劉廣立，施漢昌，黃霞，錢 易
環境模擬與污染控制國家重點聯合實驗室，清華大學環境科學與工程系，北京，100084

1.前言

　　造紙工業是造成嚴重環境環境污染的行業之一。對于我國的麥草漿廠，它又具有自身特有的特點。第一，規模小、產量低，大量的草漿廠的生產規模在1萬噸/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，雜細胞多，熱值低的缺點；堿回收難于正常運行，且堿回收率較低，僅為30-50%，最高為70%，同時堿回收工藝投資大，一般造紙廠難以承受。膜分離技術由于具有操作簡單、無相變化、無二次污染的優點而被廣泛關注，在處理造紙廢水的方法中也是人們關注的熱點之一。在國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用較多，在國內采用超濾膜或反滲透膜處理草漿黑液的方法還處于實驗研究階段，國內外還未見有膜分離技術用于處理草漿黑液的應用實例報道，超濾膜的過濾通量低、膜清洗困難、運行費用高是限制其應用的主要障礙。無機膜由于具有耐高溫、耐酸堿、使用壽命長等優點，特別適合在惡劣條件下使用而成為近來研究的熱點之一。
本文通過比較無機微濾膜和有機超濾膜的運行特性和處理效果，無機微濾膜的長期運行特性，探討無機微濾膜應用于草漿黑液回用工藝的可能性。

2.研究方法

　　2.1試驗裝置
　　平板有機超濾膜錯流式過濾裝置，日本三菱公司制造，平均膜壓差：200kPa，膜面流速：1.2m/s。管式無機微濾膜錯流過濾裝置，自制，平均膜壓差：0～400kPa可調，膜面流速：0.5～2.7m/s可調。截留分子量2萬的聚砜超濾膜為日本三菱生產，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。
　　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間。草漿黑液性質如下：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標準重鉻酸鉀法，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.實驗結果與討論

　　3.1無機微濾膜和有機超濾膜的運行效果比較
　　從表1可以看出，0.2微米的微濾膜和截留分子量2萬的超濾膜都能對草漿黑液中的TS、VSS、COD、SiO2和木素有截留效果，其中對二氧化硅和木素的截留均在80%以上，而對VSS和COD的截留效果較低在50%以下，對總固形物的截留效果最差在20%左右。從測定的數值來看，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，當被過濾溶液的濃度很高時，對溶質的截留能力并不僅僅是由膜的孔徑來決定的，而主要是由溶質的性質和濃度來控制，甚至可以改變大孔徑膜的截留性質，使其截留能力得到提高。圖1給出了微濾膜和超濾膜過濾草漿黑液時膜通量隨時間變化的情況，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。麥草制漿的實質就是去除麥草原料中的木質素，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堿回收工藝來實現過程循環，采用微濾膜過濾草漿黑液就能夠分離大部分木素，則透過液就能大部分回用到麥草制漿工藝中去。

表1 無機微濾膜和有機超濾膜過濾草漿黑液的截留效果比較（單位：g·L^-1） 項 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2萬的超濾膜透過液 65 28 40 0.2 25(25) 0.5 0.2微米的氧化鋁微濾膜的透過液 70 35 44 0.4 18(18) 2.7

　　注：各個分析項目的測定值均為平均值，總鈉濃度變化較大，故分開表示，括弧內為相應草漿黑液中總鈉鹽的濃度。

　　3.2無機微濾膜長期運行結果
　　管式陶瓷微濾膜最大可耐壓0.5MPa，可耐高溫800℃，pH值0～14，這為無機微濾膜的穩定長期運行提供了保障。圖2給出了0.2微米氧化鋁微濾膜在不同溫度下的長期運行結果，當溫度為30℃時，平均膜通量達到200L/m2·h，運行時間為376小時；當溫度達到60℃時，平均膜通量達到了400L/m2·h，運行時間為623小時；在整個溫度變化過程中，未進行膜清洗，無機微濾膜連續長期運行達999小時。比常規有機超濾膜的運行周期--每周要清洗2-6次，提高了8倍以上，而相應無機微濾膜的膜通量也大大提高。
　　無機微濾膜具有運行周期長，膜通量大的優點，可以取代有機超濾膜處理草漿黑液。無機微濾膜的透過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荷。