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造纸过程水的循环利用、实现抄纸车间清洁生产是造纸可持续发展的趋势,研究高效实用的造纸过程水回用处理工艺是实现造纸工业可持续发展的非常迫切而重要的工作,对造纸工业的发展有着重要的现实意义。
本论文首次站在过程水回用处理的角度,进行了如下四个方面的研究。
第一部分从新闻纸的生产线入手,详细分析了实际开放系统过程水水样、DCS水样、DS水样的物理化学特性以及过程水水样中的粒径分布情况。实验中发现,胶体物质是过程水水样中的优势污染物,其次是溶解性物质和悬浮物,它们占总固形物的比例分别为50.8%、40.7%、8.5%,胶体和溶解性物质的比例超过90%,为我们首要处理的对象;过程水水样中胶体物质对浊度的贡献最大,溶解性有机物对UV280的贡献最大,溶解性无机物对电导率的贡献最大;且三水样的可生化性能不是很强,BOD5/COD的比值分别为0.26,0.21,0.19。这为制定合适的过程水回用处理工艺和确定合适的去除效果的表征参数提供了有力的参考数据。
第二部分详细讨论了混凝药剂的用量、投加顺序、水温等因素对白水混凝预处理效果的影响及影响机理。实验发现,在过程水的水温和pH值不做调整的情况下,聚合氯化铝和聚丙烯酰胺用量为2mg/L和0.5mg/L,且聚丙烯酰胺在聚合氯化铝30s后投加时能取得很好的去除效果,浊度的下降率超过40%,但UV280、电导率的下降率很小。这为过程水的后续处理提供了实验基础。
第三部分详细讨论了操作压力,水温等因素对超滤效果的影响及影响机理。实验中发现,膜种类、操作压力是影响超滤效果的主要因素,转速对处理效果的影响不明显且规律性很弱。当操作压力为0.25MPA,水温为35℃,转速为60r/min,膜为PES-200时进行超滤试验,浊度下降率达到98%以上,UV280的下降率为37%且此时的膜通量为70L/m2h;当操作压力为0.15MPA,水温为30℃,转速为100r/min,膜为PES-40时进行超滤试验,浊度下降率达到98%以上,UV280的下降率为65%以上且出水的UV280值在1.6以下。这为新闻纸生产提高过程水回用程度、减少废水外排、进行过程水回用处理提供了可行的方法与实验依据。
第四部分初步研究了过程水中的污染物对超滤膜的污染机理。结果表明:在实验条件下,PES-40、PES-200两种超滤膜在超滤初期的膜污染情况不很严重;PES-40、PES-200两种超滤膜在实验中都受到膜孔堵塞控制;对PES-40超滤膜而言,膜内部污染阻力是总阻力的主要组成部分,随着过滤时间的延长,膜内部污染阻力的绝对值在增加,但在总阻力中所占的比重在下降,细小溶解性物质是膜内部污染阻力的主要贡献者;对PES-200而言,膜固有阻力在总阻力中所占的比重非常大,与PES-40相比,PES-200膜内部污染阻力和凝胶层阻力所占总阻力的比重在下降,胶体物质和溶解性物质是凝胶层阻力和内部污染阻力的主要贡献者。这为膜污染防治措施的制定提供了有力的理论依据。