造纸废水膜前预处理技术研究

易汉平，周丽霞，李继定，田继兰，吴珍,*

(1．鄂尔多斯市紫荆创新研究院，内蒙古鄂尔多斯 017000；2．鄂尔多斯应用技术学院 化学工程系，内蒙古鄂尔多斯 017000)

造纸废水是指制浆造纸工艺过程中产生的废水，这种废水成分复杂，属于难处理的几类工业废水之一[1]。目前，我国造纸废水年排放量超过21亿t[2]，较为普遍采用的处理工艺为：造纸废水→纤维回收→沉淀→水解→厌氧处理→好氧处理→Fenton氧化→排放/膜深度处理回用[3]。经过处理后的出水基本达到降级回用要求，但由于可溶性有机物、无机盐等污染物的累积，很难实现封闭循环。要实现造纸废水循环利用和“零排放”要求，必须采用膜分离、蒸发浓缩等技术实现污染物的分离[4]。

膜分离技术是一种高效率、低能耗的污染物分离净化技术，与传统的物理、化学方法相比，可在不引入新组分的条件下达到分离净化目的[5-6]。但膜分离技术对进水的浊度、硬度、有机物、铁硅等含量有较严格要求，污染物含量过高容易引起膜材料的不可逆污堵，增加运行成本，影响水通量[7]。因此，膜分离前的预处理成为膜技术应用的关键环节。

高效集成净水系统（High Effect Integrated Technology，HEIT）依据不同的原水水质和吸附脱附平衡原理、荷叶效应和仿生学原理，结合流体力学模拟（Computational Fluid Dynamics，CFD）成果，构筑和设计了强大的抗污染系统，特别适合工业废水膜前预处理，已经在生活污水、煤矿井下疏干水以及煤化工废水中得到应用[8]。本研究根据造纸废水的水质特征，开发了适合造纸废水膜前预处理的HEIT系统，并对处理效果进行了测试。

1 材料与方法

1.1 设备

高效集成处理设备（HEIT）测试样机（如图1所示），主要包括罐体、过滤材料、布水板、收水口、阀门及管道等，并配套水泵及风机等辅助设备。于6月11日开始全自动运行，连续运行时间约1周。每日8：00—17：00间隔约40 min记录一次设备进出水浊度、产水量以及设备进出水压力。

图1 高效集成处理设备外观图

1.2 指标检测

总氮（TN）、总磷（TP）、化学需氧量（CODCr）和色度指标检测方法参照《水和废水监测分析方法（第四版）》[9]。

2 结果与分析

2.1 设备进、出水浊度测试

HEIT测试设备进、出水浊度检测结果如图2所示。从图2可以看出，由于前端生化处理效果较好，进入测试设备的进水浊度较低。在进水浊度为1 NTU左右条件下，测试设备仍取得了较好的去除效果，1#、2#出水浊度基本保持在0.5 NTU以下。通过统计分析，HEIT测试设备进水浊度在0.67～1.70 NTU，平均浊度0.962 NTU；1#产水浊度在0.16～0.57 NTU，1#平均产水浊度0.311 NTU；2#产水浊度在0.14～0.52 NTU，平均产水浊度0.261 NTU。1#、2#平均浊度去除率分别约为65.7%和71.6%。

图2 测试设备进、出水浊度检测值

2.2 压力损失测试

本次测试样机采用双罐串联运行，设置1#清洗周期为6 h，2#清洗周期为12 h。从图3可以看出，1#运行压力损失在0.020～0.035 MPa，通过周期性运行及自动清洗，设备压力损失得到恢复，未出现不可恢复性污堵状况。此外，2#罐出水为放空，压力未检测。

图3 测试设备运行压力损失测试

2.3 其他项目检测

测试期间每日对设备进水、出水总氮（TN）、总磷（TP）、化学需氧量（CODCr）、色度等指标进行检测，检测结果如表1所示。

表1 TN、TP、CODcr及色度指标检测结果

从表1可以看出，HEIT测试设备除了对水中浊度有较好的去除效果外，对TN、TP、CODCr、色度污染物也有少量去除。HEIT对TN和TP去除率约为20%，对CODCr去除率约5%，并能使水样色度降低约10%。HEIT对水中TN、TP、CODCr、色度的去除可能是通过对水中悬浮物及胶体颗粒的截留，使吸附在颗粒物上的氮、磷及有机污染物一并去除达到的。表1中TN、TP、CODCr的去除率出现了少数零值和负值，可能是由检测误差引起的。

3 结论

（1）对于浊度约为1 NTU的进水，出水浊度最低降至0.14 NTU，1#、2#平均产水浊度分别为0.311 NTU和0.261 NTU，1#、2#平均产水浊度去除率分别为65.7%和71.6%。

（2）HEIT设备运行过程中压力损失小，1#运行压力损失0.020～0.035 MPa，通过周期性运行及自动清洗，设备压力损失得到恢复，未出现不可恢复性污堵状况，说明该净水系统可作为造纸废水膜前处理技术进行推广。