1超濾技術簡介

超濾是通過膜的篩分作用將溶液中大于膜孔徑的大分子溶質截留，使其與溶劑及小分子組分分離的膜過程。超濾膜孔徑一般為0.05m一1nm，介于微濾與納濾之間。超濾主要用于分離溶液中的大分子(如細菌)和膠體，通常認為，所能分離的溶質的最小相對分子質量為幾千。

與其他化工分離單元相比，超濾技術具有如下特點：(1)分離過程無相變化，無需加熱，因而適于處理熱不穩定的物料；(2)可以選擇性分離溶液中的不同溶質；(3)設備簡單，占地面積小；(4)操作壓力小，能量消耗少，運轉費用低。

2造紙廢水處理中的研究

鑒于上述獨特優點，目前超濾在造紙工業廢水處理中應用較多。它可作為制漿廢液的預處理單元，將廢液濃縮后送往堿回收單元，分離的水溶液可以回用；黑液濃縮液中木質素提純與分子質量分級；漂白廢水中深色有機物脫色；可吸附有機鹵化物(AOX)的去除等。

2.1UF技術處理制漿廢液

我國主要以麥草為造紙原料，僅麥草漿蒸煮黑液產生的COD就占造紙工業廢水的70％。堿回收技術由于受資金和規模的限制，其應用在中小型制漿廠受到一定限制。另外高硅含量給黑液蒸發和燃燒帶來了一系列問題，致使堿回收率在65％以下。而超濾可有效解決黑液濃縮液的蒸發及堿回收過程中的硅干擾，且設備投資和運行費用較低。

超濾技術在黑液濃度低時可充分發揮其能耗低的優勢，將黑液預濃縮到一定程度，待濃度提高，膜邊界層加厚，操作條件惡化，水通量下降，能耗上升時，再利用多效蒸發濃縮到要求的濃度，比單純采用多效蒸發更經濟。采用磺化聚聚醚酮(SPK一100)超濾膜濃縮硫酸鹽竹漿黑液，將黑液的固含量由8.5％提高到23.0％，其能耗僅為四效蒸發濃縮的30％，五效蒸發濃縮的38％，且濃縮液固形物中木素的含量大大提高。對超濾濃縮和多效蒸發能耗進行了比較，采用四效蒸發將黑液從12．4％(固含量)濃縮到20．1％，每脫出1kg水耗能0．94MJ，而采用聚砜超濾膜(PS200)將黑液從10％濃縮到17％，每脫出1kg水耗能僅為0．10MJ，采用磺化聚砜膜(SPS100)將黑液從4．5％濃縮到13．O％，每脫出lkg水耗能僅為0.05MJ。利用醋酸纖維素超濾膜／反滲透膜處理木素磺酸鈣的亞硫酸制漿紅液透過液。超濾后BOD減少30％一40％，反滲透處理后，總濃縮液木素回收率平均為87％，BOD5截留率可達96％一98％，采用UF／RO系統的噸水脫除費用僅為蒸發操作的1／3。

然而，由于草漿黑液本身的粘度大，流動性差，硅含量高，它在超濾過程中的濃差極化現象嚴重，傳質過程復雜。潘學軍等[1]根據濃差極化理論，建立了草漿黑液的超濾傳質方程，并測定了兩種草漿黑液的木素凝膠層濃度，指出超濾濃縮有一個上限濃度。麥草Soda-AQ黑液和稻草硫酸鹽黑液的木素凝膠層濃度分別為210．9g／L和119．7g／L；獲葦亞硫酸氫鎂紅液、麥草SodaAQ黑液和稻草硫酸鹽黑液超濾濃縮的固形物上限濃度分別為26．1％、27．3％和31．5％。不同截留分子量和材質的超濾膜對制漿廢液的濃縮效果不同，其膜通量也不同。經研究發現，截留分子量為10000的超濾膜對制漿廢液的處理效果較好。采用截留相對分子質量為1000～30000的4種超濾膜對桉木CTMP制漿廢液(包括化學預處理段及磨漿段)進行了超濾處理，找出了最佳處理效果的膜孔徑是截留相對分子質量10000的濾包，并用該孔徑的膜對4種不同工藝的廢液進行超濾處理，使廢液的污染負荷大幅度降低，濾過液的可生化性明顯提高。超濾濃縮液的固形物含量達到可蒸發、濃縮及燒卻的要求。超濾膜清洗后，膜通量可恢復99％。利用截留分子量分別為1000、5000、10000的改良纖維素超濾膜對不同濃度的麥草黑液進行了研究。結果表明：水通量隨被處理黑液及處理時間的不同而不同，介于12．9—50．3L／(m?h)，在3種膜中，截留分子量為10000的膜的通量最大，截留分子量為5000膜的水通量最小。王小文研究了聚醚砜(PES)、聚醚酮(PEK)、磺化聚砜／聚醚砜(SPES)、磺化聚砜／聚醚酮(SPK)、聚丙烯腈(PAN)等5種材質的超濾膜處理堿法草漿黑液的超濾特性，在原黑液COD值為12963mg／L，pH=6．6—7．7，溫度為12℃～17℃，操作壓力為0．1MPa的條件實驗發現，低截留分子量的聚砜酮類膜(SPK、PEK)的COD截留率分別為72．1％、68．6％，優于聚砜類膜(SPES、PES)61．4％、67．1％的水平，聚醚酮膜受黑液中堿木素等物質的污染程度最重，聚丙烯腈、磺化類膜次之，聚醚砜膜的污染程度最輕。

超濾處理制漿廢液，可回收廢液中的半纖維素、木素等物質，實現制漿廢液的資源化。汪永輝等[2]應用聚砜超濾膜從黑液中提取木質素制備活性炭，經超濾處理的黑液，COD去除率達6o％一65％，BOD去除率達80％以上，黑液中木質素提取率達80％一85％，用木質素制備的活性炭得率高，吸附容量大。對中性鹽硫酸鹽制漿廢液用超濾膜進行處理，可降低廢液中COD、BOD的污染負荷，并可從廢液中回收半纖維素和木素磺酸鹽用作造紙助劑。中科院廣州化學所應用超濾技術，將亞硫酸鹽制漿廢液中的木素和還原糖分開，經濃縮后的木素廢液用做灌漿材料，固化快，可減少化學藥品消耗。

2．2UF技術處理漂白廢水

目前，我國制漿造紙廠主要采用單段次氯酸鹽漂白和CEH三段漂白工藝(c為氯化段，E為堿處理段，H為次氯酸鹽漂白段)，產生的漂白廢水中含有大量能引起毒性效應的化學物質，其中可吸附有機鹵化物具有致癌性、致畸變性、致畸胎性、多發性腦神經病變和急毒性。以往主要是利用混凝沉淀(附加活性污泥法)處理，但存在著沉淀粘結，運轉費用高，脫色率低，COD和AOX去除率低等問題。而采用超濾技術處理這種廢水，能得到較高的脫色率和COD與AOX除去率。

羅才典等通過相同材質(聚砜類)不同截留分子量和相同截留分子量不同材質的超濾膜處理E段漂白廢水，結果表明：截留分子量為6000的聚砜類混成膜(PES／PDC)比較適合處理E段漂白廢水，其對色素、木素、TOC、COD和TOCL的去除率分別為95％一96％，89％一92％，74％一84％，75％～82％，65％一67％。張方等進行了草漿CEH漂白廢水的uF處理研究，選用截留相對分子質量分別為3000(A)、10000(B)、30000(C)、60000(D)四種聚砜(PS)平板膜，(單膜有效面積33cm，操作壓力0．3MP)進行對比實驗，結果表明A、c膜有較顯著的分離效果和較大的膜通量，A膜對BODCOD、TOCL的去除率分別為66．0％、85．1％、71．6％。FaithF等用超濾膜處理漂白廢水，膜通量介于150—200L／(m?h)。COD去除率達到50％一70％，有機氯化物(以AOX計)去除率可達40％一70％，具體的數值與回流比等條件有關。最佳回流比為15％一20％。

超濾技術不僅可處理硫酸鹽、亞硫酸鹽漂白廢水，而且也可以處理TMP、CTMP漿經HO漂白后的廢液。經處理后，濾液可回用于TMP、CTMP的漂白過程，利用其中過剩的H：O，可將紙漿白度提高2％～3％，并且經超濾處理后，可除去廢液中大部分COD、樹脂、色度等。

2．3UF技術處理造紙白水

造紙白水水量大，含有大量細小纖維、無機填料、化學助劑及溶解性膠體等物質。近年來，為降低噸紙清水用量，國內許多制漿造紙企業采取減少抄紙用水、增加白水回用等措施以降低水耗，但離實現白水封閉循環尚有較大距離。目前國內外處理造紙白水主要采用氣浮法、絮凝沉淀法等。采用氣浮法時由于水中的重質纖維和填料不易上浮，易造成氣浮池底堆積纖維、填料腐爛變臭，需經常清池；而絮凝沉淀法對水中的輕質纖維回收效果不好，需加大投藥量，而增加回收成本。使用超濾技術是實現造紙白水的封閉循環最有效的方法。

Jonsson和Wimmerstedt在研究中用超濾技術可將紙機白水中99％的懸浮物分離出來，經超濾后的清水不但可用于洗網，還可用于洗毛布，這樣可達到白水全部回用。Sierka等人采用透過不同等級分子質量的超濾及微濾膜對3種不同造紙白水進行了試驗，結果表明，截留相對分子質量為500—2500的G一10超濾膜的處理效果較好，超濾后TOC、COD、導電率去除(降低)率分別達85％、74％、53％。

2．4UF技術處理造紙廢水中的膜污染

膜污染可以分為兩種形式：一為膜表面的污染(如形成膜面凝膠層)；二為膜孔阻塞形成的污染。

超濾技術在處理造紙廢水的過程中不可避免的存在膜污染問題，這將引起過濾阻力不斷增加，膜過濾通量嚴重衰減，從而影響超濾膜的使用。對于相同的水質，采用不同材料和種類的膜、不同的運行條件(包括濾速、操作穩定、壓力、反洗方式等)在使用過程中產生的膜污染情況不同，清洗后膜通量的恢復率也將不同。

3結語

由于超濾技術具有分離效率高、節能、設備簡單、操作方便等優點，使其在造紙廢水處理領域有很大的發展潛力。它適用于處理制漿廢液、漂白廢水、造紙白水、涂布廢水等。對于制漿廢液，超濾可取代部分蒸發過程以節約能源，亦可濃縮廢液回收半纖維素和木素等有用資源；對于漂白廢水的毒性、色度和懸浮物的去除效果顯著；為造紙白水的封閉循環創造了條件。

參考文獻：

[1]潘學軍，謝來蘇，隆言泉．草漿黑液的超濾傳質特性[J]．中國造紙學報，1995

[2]汪永輝，蔣志賢，曹德身，等．超濾法從造紙黑液中提取木質素制備活性炭[J]．上海環境科學．1994