劉廣立，施漢昌，黃霞，錢(qián) 易
環(huán)境模擬與污染控制國(guó)家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，北京，100084

1.前言

　　造紙工業(yè)是造成嚴(yán)重環(huán)境環(huán)境污染的行業(yè)之一。對(duì)于我國(guó)的麥草漿廠，它又具有自身特有的特點(diǎn)。第一，規(guī)模小、產(chǎn)量低，大量的草漿廠的生產(chǎn)規(guī)模在1萬(wàn)噸/年左右；第二，由于草漿的原料是稻麥草，與木材相比，具有硅含量高，雜細(xì)胞多，熱值低的缺點(diǎn)；堿回收難于正常運(yùn)行，且堿回收率較低，僅為30-50%，最高為70%，同時(shí)堿回收工藝投資大，一般造紙廠難以承受。膜分離技術(shù)由于具有操作簡(jiǎn)單、無(wú)相變化、無(wú)二次污染的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛關(guān)注，在處理造紙廢水的方法中也是人們關(guān)注的熱點(diǎn)之一。在國(guó)外采用超濾膜或反滲透膜處理漂白廢水或中段廢水的研究和應(yīng)用較多，在國(guó)內(nèi)采用超濾膜或反滲透膜處理草漿黑液的方法還處于實(shí)驗(yàn)研究階段，國(guó)內(nèi)外還未見(jiàn)有膜分離技術(shù)用于處理草漿黑液的應(yīng)用實(shí)例報(bào)道，超濾膜的過(guò)濾通量低、膜清洗困難、運(yùn)行費(fèi)用高是限制其應(yīng)用的主要障礙。無(wú)機(jī)膜由于具有耐高溫、耐酸堿、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，特別適合在惡劣條件下使用而成為近來(lái)研究的熱點(diǎn)之一。
本文通過(guò)比較無(wú)機(jī)微濾膜和有機(jī)超濾膜的運(yùn)行特性和處理效果，無(wú)機(jī)微濾膜的長(zhǎng)期運(yùn)行特性，探討無(wú)機(jī)微濾膜應(yīng)用于草漿黑液回用工藝的可能性。

2.研究方法

　　2.1試驗(yàn)裝置
　　平板有機(jī)超濾膜錯(cuò)流式過(guò)濾裝置，日本三菱公司制造，平均膜壓差：200kPa，膜面流速：1.2m/s。管式無(wú)機(jī)微濾膜錯(cuò)流過(guò)濾裝置，自制，平均膜壓差：0～400kPa可調(diào)，膜面流速：0.5～2.7m/s可調(diào)。截留分子量2萬(wàn)的聚砜超濾膜為日本三菱生產(chǎn)，0.2微米管式氧化鋁陶瓷微濾膜為江蘇久吾高科公司生產(chǎn)。
　　2.2草漿黑液
　　取自山東省安丘造紙廠，硫酸鹽法麥草制漿蒸煮車(chē)間。草漿黑液性質(zhì)如下：pH11，COD75~89g·l-1，TS82~92g·l-1，VSS38~53g·l-1，木素20～31g·l-1，二氧化硅0.8~3.2g·l-1。
　　2.3分析方法
　　COD標(biāo)準(zhǔn)重鉻酸鉀法，TS和VSS重量法，木素酸析法，二氧化硅重量法，總鈉鹽原子吸收法。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

　　3.1無(wú)機(jī)微濾膜和有機(jī)超濾膜的運(yùn)行效果比較
　　從表1可以看出，0.2微米的微濾膜和截留分子量2萬(wàn)的超濾膜都能對(duì)草漿黑液中的TS、VSS、COD、SiO2和木素有截留效果，其中對(duì)二氧化硅和木素的截留均在80%以上，而對(duì)VSS和COD的截留效果較低在50%以下，對(duì)總固形物的截留效果最差在20%左右。從測(cè)定的數(shù)值來(lái)看，超濾膜的截留效果要高于微濾膜的截留效果，但并不是和兩者的孔徑大小成正比，截留分子量2萬(wàn)的超濾膜的膜孔徑約為10nm，而微濾膜的膜孔徑是0.2μm，兩者的膜孔徑相差100倍，而兩者的截留效果的差別卻不是很大。這表明，當(dāng)被過(guò)濾溶液的濃度很高時(shí)，對(duì)溶質(zhì)的截留能力并不僅僅是由膜的孔徑來(lái)決定的，而主要是由溶質(zhì)的性質(zhì)和濃度來(lái)控制，甚至可以改變大孔徑膜的截留性質(zhì)，使其截留能力得到提高。圖1給出了微濾膜和超濾膜過(guò)濾草漿黑液時(shí)膜通量隨時(shí)間變化的情況，雖然超濾膜的截留效果要好于微濾膜的截留效果，但是其膜通量在10L/m2·h以下，遠(yuǎn)低于同樣條件下微濾膜的膜通量。微濾膜的膜通量為50L/m2·h，是超濾膜的5倍。麥草制漿的實(shí)質(zhì)就是去除麥草原料中的木質(zhì)素，草漿黑液中由于木素含量太高而不能全部回用到麥草制漿工藝中去，目前還不得不采用將水分蒸干再燃燒去除木素的傳統(tǒng)堿回收工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)程循環(huán)，采用微濾膜過(guò)濾草漿黑液就能夠分離大部分木素，則透過(guò)液就能大部分回用到麥草制漿工藝中去。

表1 無(wú)機(jī)微濾膜和有機(jī)超濾膜過(guò)濾草漿黑液的截留效果比較（單位：g·L^-1） 項(xiàng) 目 TS* VSS* COD* SiO2* 總鈉* 木素* 草漿黑液 89 51 86 2.9 18-25 25 截留分子量2萬(wàn)的超濾膜透過(guò)液 65 28 40 0.2 25(25) 0.5 0.2微米的氧化鋁微濾膜的透過(guò)液 70 35 44 0.4 18(18) 2.7

　　注：各個(gè)分析項(xiàng)目的測(cè)定值均為平均值，總鈉濃度變化較大，故分開(kāi)表示，括弧內(nèi)為相應(yīng)草漿黑液中總鈉鹽的濃度。

　　3.2無(wú)機(jī)微濾膜長(zhǎng)期運(yùn)行結(jié)果
　　管式陶瓷微濾膜最大可耐壓0.5MPa，可耐高溫800℃，pH值0～14，這為無(wú)機(jī)微濾膜的穩(wěn)定長(zhǎng)期運(yùn)行提供了保障。圖2給出了0.2微米氧化鋁微濾膜在不同溫度下的長(zhǎng)期運(yùn)行結(jié)果，當(dāng)溫度為30℃時(shí)，平均膜通量達(dá)到200L/m2·h，運(yùn)行時(shí)間為376小時(shí)；當(dāng)溫度達(dá)到60℃時(shí)，平均膜通量達(dá)到了400L/m2·h，運(yùn)行時(shí)間為623小時(shí)；在整個(gè)溫度變化過(guò)程中，未進(jìn)行膜清洗，無(wú)機(jī)微濾膜連續(xù)長(zhǎng)期運(yùn)行達(dá)999小時(shí)。比常規(guī)有機(jī)超濾膜的運(yùn)行周期--每周要清洗2-6次，提高了8倍以上，而相應(yīng)無(wú)機(jī)微濾膜的膜通量也大大提高。
　　無(wú)機(jī)微濾膜具有運(yùn)行周期長(zhǎng)，膜通量大的優(yōu)點(diǎn)，可以取代有機(jī)超濾膜處理草漿黑液。無(wú)機(jī)微濾膜的透過(guò)液可以回用到麥草制漿工藝中，從而消減了造紙廠的污染負(fù)荷。