连续微滤和反渗透集成工艺深度处理造纸废水

收稿日期院2007-11-26作者简介院叶丰渊1974原冤袁男袁工程师.E-mail院[e-mail]连续微滤和反渗透集成工艺深度处理造纸废水叶丰1袁戴晶2袁马春明3袁张玉忠3袁李泓3渊1援宁波市环境保护科学设计研究院袁浙江宁波315012;2.宁波杉海科技创业投资有限公司浙江宁波315176曰3.天津工业大学中空纤维膜材料与膜过程教育部重点实验室袁天津300160冤摘要院针对经絮凝剂聚合氯化铝预处理之后的造纸厂缺氧/好氧渊A/O冤污水处理系统二沉池出水袁采用中试规模的连续微滤渊CMF冤和反渗透渊RO冤集成工艺进行深度处理袁研究了CMF+RO集成工艺的处理效果.试验结果表明袁CMF产水各项指标满足RO进水要求袁CODCr平均87.7mg/L袁悬浮固体3.1mg/L袁浊度0.17NTU袁色度23.4PCU袁去除率分别高达39%尧85.7%尧98.3%和48.2%曰RO产水CODCr平均3.2mg/L袁浊度0.07NTU袁色度4.1PCU袁电导率41.8滋S/cm袁脱盐率高达99%袁满足造纸工艺回用水的要求.关键词院连续微滤曰反渗透曰膜集成工艺曰水回用中图分类号院TS102.528.1曰X793文献标识码院A文章编号院员远苑员原园圆源载渊圆园园8冤园2原园园44原园4TreatmentofpapermillwastewaterbycontinuousmembranefiltrationandreverseosmosisintegratedmembraneprocessYEFeng1袁DAIJing2袁MAChun-ming3袁ZHANGYu-zhong3袁LIHong3渊1.NingboEnvironmentalProtectionScientificResearchandDesignInstitute袁Ningbo315012袁China曰2.NingboShanhaiScienceandTechnologyInvestmentCoLtd袁Ningbo315176袁China曰3.KeyLaboratoryofHollowFibreMembraneMaterialandMembraneProcessofMinistryofEducation袁TianjinPolytechnicUniversity袁Tianjin300160,China冤Abstract院Apilot-scaledcontinuousmembranefiltration渊CMF冤andreverseosmosisintegratedtechnicsisusedforthetreatmentofsecondarysedimentationtankeffluentinananaerobic/aerobictreatmentsystemfromapapermillafterpretreatedbyusingPACasflocculant.TheresultsshowthattheCMFpermeatesatisfiesallrequirementsofROinfluent袁whichCODCr袁SS袁turbidityandchromaare87.7mg/L袁3.1mg/L袁0.17NTUand23.4PCUonav鄄eragerespectively袁andtheremovalsofCODCr袁SS袁turbidityandchromaarehighto39%袁85.7%袁98.3%and48.2%bytheCMFsystem.ROpermeatemeetstherequirementsofwaterqualityforpapermanufacturingineveryaspects袁whichCODCr袁turbidityandchromais3.2mg/L袁0.07NTUand4.1PCUonaveragerespectively袁conduc鄄tivityislessthan41.8滋S/cm袁andsaltsrejectionishighto99%.Keywords院continuousmembranefiltration曰reverseosmosis曰integratedmembranetechnology曰waterreuse我国造纸废水排放量在工业废水中居第二位[1].主要有制浆废液渊黑液冤尧漂白废水和造纸白水3个来源.造纸废水为高浓度有机废水袁含木素尧残碱尧硫化物尧氯化物等污染物.其特点是废水量大袁COD高袁废水中的纤维悬浮物多袁而且含二价硫袁带色袁并有硫醇类恶臭气味.膜分离技术作为一种新型高效的水污染防治方法袁已于1967年应用于造纸工业袁1970年代初开始中试和工业化.美国尧挪威尧芬兰和瑞典等国采用膜分离技术处理造纸红液尧黑液和漂白废水袁生产工艺已经较成熟.随着我国水资源的日益紧缺以及水污染的加重袁国家对用水和排水量巨大的造纸业管理也日趋严格.因而袁寻求一种能够有效处理造纸废水并能最大程度回收再利用的方法显得尤为迫切.国内近年也将膜分离技术引入制浆造纸工业中袁应用于制浆废液尧漂白废水尧造纸白水及中段废水的深度处理.本文采用中试规模的连续微滤和反渗透集成工艺深度处理造纸厂二沉池出水袁系统研究了双膜法处理造纸废水的效果.第圆7卷第2期圆园园8年4月天津工业大学学报允韵哉砸晕粤蕴韵云栽陨粤晕允陨晕孕韵蕴再栽耘悦匀晕陨悦哉晕陨灾耘砸杂陨栽再Vol.27No.2April2008PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建www.fineprint.cn第2期1实验部分1.1实验材料废水来源于南方某造纸厂二沉池出水.该造纸厂废水主要由化学木浆废水尧废纸脱墨废水尧造纸废水和生产上的其它废水组成袁该厂现有污水处理系统主要工艺为缺氧/好氧渊A/O冤生化处理.连续微滤渊CMF冤膜组件采用天津工业大学研制的内压式亲水性聚醚砜中空纤维微滤膜组件渊准160mm伊1790mm冤1根袁膜总面积17.5m2袁孔径0.1滋m.反渗透渊RO冤膜组件采用海德能LFC3-LD型8英寸组件袁共2根袁膜总面积74.4m2.1.2实验方法实验工艺流程如图1所示.CMF进水为原污水处理系统混凝沉淀预处理后的二沉池出水.絮凝剂聚合氯化铝渊PAC冤浓度提前在实验室确定袁取200mL二沉池出水水样袁投加PAC袁电磁搅拌10min袁静置沉降30min袁取上清液测试水质袁由此确定溶液中PAC的最佳用量.CMF进水经过给水离心泵通过保安过滤器打入CMF组件袁CMF浓水回流到CMF进水罐袁出水进入CMF出水罐.CMF为恒流量1.7m3/h运行袁出水通过反洗泵可实现对CMF系统的反洗操作袁进水通过给水泵可实现对系统的正向冲洗操作.CMF出水作为RO系统进水袁经给水泵尧保安过滤器和加压泵进入RO膜组件袁RO浓水通过阀门控制可以全部排放袁也可部分回流到CMF出水罐实现较大的RO系统回收.RO系统以1.0m3/h运行袁回收率为60%袁RO出水进入RO出水罐并溢流排出.CMF和RO系统的操作均由可编程逻辑控制器渊PLC冤控制袁液位计可控制CMF进水罐和产水罐的液位袁两系统的压力和RO进出水电导均可实现电脑自动采集.CMF给水泵和RO高压泵经PLC控制变频器改变泵的运行频率袁以节省能耗.1.3检测方法由于造纸工业取水量和废水排放量均需降低袁该厂计划回用部分经处理后的废水到生产工艺中袁回用水水质标准见表1.实验中CODCr检测采用重铬酸钾法曰悬浮固体SS检测采用重量法曰浊度检测采用分光光度法曰色度检测采用铂钴比色法曰电导率检测采用电极法曰pH值检测采用玻璃电极法.2结果与讨论2.1二沉池出水絮凝预处理效果二沉池出水水质为院CODCr=191.8mg/L袁SS=13mg/L袁浊度31.5NTU袁电导率为1630滋S/cm袁pH值为6~9.经不同浓度的PAC处理之后袁其水质各项指标如表2所示.从表2可以看出袁当PAC质量浓度为30mg/L时袁上清液CODCr和SS最低袁分别为163.24mg/L和2mg/L袁去除率分别为14.9%和84.6%曰浊度为0.641NTU袁去除率为98%.从絮凝后上清液水质可以看出袁溶液中PAC的浓度为30mg/L时效果最好.2.2CMF+RO系统处理效果2.2.1CODCr去除效果CMF+RO系统进出水CODCr比较如图2所示袁CODCr去除效率如图3所示.从图2尧图3可以看出袁CMF进水CODCr最低86mg/L袁最高141mg/L袁平均111.7mg/L曰CMF出水CODCr最低73.8mg/L袁最高110mg/L袁平均87.7mg/L曰CMF对CODCr的去除率最高不过39%袁平均20.7%.RO浓水CODCr较高袁平均171.1mg/L袁最高达213mg/L曰产图1CMF+RO系统工艺流程图Fig.1SchematicdiagramofCMF+ROsystem表1回用水水质标准Tab.1StandardofreusedwaterqualityCODCr/（mg·L-1）SS/（mg·L-1）pH电导率/（滋S·cm-1）色度/PCU浊度/NTU臆10106.5~7.5臆400臆10臆1.0表2二沉池出水絮凝效果Tab.2Effectofflocculationonsecondarytankeffluent絮凝剂质量浓度/（mg·L-1）pHCODCr/（mg·L-1）SS/（mg·L-1）浊度/NTU电导率/（滋S·cm-1）107.65182.7170.9151780207.45175.6330.8381750307.48163.2420.6411730407.30167.6420.6201700506.86172.3420.3551610607.45168.5120.7211760707.80176.6840.6461790CMF工艺过程液位计进水罐给水泵流量计进水保安过滤器压力表CMF膜组件球阀反洗泵出水罐给水泵加压泵RO膜组件出水罐RO工艺过程进水保安过滤器叶丰袁等院连续微滤和反渗透集成工艺深度处理造纸废水45要要PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建www.fineprint.cn天津工业大学学报第27卷水CODCr很低袁平均3.2mg/L袁最高4.1mg/L曰RO对CODCr的去除率较高袁平均达到96.3%袁此结果与文献[2]报道的相近袁RO产水满足造纸工艺用水标准对CODCr的要求.CMF和RO对CODCr的去除完全依靠物理截留作用袁进水CODCr的高低及组成对CMF产水CODCr有直接影响.有许多学者得出生物处理出水的分子量分布具有双峰特征袁如Grady认为二级生物处理出水中绝大部分物质相对分子质量低于1000或高于100000.CMF进水恰为二级生物处理二沉池出水[3]袁微滤膜一般能截留直径0.05~10滋m的微粒或相对分子质量大于100000万的高分子物质袁故此CMF对CODCr的去除率不是很高.RO膜的孔径有的仅为0.1nm袁截留相对分子质量在100~200之间袁能够去除水中可溶性固体尧各种金属离子尧细菌和病毒袁所以对CODCr的去除率平均能高达96.3%.RO浓水CODCr值较高袁平均171.1mg/L袁高于排放标准的150mg/L.这主要是因为膜的截留主要是物理作用袁CODCr在总量上并不能降低袁要解决这个问题有待于加强前面的生化作用对CODCr的去除.2.2.2浊度的去除效果CMF+RO系统进出水浊度比较如图4所示.由图4可知袁二沉池出水经絮凝沉淀后浊度降到最高8.82NTU袁最低3.36NTU袁平均5.27NTU袁说明絮凝沉淀能有效降低二沉池出水浊度.经过CMF处理袁浊度进一步降低到最高0.23NTU袁最低0.09NTU袁平均0.17NTU袁去除率最高98.3%袁平均96.7%袁满足RO进水对浊度的要求.RO产水浊度平均只有0.07NTU袁满足造纸工艺用水要求.RO浓水浊度平均0.27NTU袁最高0.3NTU.2.2.3色度去除效果CMF+RO系统进出水色度比较如图5所示.从图5可以看出袁