反渗透设备在造纸行业废水回用中的膜抗污染预处理

造纸行业废水（含制浆黑液、抄纸白水、中段废水）具有高 COD、高悬浮物（SS 500-1500mg/L）、高木质素 / 半纤维素、含油墨残留及胶体填料等特征，易导致反渗透膜形成滤饼层堵塞、有机吸附污染、胶体沉积，引发产水量骤降、压差飙升（短期内升高≥0.1MPa）。核心预处理思路是 “分级削减特征污染物 + 靶向去除膜污染诱因 + 水质精准适配 RO 要求”，通过多单元协同，将 RO 进水控制为：浊度≤0.1NTU、SDI≤2、COD≤50mg/L、SS≤1mg/L，从源头阻断污染路径。

一、造纸废水特征与膜污染核心诱因

1. 关键污染组分及危害

纤维类杂质：制浆、抄纸过程中残留的细小纤维、纸浆碎屑，易在 RO 膜表面形成致密滤饼层，堵塞膜孔通道；

难降解有机物：木质素、半纤维素、单宁及油墨中的树脂成分，具有强吸附性，易与膜表面结合形成不可逆有机污染；

胶体与填料：滑石粉、碳酸钙等造纸填料，以及废水中的胶体颗粒（粒径 0.1-1μm），易因浓差极化累积在膜表面，加剧压差升高；

酸碱与盐类：制浆过程中残留的氢氧化钠、硫化物，以及抄纸添加剂中的硫酸盐、氯化物，易导致 RO 膜结垢或化学腐蚀。

2. 膜污染风险重点场景

制浆黑液混入：高浓度木质素、硫化物会快速引发膜有机污染与氧化损伤；

抄纸白水回用：含大量纤维碎屑与填料，滤饼层污染速率是常规废水的 3-5 倍；

中段废水波动：COD、SS 突变，易导致预处理失效，污染物穿透至 RO 系统。

二、分级抗污染预处理方案（从粗到精，逐级削减负荷）

1. 一级粗处理：去除大颗粒与纤维杂质

（1）格栅 + 沉砂 + 斜管沉淀池

前置 1mm 机械格栅，拦截纸浆团块、大块纤维等杂质；沉砂池去除泥沙类无机颗粒，停留时间 15-20 分钟；

斜管沉淀池投加复合 PAC（80-120mg/L）+ 阴离子 PAM（1.5-2mg/L），pH 控制在 7.5-8.5，形成大粒径絮体，包裹纤维与填料，停留时间 60-90 分钟，出水 SS≤200mg/L、浊度≤10NTU。

（2）气浮池强化除杂

针对细小纤维与油墨残留，增设高效气浮池，投加 0.5-1mg/L 破乳剂（如聚合氯化铝铁），产生微气泡吸附悬浮颗粒与油溶性油墨，纤维去除率≥90%，油墨残留去除率≥85%，出水 SS≤50mg/L。

2. 二级中级处理：靶向去除难降解有机物与胶体

（1）高级氧化分解有机污染物

采用 “铁碳微电解 + 芬顿氧化” 组合工艺（适配高 COD 制浆废水）：铁碳填料投加量 50-80kg/m³，反应时间 60 分钟；后续投加 Fe²⁺（50-80mg/L）+ 过氧化氢（100-150mg/L），pH 控制在 2.5-3.5，氧化分解木质素、半纤维素等难降解有机物，COD 去除率可达 40%-60%，降低有机物吸附污染风险。

简易方案（适配中段废水）：臭氧氧化，臭氧投加量 2-3mg/L，反应时间 20 分钟，氧化断裂有机污染物分子链，提升后续处理效率。

（2）活性炭吸附深度净化

选用柱状活性炭（碘值≥1000mg/g），吸附层高度 1.5-2m，空床停留时间 30 分钟，针对性吸附油墨残留、小分子有机物及色度物质，COD 降至≤100mg/L，同时去除部分异味。

高污染工况优化：采用 “活性炭 + 大孔吸附树脂” 串联，树脂选用 XAD-7 型，特异性吸附木质素衍生物，COD 进一步降至≤60mg/L。

（3）胶体稳定与去除

投加 0.1-0.2mg/L 硫酸亚铁或聚合氯化铝，强化胶体凝聚；若废水中胶体含量高（浊度≥5NTU），补充 0.5mg/L 膜专用分散剂，防止胶体聚集沉积。

3. 三级深度处理：精准适配 RO 进水要求

（1）超滤（UF）核心拦截

选用耐污染 PVDF 中空纤维超滤膜（孔径 0.1μm），截留剩余胶体、细小纤维、微生物，超滤产水浊度≤0.1NTU、SDI≤1.5，是 RO 膜的 “最后一道防护屏障”。

超滤运行优化：过滤通量控制在 60-80L/(m²・h)，采用 “气水反洗 + 化学加强洗” 模式，气洗强度 20-25L/(㎡・s)，反洗周期 30 分钟；每日投加 500mg/L 次氯酸钠化学加强洗 10 分钟，每周用 2% 柠檬酸酸洗 1 次，每月用 0.5% 氢氧化钠 + 0.1% 表面活性剂碱洗 1 次，防止超滤膜污染。

（2）保安过滤器终端防护

在 UF 之后、RO 之前增设 0.45μm 折叠式保安过滤器，拦截超滤膜脱落的微量杂质或突发穿透的细小颗粒，避免 RO 膜表面划伤，滤芯每 15-20 天更换 1 次（压差≥0.1MPa 时立即更换）。

三、水质调节与适配优化（降低 RO 膜污染风险）

1. pH 与酸碱平衡

调节预处理出水 pH 至 6.5-8.5，适配聚酰胺 RO 膜最佳运行范围；若废水偏酸（pH＜6.0），投加氢氧化钠溶液中和；偏碱（pH＞9.0）则投加稀硫酸调节，避免极端 pH 导致膜水解或结垢。

2. 余氯与氧化物质控制

若预处理采用氧化性工艺（如臭氧、次氯酸钠），后续投加亚硫酸钠（剂量为余氯 / 氧化剂的 3-5 倍），将 RO 进水余氯降至＜0.05mg/L，防止氧化损伤 RO 膜。

3. 硬度与结垢预防

检测废水总硬度（Ca²⁺+Mg²⁺），若≥300mg/L，前置软化器（阳离子交换树脂）或投加螯合型阻垢剂（3-5mg/L），抑制碳酸钙、硫酸钙结垢，避免与有机污染叠加。

四、运行维护与污染预警

1. 预处理单元维护要点

定期清淤：沉淀池、气浮池每周清理底部污泥（纤维与填料沉积物），避免污泥上浮导致水质反弹；

介质更换：活性炭每 3-6 个月再生或更换 1 次，吸附树脂每 6-12 个月再生 1 次，确保吸附效果；

超滤膜维护：每 3 个月检测超滤膜完整性，每年更换 10%-20% 受损膜丝，避免污染物穿透。

2. 全流程监测体系

实时监测：在预处理各单元进出口、RO 进水端安装在线监测仪（浊度、SDI、COD、pH），当 SDI＞3 或 COD＞80mg/L 时，触发预警，立即加大药剂投加量或切换备用预处理单元；

定期检测：每日检测 RO 进水 SS、浊度、余氯；每周全分析 COD、硬度、木质素含量，预判污染趋势，调整预处理参数。

3. 应急处理方案

水质突发恶化（如 COD 骤升、SS 超标）：投加应急絮凝剂（PAC 150mg/L+PAM 3mg/L），延长沉淀池停留时间，启用备用活性炭吸附单元，避免污染 RO 膜；

超滤膜堵塞应急：降低超滤运行通量，启动 “短周期高频次” 反洗（每 15 分钟反洗 1 次），同时进行离线化学清洗，快速恢复通量。

结论

造纸行业废水回用 RO 系统的抗污染核心的是 “针对性削减特征污染物”—— 通过粗处理去除纤维与大颗粒，中级处理分解难降解有机物与胶体，深度处理精准适配 RO 进水要求，再配合全流程监测与规范维护，可有效降低膜污染风险，确保 RO 系统稳定运行，废水回用率提升至 60%-70%，同时延长 RO 膜使用寿命（常规工况下可达 3-5 年）。