第 40 卷第 6 期 当 代 化 工 Vol.40，No.6 2011年 6月 Contemporary Chemical Industry June，2011

收稿日期： 2011-04-06 作者简介： 王江辉（1971-），男，河南西平人，工程师，硕士研究生，研究方向：水资源综合利用技术。E-mail：wangjianghui10@163.com，

电话：52052840。

膜分离技术在造纸工业废水回用中的应用

王 江 辉 （北京节能环保中心，北京 100029）

摘 要： 造纸工业是我国水资源消耗大户，造纸废水水量大、有机物含量高、造成的环境污染影响大，

对造纸废水治理在全世界范围内都在关注废水回用，提高水循环利用率，减少水资源消耗和废水排放污染。膜

分离技术是在一定压力下进行混合液分离的技术，近年来膜分离技术快速发展，在海水淡化、化工、食品、医

药、电子等工业废水处理中应用较多，本文对膜分离技术在国内外造纸工业废水回用中的应用研究进行了介绍，

并对膜分离技术在造纸工业废水回用的研究方向进行了论述。

关 键 词： 造纸废水回用； 膜分离技术； 膜污染

中图分类号： TQ 051.8+93 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2011）06-0628-03

Application of Membrane Separation Technology in

Papermaking industry Wastewater reuse WANG Jiang-hui

（Beijing Energy Conservation & Environmental Protection Center, Beijing 100029，China）

Abstract: Papermaking industry discharges large amount of high concentration organic wastewater, which causes serious environment pollution. Many countries pay close attention to papermaking industry wastewater treatment and reuse, in order to enhance the efficiency of water and reduce water resources consumption and water contamination. Membrane separation technology can separate mixture under certain pressure. This technology grows up rapidly and has widely been applied in sea water desalination, treatment of waste water from chemical, food, medicine, electronic industries. Application and study status of the membrane separation technology in treatment and reuse of papermaking industry wastewater were introduced, development trend of the membrane separation technology in the future was also discussed. Key words: Papermaking industry wastewater reuse; Membrane separation; Membrane fouling

造纸工业是我国水资源消耗大户，造纸废水水

量大、有机物含量高、造成的环境污染影响大，对

造纸废水治理在全世界范围内都在关注废水回用，

以提高水循环利用率，减少水资源消耗和废水排放

污染[1~3]。据国家环保总局、国家发改委、国家统计

局发布的数据，2005 年在统计的全国 40 个行业中，

全国工业废水达标排放总量为 221.1 亿 t，其中造纸

业废水排放量 33.58 亿 t，占总量的 15.2%，。此外，

造纸业居我国 5 大高耗水行业之首，我国每吨纸产

品的平均耗水量达 150～300 t 以上，远远高于发达

国家，几乎是世界平均水平的 10 倍[4]，成为制约我

国造纸业发展的重要因素。节约用水已成为制浆造

纸行业发展的当务之急，成为减少造纸工业对环境

的污染的一个重要手段。

1 造纸工业废水的循环利用

节水方法之一就是循环利用，包括废水的回

用。废水经过深度处理，然后回用于各种不同的使

用过程，实现“零污染排放”，因此建立废水净化回

用系统，提高工业废水的回用率是造纸工业节水的

重要措施，也是实现造纸工业可持续发展的重要途

径。造纸废水的循环回用，由废水的特性和回用水

质要求决定回用方式各有不同，可以分为三个级别：

白水直接回用、间接回用、封闭循环[5]。

造纸废水的封闭循环，会使废水中的有害物质

逐渐积累，达到很高的浓度，从而影响纸机的正常

生产。这些污染物包括可溶性有机物、盐类、二次

胶粘物和阴离子垃圾等。这些污染物会造成施胶量

成倍增加，堵塞浆料输送管道、流浆箱、真空吸水

箱、真空辊，影响纸机的正常生产，影响造纸化学

助剂的使用效果[7-8]。因此，要实现造纸废水循环利

用，就必须采用有效的处理技术，对废水进行处理

达到回用水的水质要求。废水处理技术按其机理可

分为物理法、物化法、生化法等，其中膜分离是一

综合评述

第 40 卷第 6 期 王江辉：膜分离技术在造纸工业废水回用中的应用 629

种有效的造纸废水回用处理技术。

2 膜的分类及特点

膜分离技术就是在一定压力作用下，使混合溶

液中不同组分有选择地通过多孔的高分子膜的技术

方法。其分离过程为：通过施加一定压力，混合液

中分子质量不同的组份在流过膜表面时，水和低分

子质量的溶质将透过膜，而高分子溶质则不能通过

膜而被截留，从而实现不同组份的分离和浓缩。膜

分离的特性和膜本身的孔径有关，膜孔径越小，截

留的组份分子量越低。膜分离技术是一种新兴的、

发展较快的废水处理技术，其特点有：分离效率高，

能够分离有用物质，可以实现废物的回收利用；膜

分离过程是物理过程，处理物质不发生相变，；膜分

离过程在常温下进行，不发生相变，对待分离的物

质不产生破坏，适合分离、浓缩热敏性物质；装置

简单，占地面积少，操作容易，设计和控制自动化

等，已发展成为重要的工业单元操作技术[9]。

根据膜微孔直径的大小可以将膜分为：微滤

(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透膜(RO)。根据膜

材料可以将膜分为有机膜和无机膜，有机膜价格相

对较低，但是容易污染和劣化，使用寿命短；无机

膜主要是陶瓷膜，价格较高，耐高温、强度好、耐

酸碱。各种膜的性能及其应用如下[10]：

微滤。一般作为其他膜的预处理单元，微滤膜

的孔径在毫米级，在作为预处理单元时，容易被废

水中细小纤维和胶体物质堵塞膜孔，处理造纸废水

时一般在几分钟内就会发生堵塞，需要频繁反冲洗。

但是，如果废水已经过预处理（如砂滤），就不会很

快发生堵塞。

超滤。适合于去除胶体物质、混凝物和大分子

物质，还可以分离所有的细菌，可以直接用于纸机

白水的处理，超滤膜的平均孔径为 0.05 µm。

纳滤。适合于分离去除分子量大的阳离子（如

钙、镁）和相对分子量大于 300 g/mol（纳米级）的

分子，可以用于水的软化。

反渗透。能够分离单价离子，可以用于生产纯

净水和脱盐工艺。在造纸废水回用中，用于全封闭

循环的末端，可以降低回用水的电导率。

3 膜技术在造纸废水回用中的应用

膜分离技术应用到工业领域是从 20 世纪 50 年

代开始的，目前在海水淡化、化工、食品、医药、

电子等工业废水处理中应用较多。国外在 20 世纪

60 年代开始研究将膜分离技术应用到制浆造纸工

业水处理中[11-13]，近年来，随着膜制造技术的发展，

特别是耐高温耐碱膜的出现，使膜分离技术在制浆

造纸工业水处理中的应用得到了快速发展[14-15]。

膜分离技术是一种新兴的高效分离技术，利用

膜分离技术处理造纸白水，可以很好地去除造纸白

水中的溶解性无机盐物质和金属离子，有效减少阴

离子垃圾物质，能够实现造纸白水零排放的目标。

刘广立等用无机微滤膜分离草浆黑液中木素时发

现，当黑液ＳＳ较低时 ,随着ＳＳ浓度的增加各个

微滤膜的通量急剧下降，当ＳＳ较高时，微滤膜的

通量和ＳＳ浓度成线性关系[16]。无机微滤膜处理草

浆造纸废水，0.2 µm 的无机微滤膜对 COD 的截留率

是 49.4%，木素的截留率达到 80%，对 SiO2 也有很

好的截留效果。膜出水回用于洗涤、筛选工艺[17]。

Jonsson 和 Wimmerstedt 用膜处理白水的研究表

明，用超滤膜技术能够分离出纸机白水中 99%的悬

浮物及部分高分子物质，处理后的水可用来清洗毛

毯和毛布，从而达到白水的完全回用[18]。一些膜分

离方法处理造纸白水的分析结果表明 TOC、COD 的

去除率分别可以达到 78%～96%，88%～94%，电

导率的下降率达到了 95%～97%[19]。文庵等用超滤

的方法处理封闭状态下的白水有比较好的效果，白

水中浊度下降到 0.56NTU，DCS 的去除率可以达到

98%，并且不会使白水系统的电荷失去平衡[20]。

Sieka[21]等采用微滤、超滤、纳滤和反渗透膜分

别处理美国 3 家造纸厂的白水，处理后电导率反渗

透膜降低 95％，纳滤降低 64%，超滤降低 10%，微

滤膜仅降低 7%。反渗透膜对白水中 TOC 的去除率

为 95%，而微滤处理白水中 TOC 的去除率仅为 5%，

微滤只适合于去除白水中的悬浮颗粒物和不溶有机

物。

Rozzi 等利用超滤工艺作为纳滤和反渗透的预

处理，结果证明，超滤工艺对 COD 的去除率为 52%，

浊度和总悬浮固体的去除率分别为 92%和 96%，对

色度去除率很低[22]。

赵岳轩等[23]用预处理系统、超滤膜和反渗透系

统处理造纸白水，处理后水的 COD 和色度均为零，

总硬度小于 0.2 mg/L，溶解性固体小于 100 mg/L，

电 导 率 下 降 98% 。 芬 兰 的 WETSA-SERLA

KIRKNIEMI 纸厂应用超滤系统处理白水，代替清水

回用于织机，回用水量50~70 L/s，减少了清水的用量[25]。

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4 膜技术的研究方向

膜分离技术能够适应各种有机物浓度和理化特

性的废水处理回用，都有较好的效果，但膜污染和

劣化问题仍是膜技术在工业中应用的制约因素[29]。

在膜分离操作中，当水透过膜时造成膜表面附近的

溶液浓度升高，在膜的高压一侧溶液中，产生了从

膜表面到主体溶液之间的浓度梯度，引起溶质从高

浓度的部分向低浓度的部分扩散，这就是浓差极化

现象，从而使膜的透过率降低。苏振华等对比了超

滤膜和反渗透膜的浓差极化现象，结果表明浓差极

化现象在超滤和反渗透过程中都存在，但对超滤影

响更大[30]。在膜过虑过程中，悬浮物也易于在膜表

面沉积、结垢，造成膜的劣化。

为了防止膜结垢堵塞，在反渗透进水前设置预

处理是非常必要的。预处理单元一般包括以下功能：

去除水中悬浮物，减少悬浮物在膜表明的积累，因

为在反渗透装置中水流通道极其微小，悬浮物易于

沉积，因此必须尽量去除进水中的悬浮物；去除水

中微生物等，防止微生物在膜上繁殖生长，减少反

渗透膜的生物污染；去除废水中的糖类、树脂、木

质素类等物质；调节 pH 值，控制钙、镁、铁等碳

酸盐、硫酸盐和氢氧化物等沉积物在膜表明的形成。

膜污染是膜使用过程中不可避免的，但可以通

过选择合适的膜类型及采取适宜的操作方法减少其

影响。膜的劣化是膜使用中必须避免的，因此对于

膜分离技术的研究，是要设计有效的预处理单元，

尽可能满足膜系统对进水水质的要求。

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