纤维素改性制备造纸废水处理回用膜的研究

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当前和未来人类面临的最大挑战就是可持续地提供清洁饮用水和工农业生产用水。制浆造纸工业是水资源消耗和废水排放最大的行业之一,其废水具有排放量大、污染负荷高、SS、COD浓度较高、纤维悬浮物多等特点,主要含木素、残碱、硫化物、氯化物等污染物,属于高浓度的有机废水,直接排放将对环境和人类健康带来巨大危害。随着造纸业的迅猛发展,对造纸废水的处理回用必将成为可持续发展的必要措施。造纸废水深度处理能改善回用水水质,满足产品质量和生产使用的需求,减少对环境的污染,不仅具有巨大的经济效益,而且具有重要的社会效益。  膜分离技术具有低成本和占地面积少等优势,近几年来膜分离技术,如超滤(UD)、反渗透(RO)和电渗析(ED)等应用于造纸工业废水处理中,受到造纸行业的重视。纤维素作为自然界普遍存在的天然高分子,价格便宜,量大易得可自然降解,可作为优质的膜材料,改性纤维素作为膜材料已经有一百多年的历史。其中醋酸纤维素作为最重要的一种膜材料,但存在一些缺陷,因而醋酸纤维素的改性是当今膜材料研究的一大热点。  本文合成了新型膜材料醋酸纤维素氨基甲酸酯(CAC),并优化了其合成工艺;利用CAC进行铸膜实验,得到了最佳铸膜条件;将造纸中段废水用超滤方法进行处理,探讨了CAC膜和CA膜的处理效果;并研究了CAC膜对酸、碱和微生物的耐性。  首先研究了醋酸纤维素氨基甲酸酯合成,其较优反应条件:预处理尿素浓度25%,预处理温度55℃,预处理时间5h,油水分离时间为20min,反应时间3.5h。在此条件下,CAC取代度可达到0.1。  然后研究了铸膜的工艺,较佳的铸膜工艺:铸膜用溶剂中LiCl/DMAC质量分数为25%;铸膜液中纤维素质量分数为11%;空气中固化时间60min;塑化处理甘油浓度20%,塑化时间30min。  用合成的醋酸纤维素氨基甲酸酯(CAC)膜超滤处理的造纸中段废水,CODCr从97.0 mg/L降至51.8 mg/L、SS从46 mg/L降至21mg/L、色度从50降至倍14倍、电导率从3710μs/cm降至3210μs/cm,其脱除率分别可达:46.6%、53.3%、72%和13.5%。  最后研究了CAC膜的耐微生物性能。CAC在pH值为酸性的溶液中,其水通量和拉伸强度基本不变;在碱性溶液中,其拉伸强度减低25.0%,水通量上升18.4%;在污泥溶液中,其拉伸强度无损失,但是水通量有所损失但经过清洗其水通量具有恢复性(水通量降低1.1%),说明CAC膜的耐微生物性能相对良好。
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