对聚醚酮膜超滤法深度处理造纸过程水进行了试验研究。结果表明，超滤操作条件为：压力0.25MPa，水温30℃，搅拌速度60r.min-1时，聚醚酮超滤膜(PEK-20000)超滤出水的浊度为0.153NTU，UV280为1.17，去除率分别为96.8%和63.4%，满足造纸过程水回用对悬浮物和胶体物质的要求，且膜通量较高，为92.3L.(m2.h)-1。
1 前言
目前造纸工业中的造纸过程水的回用程度很低，大部分是低级回用(如冲洗车间地面、场内园林喷洒等)，回用于生产工段的不多，主要是因为造纸过程水中的少量会悬浮和胶体物质以及溶解性有机物回用后对生产设备的稳定运行以及成纸的质量产生很大影响，成为造纸过程水深度大量回用的主要障碍，因此突破造纸过程水回用障碍对造纸废水回用程度和回用量的提升具有重要的现实意义。本文在对新乡某造纸集团造纸过程水溶解气浮池出水水质研究和以前造纸过程水超滤处理研究的基础上，以该出水为研究对象，来考察水温、操作压力等因素对造纸过程水超滤深度回用处理效果的影响。
2 试验材料与方法
2.1 原水水质
试验用原水取自新乡市某造纸集团造纸过程水溶解氧气浮池出水后的清水池上清液(出于后续与生产实际无缝对接的考虑)，具体水质指标见下表。

2.2 试验装置及超滤膜
2.2.1 试验装置
试验装置如图1，超滤器内带有搅拌子，有效膜面积0.00332m2，正常操作压力0.25MPa。

2.2.2 超滤膜
选用聚醚酮(PEK-20000)超滤膜，切割分子量为20000，耐受温度50℃，适宜pH范围为4～10。
2.2.3 表征及分析方法
为了便于试验的开展并与生产实际相对接，对于造纸过程水中污染物的去除效率的表征：悬浮物和胶体物质采用浊度表征，溶解性有机物采用UV280表征，实验期间利用试验室现有的以下仪器对出水测定浊度、UV280。浊度采用NTU-S50试验室浊度计，UV280采用UV-765型紫外可见分光光度计进行测定。
2.2.4 试验操作水平值的选取
超滤膜透水通量根据公式J=ΔP/μR来计算。式中ΔP为操作压力；μ为液体黏度，主要受液体温度影响；R为超滤膜的阻力，与超滤膜本身的性质及污染物质在膜表面的分布有关，可以通过膜类型和搅拌子的搅拌情况来改善。因此，根据超滤膜的性质和超滤器的性能以及所需处理的废水的性质，超滤处理所选择的操作条件为：压力4个水平为0.15、0.20、0.25、0.30MPa，温度4个水平为25、30、35、40℃，搅拌速度4个水平为60、100、140、180r.min-1。
3 结果与讨论
3.1 操作压力对试验效果的影响
在水温为30℃，搅拌速度为100r.min-1时，操作压力对试验效果的影响见图2。

从图3看出，当操作压力为0.15MPa时，PEK-20000超滤膜通量较小，仅为52.9L.(m2.h)-1，随着操作压力的增大，膜通量也相应增加，在0.15～0.25MPa之间时，膜通量增加的幅度最大，到0.2～0.30MPa之间时，增加的幅度逐渐减小，表现在曲线上就是膜通量逐渐趋于稳定。这可能是造纸过程水中的胶体物质在操作压力较大时在膜面的沉积加快，使得膜面的阻力增加，从而间接减小了有效的操作压力值，这时操作压力对膜通量的贡献极其有限。
从图2还看出，PEK-20000超滤膜的浊度下降率随着操作压力的增大而减小，下降曲线大致呈线性关系。这可能是因为随着压力的增大，胶体物质透过平片膜的量也增大；PEK-10000超滤膜的UV280下降率随着压力的增大而减小，在0.12～0.25MPa之间时减小幅度小于0.25～0.30MPa之间的减小幅度，且在0.20～0.25MPa之间时，UV280下降率的绝对值的差值很小，不到5%。从膜通量和下降率及技术经济性三方面考虑，当超滤操作压力为0.25MPa时比较合适，此时膜通量有保证且浊度和UV280的下降率都有保证(浊度下降率98%，UV280下降率53.5%)，出水浊度和UV280的绝对值为0.227NTU和1.29。
3.2 进水温度对试验效果的影响
在压力为0.25MPa，搅拌速度为100r.min-1时，进水温度对试验效果的影响见图3。

从图3看出，当进水温度为25℃时，PEK-20000超滤膜通量较小，仅为55.0L.(m2.h)-1，随着进水水温的增大，膜通量也相应增加，在25～30℃之间时，膜通量增加的幅度最大，在30℃为86.8L.(m2.h)-1，在30～35℃之间时，增加的幅度逐渐减小，只增加了3.2L.(m2.h)-1，表现在曲线上就是膜通量逐渐趋于稳定。这可能是因为造纸过程水中含有胶体物质的缘故，在水温较低时，水体黏度较大，不利于水流的流动，而当水温上升时黏度逐渐下降，从而利于水的流动，但超过一定温度时，水温对黏度的贡献极其有限，从而使得膜通量也逐渐趋于稳定。
从图3还看出，PEK-20000超滤膜的浊度下降率随着水温的增大而减小，下降曲线大致呈线性关系。这可能是因为随着温度的增高，胶体物质透过平片膜的量也增大；PEK-20000超滤膜的UV280下降率的变化趋势与浊度下降率曲线类似，只是UV280下降率快于浊度下降率。当水温为30℃和35℃时，膜通量分别为76.51L.(m2.h)-1和77.94L.(m2.h)-1，两者相差甚小；浊度下降率分别为97.0%和96.5%，两者相差甚小；UV280下降率分别为56.7%和52.4%。因此从膜通量、下降率及技术经济性方面考虑，当进水水温为30℃时比较合适，此时膜通量有保证且浊度和UV280的下降率都有保证(浊度下降率97%，UV280下降率56.7%)，出水浊度和UV280的绝对值为0.163NTU和1.26，且不用对原水进行升温处理，将会大大降低处理成本。
3.3 搅拌速度对试验效果的影响
搅拌速度大致反映的是超滤膜表面液流的扰动情况，在压力为0.25MPa，水温为30℃时搅拌速度对试验效果的影响见图4。

从图4看出，当搅拌速度为60r.min-1时，PEK-20000超滤膜通量为86.7L.(m2.h)-1，随着搅拌速度的增大，膜通量也相应增加，但增加幅度极小，到达180r.min-1时，PEK-20000超滤膜通量也仅为89.53L.(m2.h)-1，这可能是膜面液流的扰动加强会抵消一部分操作压力，使得有效的操作压力减小的缘故。这就意味着膜表面液流的扰动对膜通量的贡献极其有限，通过提高搅拌速度来提升膜通量不现实，这也从另一侧面反映出通过加强膜面液流的紊流程度来提高膜通量是不现实的。
从图4还看出，PEK-20000超滤膜的浊度和UV280下降率随着搅拌速度的增大而减小，下降曲线大致呈线性关系。但下降幅度和绝对值都很小，差值仅为5%左右。
因此从膜通量、下降率及技术经济性方面考虑，当搅拌速度为60r.min-1时比较合适，此时膜通量有保证且浊度和UV280的下降率都有保证(浊度下降率98.6%，UV280下降率64.3%)，出水浊度和UV280的绝对值为0.170NTU和1.22。
3.4 试验结果
当超滤操作条件为：压力0.25MPa，水温30℃，搅拌速度60r.min-1时，聚醚酮超滤膜(PEK-20000)超滤出水的浊度为0.153NTU，UV280为1.17，CODCr为46.7mg.L-1，基本满足造纸过程水回用对悬浮物和胶体物质的要求，且膜通量较高，为92.3L.(m2.h)-1。
4 结论
本试验以聚醚酮超滤膜(PEK-20000)对造纸过程进行回用深度处理研究，得出以下结论：
⑴操作压力为0.25MPa时，膜通量、浊度和UV280的下降率都有保证，分别为88.0L.(m2.h)-1、97.2%、53.5%，出水浊度和UV280的绝对值为0.227NTU和1.29。
⑵进水水温为30℃时，膜通量、浊度和UV280的下降率都有保证，分别为86.8L.(m2.h)-1、97.0%、56.7%，出水浊度和UV280的绝对值为0.163NTU和1.26。
⑶搅拌速度为60r.min-1时，膜通量、浊度和UV280的下降率都有保证，分别为87.6L.(m2.h)-1、98.6%、64.3%，出水浊度和UV280的绝对值为0.168NTU和1.22。
⑷超滤优化的操作条件为：压力0.25MPa，水温30℃，搅拌速度60r.min-1时，聚醚酮超滤膜(PEK-20000)超滤出水的浊度为0.153NTU，UV280为1.17，CODCr为46.7mg.L-1，基本满足造纸过程水回用对悬浮物和胶体物质的要求，且膜通量较高，为92.3L.(m2.h)-1。