1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

膜技术用于造纸废水回用的工艺研究

1课题背景

1.1造纸废水深度处理的必要性

造纸工业是水资源消耗大户^[1]，据最近几年的统计表明，我国大部分造纸企业平均每生产一吨浆纸将会消耗103m³的水^[3]，而国际上先进水平为平均每吨用水量为35-50 m^{3 [11]}，由此可见，造纸技术与国外相比还有很大的差距。我国是世界上严重缺水的国家之一，水资源短缺已成为制约我国经济和社会发展的重要因素，如何节约用水已成为造纸工业发展的一个重要环节。此外，造纸企业还是废水排放大户，也是环境污染的主要行业。在美国，造纸工业是继冶金和化工行业之后的第三大污染企业；据统计，在加拿大约50%的废水源自造纸厂。2010年，据我国相关环保部门统计造纸废水排放量达到39.7亿吨，约占排放废水总量的18.7%。排放污水中的化学耗氧量（COD）达到95.22万吨，约占总排放量的26%，居第一位。

我国造纸工业的高增长和我国经济高增长相适应。回归分析我国纸和纸板总消费量与GDP总量，二者的线性相关系数为0.9857，相关性很高，造纸工业发展和国家经济发展息息相关。根据国家环保部统计的数据，我国县及县以上造纸及纸制品工业废水排放量占全国工业总排放量的18.7%，其中处理排放达标量占造纸工业废水总排放量的49.3%，排放废水中COD约占全国工业COD总排放量的26%。近年来经多方不懈努力，造纸工业水污染防治已经取得了一定的成绩，虽然纸及纸板产量逐年增加，但排放废水中的COD却逐年降低。由此看出，造纸工业初步实现了”增产减污”的目标。但目前造纸行业约占排放总量50%的废水尚未进行达标处理，废水污染防治任务还任重道远。

1.2课题意义

目前，国内造纸企业的综合废水大多采用一级沉降、二级生化处理的方法进行处理。实践证明，这种方法在一定程度上可大幅度降低造纸废水的污染负荷，是造纸废水处理较为成熟的技术^[12]。但由于造纸废水污染的特殊性，传统方法处理后排放水的污染负荷仍然较高，色度也较深，排入水体后严重影响受纳水体的生态环境。随着人们环保意识的不断增强以及国家相关法律法规的不断健全，排放废水的污染指标也在不断提高；另一方面，水资源日益紧缺，用水问题已经成为制约造纸企业发展的主要问题。因此，进行造纸废水深度处理方面的研究，对于解决造纸企业的污染、保护生态环境具有重要的现实意义。

2 研究进展

2.1造纸废水的来源与特点

造纸废水成分复杂，除含有大量无机盐外，还含有部分有机物，如淀粉、糖类、木质素衍生物、蛋白、表面活性剂的降解物等，造纸废水主要有蒸煮工段废水、中段水和白水。其中蒸煮段废水所含的造纸工业污染物最多，达到90%以上，其次是中段废水，最后是白水。蒸煮废水高浓度、难降解；中段废水和白水具有可生化性差，有机物难以降解的特点。具体的各工段污染物见表1。

表1 造纸废水污染物一览表

2.2造纸废水生化处理的特点

生化法是利用微生物降解代谢有机物为无机物来处理废水^[7]。通过人为创造适于微生物生存和繁殖的条件，使之大量繁殖，以提高其氧化分解有机物的效率。根据使用微生物的种类，可以分为好氧法、厌氧法和生物酶法。

经过生化法处理以后的造纸废水具有的水质特征^[13]（1）成分复杂、色度高（2）可生化性差（3）生物毒性。由上述可以看出经过生化处理以后的造纸废水除含有日常的好氧有机物外，还含有很多可能对环境和人类造成危害的微量有机物^[14]，因此需要对水进行深度处理，去除其中的有机污染物和微量的化学元素。当然，考虑到水资源的浪费，经过深度处理以后的水能够达到工艺水的用水要求，使水资源能够充分利用。

2.3造纸废水深度处理方法

2.3.1混凝沉淀法

混凝沉淀处理技术的最新进展主要集中在新型混凝剂的研制和开发上。近年来，混凝剂逐渐由低分子向高分子方向发展，由无机向有机方向发展,由单一型向复合型、合成型向天然型方向发展,混凝剂产品也逐渐呈现多样化、专门化、环保化。复合型高分子混凝剂具有絮凝效果好、适用范围广等优点，是造纸废水混凝剂研究和开发的重点，如新型的铝铁、铝硅、硅铝、硅铁等复合混凝剂。同时，由于对处理水质要求的逐步提高，需要的混凝剂应该是环保的、不会给水质带来新的污染的药剂,这方面微生物混凝剂有着特殊的优势。所以，随着微生物混凝剂的深入研究，微生物混凝剂取代部分传统的无机高分子絮凝剂和合成有机高分子混凝剂将成为一种趋势^[15]。

2.3.2高级氧化法

高级氧化法是近年研究较多的造纸废水处理的新方法。高级氧化法泛指氧化过程中有大量羟基自由基参与的深度化学氧化过程，其最大特点是使用范围广、处理效率高、反应迅速、二次污染小、可回收能量及有用物质等。它的这些优点使其在难处理的造纸废水的深度处理中有较好的应用前景。高级氧化法主要包括Fenton法、湿式氧化法、电化学氧化法、超临界水法、超声波法、光催化氧化法等。在众多的高级氧化法中，近年来研究最多的是光催化氧化法和Fenton法。目前光催化氧化技术所采用的多为悬浮相体系，虽然降解效率高，但因催化剂粉末颗粒细小，回收很困难，易造成随水流失浪费和二次污染，以及针对造纸废水来说其处理成本相对偏高等问题。

2.3.3 吸附处理

废水经过活性炭和硅藻土等多孔载体时会将水中的有机物等大分子物质吸附。该方法的特点是能够吸附水中的有机物，降低COD值；吸附工艺的设备简单，但吸附饱和后需要再生，操作极不方便；运行成本较高，每吨水费用约1.5~2.5元，一般作为絮凝处理的后处理。

2.3.4生态处理法

生态处理法是指在自然条件下通过环境生物的代谢过程净化废水。目前该方法已成为研究与应用的热点，其中氧化塘和人工湿地研究与应用最多。它们的共同特点是能耗低、管理简便、运行费用低，并可实现多种生态系统的组合，有利于废水的综合利用。但是，该方法存在枯死衰退、杂草从生、根系扩展较浅、占地面积大、长期运行会发生基质淤积和管道堵塞等问题，因此还需进一步研究。

2.3.5 膜处理法

膜分离技术是利用特殊的薄膜对废水中的某些成分进行选择性透过的方法的统称，按照膜孔径的大小可分为微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)、电渗析(ED)等各种膜的区别见表2。

表2 MF、UF、NF、RO的区别

膜分离处理技术是在20世纪初出现、20世纪60年代迅速崛起的一门分离新技术^[8]。膜分离法用来处理造纸废水的历史不长，但发展却比较迅速。它是一种新兴的分离、净化和浓缩技术，相较于常规法有很多优点：设备占地面积小，操作环境好，运行简单，维护方便，处理效率高，无二次污染，没有污泥产生等。

我国膜分离技术在造纸废水深度处理领域的应用与世界先进水平还有一定差距。膜分离技术在造纸废水深度处理中可产生高质量的中水，实现废水的高层次回用，因此应用前景广阔^[4]。在今后的研究中，开发强度高、寿命长、抗污染、通量高的膜材料，并着重解决膜污染与浓度差极化等问题^[6]，妥善处理浓缩水，是膜分离法在造纸废水深度处理中大规模应用需要解决的问题。

参考文献

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

本课题采用反渗透膜对造纸废水进行深度处理以达到工艺用水的相关质量指标。实验使用久吾高科股份有限公司生产的2540有机膜过滤设备和陶氏生产的反渗透膜，以期找到最优操作条件和ro膜污染原因。本课题主要通过以下方法解决上述问题：

1、通过考察不同操作条件如温度、ph、跨膜压力等对通量和出水水质的影响，找到最优操作条件。

2、使用活性炭去除废水中部分有机物，将活性炭处理前后的废水进行ro处理，通过比较相同操作条件下的渗透通量确定有机物和无机盐对通量影响的大小。