PVF微孔滤膜在造纸废水处理中应用研究

Posted 2023-01-12 水处理

篇首语：读书忌死读，死读钻牛角。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了PVF微孔滤膜在造纸废水处理中应用研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

针对我市造纸废水现状，通过对废纸造纸污水污染特征及现有污染治理状况的研究，对高分子PVF微孔滤膜在处理废纸造纸废水领域的应用进行了研究。结果表明在添加适当的药剂进行混凝沉淀后，使用高分子PVF微孔滤膜对废水进行过滤，出水清澈透明，完全能达到企业回用要求。
随着水资源的日益匮乏，作为耗水大户的造纸业如何做到废水循环使用，降低单位产品废水排放量，节约用水，降低排放污染物减少污染，成为影响我市造纸企业发展和我市环境保护工作的亟需解决的问题。我市现有造纸企业基本分为采用木浆造纸和废纸造纸两类。其中木浆造纸由于废水成分单一，废水处理较为简单。废纸造纸由于原料为废纸，来源复杂，含有有各类污染物，处理难度较大。本文正是基于这种状况，研究使用PVF滤膜对废纸造纸企业产生的废水进行处理，以达到废水循环使用，减少吨纸废水排放量，节约用水，减少污染。
1.废纸造纸废水的来源及性状
1.1废水来源
废纸造纸以废板纸、废报纸、废书刊纸等为主要原料，生产多种规格的白板纸、箱板纸、瓦楞纸等产品。生产工艺根据产品不同有一定的差异，废水排放主要来源于制浆部分的洗涤废水。
1.2污染物状况
废纸造纸废水中主要含有半纤维素、木质素、无机酸盐、细小纤维、无机填料以及油墨、染料等污染物，还含有大量成分复杂的COD物质。木质素、半纤维素主要形成废水的COD及BOD5；细小纤维、无机填料等主要形成SS；油墨、染料等主要形成色度及COD。这些污染物综合反映出废水的SS、COD指标均较高。
2.废水水量和水质
国家对无制浆造纸废水的排放量在《造纸工业水污染物排放标准》GWPB2—1992中作了明确规定，其标准为2001年1月1日起造纸工业的水污染排放均执行排水量60m3/t纸标准。目前我市以中小型企业居多，吨纸排水量一般在100～200m3/t。采用废水重复使用的企业基本做到吨纸排水量一般在50m3/t，但是由于未经处理或处理不到位，重复使用次数不高，最终排放的污染物浓度很高。
废水水质浓度一般与吨纸排水量及污染物产生量有关。据测算，在一般情况下，废纸造纸的污染物产生量相对稳定，COD在70～100kg/t纸。吨纸排水量越大，则废水COD浓度降低。当复用水、回用水做得较好时，吨纸排水量能降低，但COD浓度会提高。通常废纸造纸废水的COD在500～3500mg/L范围。
3.废水处理要解决的主要问题
废纸造纸废水处理要解决的主要问题是去除SS和COD。废纸造纸废水的SS、COD浓度较高，COD来源复杂，主要由非溶解性COD和溶解性COD两部分组成，其中溶解性COD占总量的大部分。在去除掉废水中SS的同时也就去掉了大部分的COD。废纸造纸废水中的BOD5值较低，BOD5与COD的比值一般为0.15～0.25，可生化性较差。混凝处理方法只能去除部分BOD5，绝大部分BOD5的去除主要应采用生化方法解决。
4.废纸造纸废水处理方法
传统的造纸废水处理工艺主要有沉淀气浮法以及沉淀气浮再生化处理相结合处理等方法。以上方法主要存在占地面积大，运行费用高等问题。现在许多造纸企业中的这类环保设施已沦为应付检查、停用或间歇使用的环保设备。
本文研究使用高分子PVF微孔滤膜处理废纸造纸废水。高分子PVF微孔过滤膜技术属于微滤膜技术领域，运用“筛分原理"，用多孔树脂为原料，经特殊化学缩合反应而成。具有独特的连续树枝状微孔而非通孔。微孔体积高达90%以上。具有液阻小、机械强度高、保渣率大、逆洗性能好，可反复清洗，多次使用，实用性极强。成为大流量、高精度、适应流体粘度范围宽、耐冲击、无组织脱落等五大优点的高级过滤材料。
膜分离法在废水处理领域中，因具有能耗低、占地面积小、运行管理简单等优点，在废水处理方面的应用越来越广泛。造纸废水由于含SS较高，为了避免废水污染物堵塞滤膜，减少清洗难度和清洗频率，采用在膜分理处理前先进行废浆回收和混凝沉淀脱色处理。处理流程为废水→筛网→集水池→沉淀→筛网→膜过滤→回用。
废纸造纸废水中的BOD5值较低，BOD5与COD的比值一般为0.15～0.25，可生化性较差。混凝处理方法只能去除部分BOD5，绝大部分BOD5的去除主要应采用生化方法解决。
4.1废浆回收
采用筛网过滤回收废浆。做好流入废水中的废浆回收有两个好处：一是回收的浆料可回用于造纸或外售作为低档纸的原料，产生直接经济效益；二是降低废水处理负荷，减少药剂消耗。
4.2混凝沉淀脱色
选用合适的药剂对废水进行混凝沉淀脱色处理，机理可认为无机絮凝剂主要是依靠中和粒子上的电荷而凝聚，而有机絮凝剂则主要依靠架桥作用而使粒子沉降。应用中，通过先加无机絮凝剂PAC中和电荷，然后加入有机絮凝剂PAM使之生成絮团沉降。由于造纸废水中胶体多带负电荷，选择阳离子型的高分子絮凝剂起到电中和与絮凝架桥的双重作用，脱色效果好。通过投加混凝剂，可去除绝大部分SS，同时去除大部分非溶解性COD及部分溶解性COD和BOD5。
4.3PVF微孔滤膜过滤
废水经过混凝沉淀过滤后，采用PVF微孔滤膜过滤，进一步的除去废水中的SS，COD。处理后的废水达到企业回用要求。
4.4污泥处置
废水经沉淀处理后，其中的悬浮物有90%以上分离出来成为污泥。通常原料废纸有5%左右进入废水，吨纸将产生70～80kg的绝干污泥，污泥脱水采用压滤机脱水，脱水后废料送锅炉焚烧处理。
5.混凝沉淀试验
5.1实验目的
研究造纸废水经絮凝沉淀后的污染物去除情况。
5.2实验原理
混凝处理中包括凝聚和絮凝两个阶段。在凝聚阶段水中的胶体双电层被压缩失去稳定而形成较小的微粒；在絮凝阶段这些微粒互相聚结(或由于高分子物质的吸附架桥作用相助)形成大颗粒絮体，这些絮体在一定的条件下可以从水中分离去除。
5.3实验器材
某企业造纸废水2500ml、PAC溶液200ml、PAM溶液200ml、250ml烧杯10个、100ml容量瓶9个、电子天平一台、1ml、2ml、10ml移液管数只、洗耳球一个。
5.4实验步骤
5.4.1配制试剂
10%(质量分数)PAC溶液：称取22gPAC固体溶于198ml水中，充分搅拌至固体完全溶解为止，放置12h待用。
5%(质量分数)PAM溶液：称取1gPAM固体溶于199ml水中，充分搅拌至固体完全溶解为止，放置12h待用。
5.4.2试验过程
取9只250ml烧杯，用量筒分别量取200ml原水倒入烧杯中，给每个烧杯标上标号，用pH计检测原水pH，并记录。
以0号杯作为原水样不加任何PAC和PAM，为对照样。
向1号杯中加入1mlPAC溶液，搅拌1min左右，静沉30min。
向2号杯中加入2mlPAC溶液，搅拌1min左右，静沉30min。
向3号杯中加入3ml、4mlPAC溶液，搅拌1min左右，静沉30min
向4号杯中加入3ml、4mlPAC溶液，搅拌1min左右，静沉30min。
向5号杯中加入2mlPAC溶液，搅拌30s后加入0.1mlPAM溶液，再轻微搅拌30s左右，静沉30min。
向6号杯中加入2mlPAC溶液，搅拌30s后加入0.2mlPAM溶液，再轻微搅拌30s左右，静沉30min。
向7号杯中加入3mlPAC溶液，搅拌30s后加入0.2mlPAM溶液，再轻微搅拌30s左右，静沉30min。
向8号杯中加入4mlPAC溶液，搅拌30s后加入0.2mlPAM溶液，再轻微搅拌30s左右，静沉30min。
5.4.3实验现象
对上述1～8号烧杯观察发现，仅加PAC时(1、2、3、4号烧杯)，1号烧杯絮体较分散，上清液浑浊；2号烧杯絮体较大，沉降速度最快，上清液比较清澈；3号、4号絮体较小，沉降速度明显慢于3、4号，但上清液清澈，尤以4号最清。
使用PAC和PAM两种药剂时(5、6、7、8号烧杯)，5号烧杯絮体较前面4号无明显变化；6、7、8三个烧杯内絮体明显增大，且沉降速度很快，上清液清澈。
5.4.4检测分析及记录
将1～8号烧杯内的上清液分别检测pH和COD，同时检测0号杯原水的COD，并做记录。
5.5实验记录及分析
见表1及图1

5.6实验结论
由表1及图1可以得出以下结论：
1、通过混凝作用能有效的去除造纸废水中的污染物。该企业废水混凝沉淀最佳为7号水样，其PAC最佳用量为150mg/L；PAM最佳用量为10mg/L。
2、经混凝反应后出水pH值有所下降。
3、在最佳配比混凝沉淀后废水COD去除率为72.6%
6.PVF微孔滤膜过滤试验
6.1实验目的
研究造纸废水经絮凝沉淀后再使用PVF微孔滤膜过滤后污染物去除情况。
6.2实验原理
由于PVF微孔滤膜为微米级孔径，能有效隔离废水中污染物，使得混凝沉淀后废水中污染物得到有效的去除，达到废水处理目的。
6.3实验器材
某企业造纸废水2500ml、PAC溶液200ml、PAM溶液200ml、250ml烧杯10个、100ml容量瓶9个、电子天平一台、1ml、2ml、10ml移液管数只、洗耳球一个。
6.4实验步骤
6.4.1配制试剂
10%(质量分数)PAC溶液：称取22gPAC固体溶于198ml水中，充分搅拌至固体完全溶解为止，放置12h待用。
5%(质量分数)PAM溶液：称取1gPAM固体溶于199ml水中，充分搅拌至固体完全溶解为止，放置12h待用。
6.4.2实验过程
取4只250ml烧杯，用量筒分别量取200ml原水倒入烧杯中，给每个烧杯标上标号，用pH计检原水pH，并记录。
以0号杯作为原水样不加PAC和PAM，为对照样。
向1号杯中加入1mlPAC溶液，搅拌30s后加入0.2mlPAM溶液，再轻微搅拌30s左右，静沉30min。
向2号杯中加入1.5mlPAC溶液，搅拌30s后加入0.1mlPAM溶液，再轻微搅拌30s左右，静沉30min。
向3号杯中加入2mlPAC溶液，搅拌30s后加入0.1mlPAM溶液，再轻微搅拌30s左右，静沉30min。
6.4.3实验现象
对上述1、2、3号烧杯观察发现，使用PAC和PAM两种药剂时，1、2号二个烧杯内絮体明显较3号烧杯大，尤以2号絮体最大，上清液最清澈。
6.4.4检测分析及记录将1～3号烧杯内上清液使用PVF微孔滤膜过滤后检测pH及COD值并记录，同时检测1号烧杯原水的pH及COD值。
6.5实验数据记录
见表2及图2

6.6实验结论
由表二及图二可以得出以下结论：1、该企业废水混凝沉淀最佳为2号水样，其PAC最佳用量为75mg/L；PAM最佳用量为5mg/L。2、经混凝反应后出水pH会有所下降。3、在最佳配比混凝沉淀后废水COD去除率为93.1%。
7.结语
7.1实验结果论述
通过前面的混凝沉淀试验和PVF微孔滤膜过滤试验，得出以下结论：
第一点：针对废纸造纸废水，使用PAC和PAM混凝沉淀，废水中COD去除率能达到72.6%，处理后废水清澈透明。
第二点：使用PVF微孔滤膜处理混凝沉淀试验后废水，废水中COD去除率能达到93.1%。出水清澈透明，大大降低了废水中的COD污染物，使得造纸废水能达到真正意义上的循环使用，节约用水，最大程度上减少了污染物的排放。
7.2微孔PVF滤膜应用前景
国外利用膜分离技术处理造纸废水始于上世纪60年代。从膜技术领域划分为反渗透膜(RO)技术和微滤膜。其中反渗透膜原理为“扩散溶解原理"，而微滤膜工作原理为“筛分原理"。我国近年来发展较快，但是受制于滤膜的价格等多种因素，发展缓慢。
本文研究使用的高分子PVF微孔过滤膜技术属于微滤膜技术领域，运用“筛分原理"，用多孔树脂为原料，经特殊化学缩合反应而成。具有独特的连续树枝状微孔而非通孔。微孔体积高达90%以上。具有液阻小、机械强度高、保渣率大、逆洗性能好，可反复清洗，多次使用，实用性极强。成为大流量、高精度、适应流体粘度范围宽、耐冲击、无组织脱落等五大优点的高级过滤材料。利用膜分离技术可以从根本上解决现有的造纸废水污染，节约水资源，减轻或杜绝废水污染环境，可以实现废水的零排放；同时企业可以扩大生产规模，提升企业形象，实现清洁生产，走上可持续发展道路；实现企业发展和环境保护的双赢的结果。