从制浆黑液回收木素和碱的A-D-E-UASB-RO系统中反渗透膜的污染机制

Black liquor is a waste liquid produced in the pulping process. In the production process, the black liquor is generally treated by concentration and combustion to recover calories and sodium. Additionally, black liquor is treated by an acidification process to recover lignin. The former burn out lignin resources, consumes large amounts of lime, and produces "white mud" of secondary pollution in the production process. The latter produces an acidic waste liquid that pollutes the environment. In order to overcome the shortage of combustion method and acidification method, a new technology has been developed to treat black liquor by an A-D-E-UASB-RO system. Via the five working steps of acidification (A), freezing desalination (D), electrolysis (E), up flow sludge reaction bed (UASB) and reverse osmosis membrane filtration (RO), the recovery of lignin from black liquor was achieved. Additionally, the containing sodium sulphate is recovered of from waste water and then converted to sodium hydroxide; and the remaining organic matters in the waste water are converted to methane energy. However, the reverse osmosis membrane fouling has caused low efficiency of the system, and thereby becomes a technical difficulty need to be solved urgently. Therefore，this project subjects to: Through the research of the fouling mechanism of reverse osmosis membrane, reveal the main chemical components that lead to membrane fouling; reveal the main performance factors that cause membrane fouling; reveal the mechanism of membrane fouling; and thus to develop a technical solution to reduce membrane pollution. The results will provide theoretical and technical reference for industrial application.

黑液是制浆过程产生的废液，在生产过程中，一般采用浓缩和焚烧方法处理黑液，以回收热量和钠元素；或者采用酸化法处理黑液以获得木素。前者烧掉了木素资源，又在生产过程中消耗大量石灰，并产生“白泥”二次污染；后者产生的酸性废液污染环境。为克服燃烧法和酸化法的不足，本小组开发一种A-D-E-UASB-RO黑液处理工艺，经过酸化（A）、冷冻脱盐（D）、电解（E）、上流式污泥反应床（UASB）和反渗透膜过滤（RO）等五个步骤，实现从黑液中回收木素，实现从废水中回收硫酸钠继而转化为氢氧化钠，并使废水中剩余的有机质转化为甲烷。然而，反渗透膜污染导致该系统的工作效率低，反渗透膜污染问题成为急需解决的一个技术难点。为此，课题拟通过膜污染机制的研究，揭示导致膜污染的化学组分；揭示造成膜污染的主要性能因子；揭示膜污染的形成机制；从而建立减少膜污染的技术方案。研究结果将为工业生产应用提供理论和技术参考。

长期以来，制浆造纸工业是一个高能耗和高污染行业，严重影响地球环境，在一定程度上影响人类的生活和发展。为了保护地球环境，保障人类是生存和发展，以习近平为首的党中央提出了“碳达峰和碳平衡”目标，因此，减少制浆造纸生产过程的能量消耗、废水排放和二氧化碳排放，将成为制浆造纸行业的技术革命的主要目标。. 为减少制浆造纸生产过程的能量消耗、废水排放和二氧化碳排放，本课题组提出，利用A-D -E-UASB-RO系统从制浆黑液回收木素和碱的设想。其中，反渗透膜过滤处理（RO）是该系统的一个关键环节，是利用反渗透滤液的循环利用而实现制浆厂的废水零排放的关键。因而，需要理清反渗透膜的污染机制，从而，采取相应的措施来减缓其污染速率，提高反渗透膜过滤的效率。. 以申请书的研究内容相对应，课题组在废水成分分析、废水预处理、污染形成过程分析、膜污染机理、膜污染控制和抗菌反渗透膜制备等几个方面进行研究，获得良好的成果。通过课题研究，了解反渗透膜的污染机理和控制方法，成功制备了抗菌反渗透膜。共发表以课题密切相关的论文7篇，包括废水预处理论文4篇SCI论文，制浆废液成分分析1篇（国内期刊），膜污染机理和控制1篇（国内期刊论文），发表抗菌反渗透膜制备1篇SCI论文。已发表的密切相关7篇论文和2项授权专利，完成原来规定的5篇论文和2项专利的要求。此外，还发表非密切相关的SCI论文11篇。. 更重要的是经过废水成分分析和废水预处理研究，发现经过钙化处理和盐酸酸化处理的废水可以循环蒸煮植物纤维材料，从而，不需要发渗透膜处理，也能够实现制浆厂的废水零排放。这两个成果共申请5个发明专利，其中，2022年获得授权1项，其专利价值评估为780万元；这两项成果被列入2022年火炬成果推介项目，在广西已经有1家企业生产应用，年产值3.94亿元。此外，还发表课题以外的SCI论文7篇，为下一个国家自然基金申请提供理论和技术基础。. 不足之处：由于污染形成过程分析的研究需要较长的时间，课题组2022年底刚刚完成实验内容，正在撰写论文，没有能够按时发表。