫鹽過程。
3.膜分離技術的優(yōu)點
膜分離技術之所以在水處理方面有著廣泛的應用,主要是因為其具有以下優(yōu)點:
一是分離效率高。由于在膜分離技術中,可以根據(jù)要求來選擇合適的膜材料,且不同孔徑的膜材料可以分離出不同大小的物質(zhì),尤其是孔徑越小,膜處理對水凈化的效果會更好。因此,膜分離技術有著較高的分離效率,可以將水中的一些大相對分子質(zhì)量的物質(zhì)和離子除掉。
二是成本低。膜分離技術的關鍵在于滲透裝置,而技術的核心在于膜材料。因此,只要選擇合適的膜材料,就可以按照要求對廢水進行處理,且這種技術可以實現(xiàn)大面積使用,是具有實際用途的廢水處理技術。該技術的處理過程簡單,操作方便,具有成本低的優(yōu)點。
三是能耗低、不會造成二次污染。膜分離技術的處理過程并不需要消耗太多的能量,并且,其處理過程只是濃縮液的循環(huán)分離過程,也不會造成二次污染問題。
4.膜分離技術在制漿造紙廢水處理中的應用
4.1 制漿廢液的濃縮及廢液成分的分離
在膜分離技術中,超濾過程往往要求在較低溫度環(huán)境下進行,這樣,就可也以避免相變的發(fā)生,且操作不需要加熱,因而其運行成本低。超濾法可以實現(xiàn)對制漿廢液的濃縮,并能實現(xiàn)廢液成分的分離。
有學者利用濃差極化理論,構建了草漿黑液的潮流傳質(zhì)方程,給出了超濾濃縮的上限濃度。所謂濃差計劃,是膜材料具有選擇性的功能,其在分離過程中,可以將一定的溶質(zhì)分離出來,這些被分離出來的溶質(zhì)截留在壓力大的一側(cè)。這樣,經(jīng)過處理后,就會形成濃度差,這就是所謂的濃差極化。濃差極化會導致滲透壓的升高,從而降低了膜的分離性能。在實際過程中,可以通過改善表面流動來減弱這種影響。而膜分離技術的本身,就是實現(xiàn)廢液的濃縮過程,通過不斷的膜分離,可以進一步對廢液進行濃縮,且這個過程操作簡單,高效經(jīng)濟。為了改進這種廢液的濃縮效果,延長膜的使用時間,就需要合理控制滲透壓,減小濃差極化的影響。
膜分離技術還可以實現(xiàn)對廢液成分的分離和純化。芬蘭的一家造紙廠就利用膜分離技術實現(xiàn)對廢水的處理,提出木素磺酸鹽。挪威一家公司則利用膜分離技術對廢液進行濃縮,其廢液中的TDS濃度可以提高10個百分點。
4.2 漂白廢水的處理
當前,漂白往往都需要用到含氯漂白劑,而這種成分毒性大,會對環(huán)境造成很大的影響。漂白廢水中存在的有機氯化物對廢水處理提出了更高的要求。對于造紙行業(yè)而言,漂白是一項重要的工作環(huán)節(jié),是保證紙張質(zhì)量的關鍵。因此,造紙行業(yè)也需要對漂白廢水進行處理。近年來,國內(nèi)很多造紙廠和學者都開始研究新的漂白廢水處理方法。其中,超濾技術是處理E段廢水的有效方法。這是因為,E段廢水中含有較多的相對分子量大的物質(zhì),采用超濾技術,可以將這些大分子物質(zhì)有效分離開來。而對于C段廢水,由于其中含有較多的小分子物質(zhì),這種情況下,超濾膜很難起到有效分離。對于H段廢水,超濾技術起到的作用很差。有數(shù)據(jù)表明,使用超濾技術,可以將E段廢水中的BOD5的濃度降低六七成,色度也可以降低六成左右。
4.3 涂布廢水的處理
涂布技術是造紙行業(yè)中經(jīng)常使用到的方法,主要用來改善紙張的性能。而在另一方面,在涂布處理過程中,也往往會產(chǎn)生涂布廢水。對于涂布廢水而言,雖然其毒性不是很大,但是,由于其中含有顏料和乳膠等成分,就會使得受體染色。此外,涂布廢水含有的一些化學品還具有一定的經(jīng)濟價值。所以,對于涂布廢水處理也是一項必要的工作,既可以避免受體染色,也能回收一些有價值的化學品。目前,許多家造紙廠都采用膜分離技術來實現(xiàn)對涂布廢水的處理。一些超濾設備就能起到稀釋涂布廢水的作用。涂布廢水經(jīng)過超濾后,其被截留下來的溶液可以繼續(xù)作為涂料,且其濃度可以提高四成左右。透過液則可以作為清水使用。因此,通過膜分離技術,可以實現(xiàn)對涂布廢水的有效處理,保留有用成分,減小損失。
4.4 造紙白水的處理
對于造紙行業(yè)來說,造紙白水中往往含有很多的膠料、纖維等物質(zhì)。并且,隨著封閉循環(huán)程度的提高,造紙白水中往往就會過度蓄積一些小分子膠體物質(zhì)、無機鹽和離子等,這些成分的存在就會影響到造紙機器的正常運行,也會對產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生影響。所以,對造紙白水進行處理,除去其中的離子和膠體等物質(zhì),對保證造紙質(zhì)量很有必要。而對于造紙白水而言,其中的懸浮物較多,因此,在實際處理過程中,都會先用格柵和斜網(wǎng)等經(jīng)過初步處理過濾,之后,再利用微濾技術進行預處理,將造紙白水中的懸浮物和膠體物質(zhì)除掉。最后,再使用超濾技術,對造紙白水進一步處理,這樣就可以為其全封閉循環(huán)的正常進行創(chuàng)造出更好的條件。
5.結論
膜分離技術具有很多的優(yōu)點,因而在廢水處理方面有著很廣泛的應用。對于制漿造紙而言,其可以產(chǎn)生一些有害的廢水,為了減小對環(huán)境的影響,就需要通過膜分離技術將水中的有害物質(zhì)除掉。而對于涂布廢水等而言,膜分離技術可以將一些仍具有使用價值的有機化學品截留下來,以便重復使用,這樣,可以大大減小造紙的成本。隨著技術的改進,未來,膜分離技術也將會多種技術相結合,在造紙廢水處理方面將發(fā)揮更大的作用。
參考文獻
[1] 馬振杰.水處理過程中膜分離技術的應用實踐探究[J].質(zhì)量探索,2016(05):43-44.