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摘 要

制浆和造纸工业是是典型的高耗水高排放行业。制浆造纸不同工艺过程中产生的大量的成分复杂的废水，对环境有着显著的影响。因此，有必要对废水进行处理和回收，以减少新鲜水的消耗和废水处理厂能耗。废水回用已成为造纸企业减少废水排放、节约新鲜用水的重要手段。膜技术是被认为解决造纸行业废水回用问题的关键技术之一。由于纳滤膜对钙、镁等二价离子的有着较好的截留作用，反应过程中不需要添加其他化学物质，较低的操作压力，高通量和低能耗，纳滤膜在处理造纸废水方面具有一定的应用前景。

本文采用DL有机纳滤膜软化造纸废水，考察操作条件（跨膜压差、温度、流量）对废水软化效果的影响，得到最优的操作条件：流量=200 L/h、温度=30 ^oC、压强=1.2 MPa。在最优条件下，纳滤膜对硬度的去除率为95.7%，废水回收率能够达到80%，渗透侧水质达到废水排放要求。

关键词：造纸废水 纳滤膜 硬度 操作条件

Study on the softening treatment of paper mill wastewater by nanofiltration membrane

Abstract

Pulp and paper industry is a considerable consumer of freshwater and an important source of wastewater. The wastewater, generated during various stages of pulping and papermaking activities, significantly impacts on the environment. There is a need to deal with and recycle the wastewater for reducing the freshwater consumption and the wastewater treatment plant capacity. Due to higher rejection of divalent ions such as calcium and magnesium without an addition of secondary chemicals, lower operating pressure, higher flux and lower energy consumption, nanofiltration (NF) as a promising and innovative membrane process is expected to purify wastewater.

A typical polyamide NF membrane, DL, was used in the softening of paper mill wastewater. The effects of operating conditions, such as transmembrane pressure (TMP), (CFV) flow rate (Q) and temperature (T), on softening were investigated. Optimal operating conditions was obtained at Q=200 L / h, T=30 ^oC, TMP=1.2 MPa. Under the optimized conditions, 95.7% removal ratio of total hardness and 80% water recovery were obtained and the quality of permeate met the wastewater reuse standard.

Keywords: Paper mill wastewater, Nanofiltration, Hardness, Operating conditions

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 造纸工艺及废水成分 1

1.1.1 造纸工艺 1

1.1.2 造纸废水成分及危害 1

1.2 国内外造纸废水处理现状 2

1.2.1 造纸废水的处理工艺 2

1.2.2 造纸废水的回用现状及问题 4

1.3 膜分离法在造纸废水回用中的应用 5

1.3.1 微滤 5

1.3.2 超滤 5

1.3.3 纳滤 6

1.3.4 反渗透 6

1.3.5 膜组合工艺 6

1.4 本文研究内容及目的 6

第二章 实验装置及分析方法 8

2.1 有机膜装置及计算方法 8

2.1.1 平板有机膜实验装置 8

2.1.2 实验仪器 8

2.1.3 废水水质 8

2.1.4 实验用膜 9

2.1.5 计算方法 9

第三章 操作条件对膜过滤性能的影响 10

3.1 引言 10

3.2 温度对渗透通量及截留率的影响 10

3.2.1 温度对渗透通量的影响 10

3.2.2 温度对截留率的影响 11

3.3 流量对渗透通量及截留率的影响 12

3.3.1 流量对渗透通量的影响 12

3.3.2 流量对截留率的影响 12

3.4 跨膜压差对渗透通量及截留率的影响 13

3.4.1 跨膜压差对渗透通量的影响 13

3.4.2 跨膜压差对截留率的影响 14

3.5 水回收率对渗透通量及截留率的影响 14

3.5.1 水回收率对渗透通量的影响 14

3.5.2 水回收率对截留率的影响 15

第四章 结论 17

参考文献 19

致谢 22

第一章 文献综述

1.1造纸工艺及废水成分

1.1.1 造纸工艺

根据造纸所需的pH条件可以分为酸法制浆造纸工艺和碱法制浆造纸工艺。根据造纸工艺不同，又可以把造纸废水分为酸法制浆造纸废水和碱法制浆造纸废水^[1]。

无论是酸法制浆造纸工艺还是碱法制浆造纸工艺都是要把纤维素与木质素分离。木素的相对分子量大致范围为1500-2500，具有一定分散性、粘合性，而且不溶于水，但是可溶于碱性溶液(pHgt;l0)，也可溶于二甲基甲酸胺和丙酮^[2]。

1.1.2 造纸废水成分及危害

国内化学制浆造纸排放的废水一般由黑水、中段废水、白水三部分组成，来自不同阶段的废水中污染物种类和浓度有较大差别。

1. 黑液

制浆蒸煮废液排放的黑废水称为黑液，黑液中含有很多的无机盐、色素及固体纤维，污染物种类繁多、浓度很高。黑液中的污染物占废水总污染物的90%以上，污染物一般情况下很难降解。黑液能够使周围水体变黑，产生及其难闻的恶臭味；其BOD₅的浓度高，可达40 kg/L，并消耗大量溶解氧，恶化水体水质。

1. 中段废水

漂白、筛选、洗涤过程中而产生的废水称为中段废水。中段废水呈深黄色，与黑液的组成相进，但是其污染物浓度比黑液低。漂白废水污染物浓度相对较低，但是SS和BOD₅值比较高，中段废水中的COD浓度需经进一步处理才能排放。中段废水是造纸企业毒性污染物质的主要来源，含有的化合物生物降解速率比较慢，难以用生化的方法处理。

1. 白水

抄纸机产生的废水称为白水。白水中含有大量细小纤维、填料和木材成份，还含有胶料、湿强剂、防腐剂等添加剂，几乎不可用于生化处理。白水具有较大的水量，但其有机物浓度远低于黑液和中段废水。

1.2 国内外造纸废水处理现状

1.2.1 造纸废水的处理工艺

治理造纸工业污染的主要任务是造纸废水的处理，造纸废水的特点在于含有较高的BOD₅、COD、SS和色度。废水水质也因纸产品的排水量而不同。

(l) 回收黑碱液法

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