[发明专利]基于膜集成技术处理造纸废水及回用的工艺方法

说明书

【技术领域】

本发明属于环境保护的废水处理技术领域，特别涉及一种造纸废水处理与回用的环境污染治理新技术。

【背景技术】

随着造纸工业的发展，其生产过程中排放的废水已经成为当前最主要的水体污染源之一。目前，我国有大中小型造纸厂总数10000余家，造纸废水中的BOD₅年排放量200多万吨，占全国废水总排放中BOD₅的25％，年排放废水量高达40多亿立方米，占全国废水总排放量的十分之一，在工业废水中居第二位。虽然我国水资源总量居世界第6位，但只拥有世界淡水量的7％，是水资源短缺的国家，为世界12个贫水国家之一。因此，开发造纸废水的处理及回用技术对促进生态环境保护与造纸工业可持续发展非常紧迫，具有重要的现实意义。

造纸废水为高浓度有机废水，含木素、残碱、硫化物、氯化物等污染物，其特点是废水量大，COD含量高，废水中的纤维悬浮物多，而且含二价硫，带色，并有硫醇类恶臭气味。造纸废水主要有三个来源：制浆废液(黑液)、中段水、纸机白水。目前造纸废水处理的主要方法主要有物理法、化学氧化法以及生物处理方法。

物理方法主要包括吸附法、气浮法、絮凝法等方法。吸附法主要利用某些具有非常大的比表面积的物质产生的吸附现象吸附溶解性的有机物，但对胶体以及SS等不溶性物质却不能去除。气浮法净化水处理技术的原理是在废水中最大限度地引人大量微小气泡，同时加入絮凝剂或浮选剂，使水中杂质、微粒等细小悬浮物与气泡互相粘附，形成整体密度小于水的浮体，然后依靠浮力上浮至水面并被除去，实现固液分离，从而达到净化废水的目的。高分子絮凝剂具有良好的絮凝、脱色能力并且使用操作方便。一般来说，絮凝法只能去除废水中的大颗粒物质，如进一步净化废水还需更深的处理。

化学氧化法主要是利用化学反应，转化、分离、回收处理废水中的污染物质，包括水热氧化法、光催化氧化、湿式氧化法、超临界水氧化法等。水热氧化技术是一种有效的新型化学氧化技术，它是在高温高压的操作条件下，在热水相中用空气或氧气以及其它氧化剂，将造纸废水中的溶解态和悬浮态的有机物或者还原态无机物在热水相中氧化分解，水热氧化技术的明显特征就是反应在热水相中进行，所以能耗较高。虽然光催化氧化法显示出良好的应用前景，但真正用于工业上仍需继续研究。采用湿式氧化法处理造纸黑液，控制一定的反应温度、压力，使黑液中有机物氧化降解，处理后废水CODc_r去除率可达90％以上。在超临界的状态下水成为非极性有机物和氧的良好溶剂，这样有机物的氧化反应就可以在富氧的均相中进行，不受相间转移的限制而使造纸废水中所含的有机物被氧气分解成水、二氧化碳等简单无害的小分子化合物，从而达到净化的目的，但该技术对设备和操作条件要求较高。

生化处理法是利用微生物降解代谢有机物为无机物来处理废水。通过人为的创造适于微生物生存和繁殖的环境，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，可分为好氧法、厌氧法和生物酶法。好氧法是利用好氧微生物在有氧条件下降解代谢处理废水的方法，常用的好氧处理方法有活性污泥法、生物膜法、生物接触氧化法、生物流化床等方法。厌氧法是在无氧的条件下，通过厌氧微生物降解代谢来处理废水的方法，厌氧菌通过厌氧呼吸从分子中释放能量。目前开发出的有厌氧塘法、厌氧滤床法、厌氧流动床法、厌氧膨胀床法、厌氧旋转圆盘法、升流式厌氧污泥床(UASB)法等。其中应用较多的UASB法，使废水经密封容器底部，通过厌氧微生物组成的污泥层将废水中的有机物分解为甲烷和二氧化碳。酶处理有机物的机理是先通过酶反应形成游离基，然后游离基发生化学聚合反应生成高分子化合物沉淀。与其他微生物处理相比，酶处理具有催化效能高、反应条件温和、对废水质量及设备情况要求较低，反应速度快，对温度、浓度和有毒物质适应范围广，可以重复使用等优点。

存在的问题：在物化方面，活性炭虽然具有吸附效果好的特点，但活性炭再生困难，成本高，而且除了水中溶解性的有机物外对其它物质去除效果并不好，许多企业分别转向其他价格便宜、材料易得的吸附剂。气浮法和絮凝法则对溶解性有机物去除效率不高。化学法虽然对有机物处理效果很好但成本较高，而且有的新型氧化技术还处在试验研究阶段并未实现工业化。在生化方面，虽然处理成本相对低廉，但占地面积却非常大而且出水水质不稳定，只能达到排放标准而不能满足回用标准。