CN101285277B - 制浆蒸煮黑液超滤方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种黑液治理方法，特别是制浆蒸煮黑液超滤方法，属于化工领域。包括集中收集浓黑液、板框滤机预处理、超滤、纳滤、回用于蒸煮配碱、反洗废液这5个步骤，本发明将制浆蒸煮后黑液中大分子及颗粒组分截留形成筛分作用，大大降低有机物含量，回用处理后清液中碱，能有效减轻后端废水处理负荷、对黑液中的碱回用产生价值、浓黑液进行燃烧产生价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种黑液治理方法，特别是制浆蒸煮黑液超滤方法，属于化工领域。
背景技术
棉浆黑液是造纸和化纤生产的主要污染源之一，存在着数量大，颜色深、臭味重、碱含量大、有机物杂质多等问题，其综合治理历来是一个世界性的难题，中国专利局公开一种名为“利用水煤浆工艺治理棉浆黑液的方法”的发明专利(专利号：01112295)，涉及一种利用燃烧水煤浆的工艺对化纤行业中排放的棉浆黑液进行治理的方法，将煤与固含量浓度为3～40％的棉浆黑液按重量比1∶8～2∶1的范围混合制备水煤浆，供锅炉燃用，煤采用灰份含量为1～65％，挥发份为15～40％，热值为15～30MJ/Kg，水煤浆燃烧时，锅炉内仍有配烧煤，其比例为锅炉总燃煤量的10～70％，当煤浆中煤的比例不小于50％时，可以单独燃烧水煤浆。这种方法度缺点是不能完全清除黑液，而且燃烧会带来环境污染。
超滤是以压力为推动力的膜分离技术，利用超滤膜能有效地去除水中的微粒、胶体、细菌、热源和有机物，广泛用于物质的分离、浓缩和提纯。以大分子与小分子分离为目的，膜孔径在20-1000A°之间。中空纤维超滤器(膜)具有单位溶器内充填密度高，占地面积小等优点。在超滤过程中，水深液在压力推动下，流经膜表面，小于膜孔的深剂(水)及小分子溶质透水膜，成为净化液(滤清液)，比膜孔大的溶质及溶质集团被截留，随水流排出，成为深缩液。超滤过程为动态过滤，分离是在流动状态下完成的。溶质仅在膜表面有限沉积，超滤速率衰减到一定程度而趋于平衡，且通过清洗可以恢复。目前，超滤技术已被用于棉浆黑液的治理，1993.04.14中国专利局公开一种名为”棉浆黑液的混凝——超滤法治理系统”的发明专利，先在黑液中投放絮凝剂，絮凝沉降后，滤出液经聚醚砜2～5次超滤截留固体物质，稀相直接回用。本发明仅需加少量价廉的絮凝剂，整个处理过程可在常温、压下进行，除用于循环泵的电能外，无其他能量消耗。经本发明处理的棉浆黑液COD去除率为50.87～80.98％，碱的回收率大于85％。但该专利不能有效减轻后续废水处理负荷，而且对黑液中的碱没有回收利用，对浓黑液也没有充分利用，浪费资源。
发明内容
本发明针对现有技术的上述不足之处，提供一种制浆蒸煮黑液超滤方法，本发明将制浆蒸煮后黑液中大分子及颗粒组分截留形成筛分作用，大大降低有机物含量，回用处理后清液中碱，能有效减轻后端废水处理负荷、对黑液中的碱回用产生价值、浓黑液进行燃烧产生价值。
本发明的技术方案是通过如下内容得以实现的：
制浆蒸煮黑液超滤方法，包括如下步骤：
A、集中收集浓黑液：改变现蒸煮倒料方式，将蒸煮后的浆料直接进行挤压浓缩出黑液进行集中处理，那样黑液量少而浓(按每天50批计算，将球内黑液挤压浓缩后每天浓黑液量为500m3左右，而按现在稀释后处理相对较浓的黑液量至少有4000m3)；
B、板框滤机预处理：分离直径大于10μm的分子和微粒；
C、超滤：分离直径小于10μm的分子和微粒(相对分子质量为1000～500000物质的分离)；
D、纳滤：纳滤膜其截留分子量为200～2000(其透过物大小在1～10nm回用于蒸煮配碱；
E、反洗废液：根据指标情况(有机物含量)确定出废液处理途径(参在煤炭中进行燃烧或送长宁竹海纸业燃烧)。
超滤技术处理废水的基本原理：超滤的基本原理超滤是溶液在压力作用下，溶剂与部分低分子量溶质穿过膜上微孔到达膜的另一侧，而高分子溶质或其它乳化胶束团被截留，实现从溶液中分离的目的。它的分离机理主要是靠物理的筛分作用。超滤膜对溶质的分离过程主要有：(1)在膜表面及微孔内吸附；(2)在孔内停留被去除；(3)在膜面的机械截留。
在超滤过程中，控制如下影响因素：
1)流速：提高料液流速虽然对减轻浓差极化、提高透过通量有利，但需要提高料液压力，增加耗能。流速控制在1-3m/s。
2)压力：超滤过程中只有当工作压力达到一定程度，才能使液料中的小分子透膜分离。工作压力太小时，滤液的产量小，不能满足正常的生产。而工作压力太大时，会增加极化层的厚度，把沉积在膜上的沉积层压实，难以被冲刷，膜孔很快被堵塞，影响超滤效果，此外，每一种超滤膜均有其耐压范围。本发明中所述超滤过程中工作压力范围为0～20kgf/cm2。
3)温度：温度主要取决于所处理的物料的化学、物理性质。由于高温可降低料液的黏度，增加传质效率，提高透过通量，因此应在允许的最高温度下操作。温度过高也会影响超滤膜的寿命。本发明中温度控制在0～60℃。
4)周期：运行周期的变化与清洗情况有关。膜必须进行定期冲洗，以保持一定的透过量，并能延长膜的使寿命。一般在规定的料液和压力下，在允许的pH值范围内，温度不超过60℃时，超滤膜可使用12～18个月。如膜清洗不佳，会使膜的寿命缩短。
5)浓度：随着料液浓度的增高，料液的粘度会升高，超滤时形成极化层的时间会缩短，从而使超滤的速度降低、效率也降低。因此在超滤时应注意控制料液的浓度。
6)料液的预处理：预处理效果好坏，直接影响超滤膜的污染程度，系统的生产能力以及超滤膜的使用寿命。预处理一般采用高速离心法、微滤法、调PH值、热处理、冷藏法或多种方法组合进行。近年来发展起来的絮凝剂法可去除提取液中的鞣质、色素、果胶等有机大分子不稳定物质。
7)超滤膜孔径大小：超滤膜孔径大小的选择应与药液中目标成分的大小相一致。孔径过大，则分离效果不好，杂质含量过高，影响澄明度和稳定性。孔径过小，有效成分通透率较低，损失较大。
压榨碱液通过板框滤机过滤能够除去压榨液中大部分小纤维，但还要少量的20～30μm的小纤维透过板框滤机，因此需要再经过微孔滤机过滤。
过滤后的碱液进入到纳滤循环罐后，卷式纳滤膜系统开始运行。输料泵将物料输送到安全过滤器中，拦截大颗粒的异物，以保护膜元件。物料再由加压泵增加至一定操作的压力后，由内循环泵抽送到卷式纳滤膜中进行分离，小分子的物质如碱、水等在压力的作用下，穿透过膜表面，被分离开来形成了透析液，即干净的碱液；而料液中的大分子物质如半纤维素、色素、杂质等则被膜截留，无法穿透过膜表面，从而形成浓缩液。浓缩液从膜组件出来后，返回到循环罐中，继续进行下一次循环，周而复始，从而其中的水份越来越少，物料体积越来越少。当物料浓缩到一定体积后，在循环罐中加入洗水，以继续将物料中的碱洗脱到透析液中。达到处理要求后，批次操作结束，循环罐中存储了浓缩杂质，而透析液罐中则存储了干净的碱液。
试验对比：
1)现棉、木黑液指标情况：
2)稀黑液膜透析实验之后结果如下：
通过对黑液进行膜透析处理后，COD、半纤、色度都得到了大幅度下降，而碱液浓度下降较少。经处理后的黑液从指标上看完全能够进行碱回用，具有回收价值。
本发明打破传统的制浆黑液处理方法，实施污染前控及循环经济作用，即保护了环境，又产生一定经济效益。
附图说明
图1为本发明工艺流程示意图。
具体实施方式
现在对本说明进一步说明。本发明为一种制浆蒸煮黑液超滤方法，包括如下步骤：
A、集中收集浓黑液：改变现蒸煮倒料方式，将蒸煮后的浆料直接进行挤压浓缩出黑液进行集中处理，那样黑液量少而浓(按每天50批计算，将球内黑液挤压浓缩后每天浓黑液量为500m3左右，而按现在稀释后处理相对较浓的黑液量至少有4000m3)；
B、板框滤机预处理：分离直径大于10μm的分子和微粒；
C、超滤：分离直径小于10μm的分子和微粒(相对分子质量为1000-500000物质的分离)；
D、纳滤：纳滤膜其截留分子量为200～2000(其透过物大小在1～10nm回用于蒸煮配碱；
E、反洗废液：根据指标情况(有机物含量)确定出废液处理途径(参在煤炭中进行燃烧或送外燃烧回收)。
在超滤过程中，控制如下影响因素：
1)流速：提高料液流速虽然对减轻浓差极化、提高透过通量有利，但需要提高料液压力，增加耗能。流速控制在1-3m/s。
2)压力：超滤过程中只有当工作压力达到一定程度，才能使液料中的小分子透膜分离。工作压力太小时，滤液的产量小，不能满足正常的生产。而工作压力太大时，会增加极化层的厚度，把沉积在膜上的沉积层压实，难以被冲刷，膜孔很快被堵塞，影响超滤效果，此外，每一种超滤膜均有其耐压范围。
3)温度：温度主要取决于所处理的物料的化学、物理性质。由于高温可降低料液的黏度，增加传质效率，提高透过通量，因此应在允许的最高温度下操作。温度过高也会影响超滤膜的寿命。
4)周期：运行周期的变化与清洗情况有关。膜必须进行定期冲洗，以保持一定的透过量，并能延长膜的使寿命。一般在规定的料液和压力下，在允许的pH值范围内，温度不超过60℃时，超滤膜可使用12-18个月。如膜清洗不佳，会使膜的寿命缩短。
5)浓度：随着料液浓度的增高，料液的粘度会升高，超滤时形成极化层的时间会缩短，从而使超滤的速度降低、效率也降低。因此在超滤时应注意控制料液的浓度。
6)料液的预处理：预处理效果好坏，直接影响超滤膜的污染程度，系统的生产能力以及超滤膜的使用寿命。预处理一般采用高速离心法、微滤法、调PH值、热处理、冷藏法或多种方法组合进行。近年来发展起来的絮凝剂法可去除提取液中的鞣质、色素、果胶等有机大分子不稳定物质。
7)超滤膜孔径大小：超滤膜孔径大小的选择应与药液中目标成分的大小相一致。孔径过大，则分离效果不好，杂质含量过高，影响澄明度和稳定性。孔径过小，有效成分通透率较低，损失较大。
压榨碱液通过板框滤机过滤能够除去压榨液中大部分小纤维，但还要少量的20～30μm的小纤维透过板框滤机，因此需要再经过微孔滤机过滤。
过滤后的碱液进入到纳滤循环罐后，卷式纳滤膜系统开始运行。输料泵将物料输送到安全过滤器中，拦截大颗粒的异物，以保护膜元件。物料再由加压泵增加至一定操作的压力后，由内循环泵抽送到卷式纳滤膜中进行分离，小分子的物质如碱、水等在压力的作用下，穿透过膜表面，被分离开来形成了透析液，即干净的碱液；而料液中的大分子物质如半纤维素、色素、杂质等则被膜截留，无法穿透过膜表面，从而形成浓缩液。浓缩液从膜组件出来后，返回到循环罐中，继续进行下一次循环，周而复始，从而其中的水份越来越少，物料体积越来越少。当物料浓缩到一定体积后，在循环罐中加入洗水，以继续将物料中的碱洗脱到透析液中。达到处理要求后，批次操作结束，循环罐中存储了浓缩杂质，而透析液罐中则存储了干净的碱液。
同时，在本发明的整个操作过程中，为确保后续程序的顺利进行及结果的科学性，对下列各个因素加以控制选择：
A、组织：平布、府绸、双绒、丙纶毡的不同组合、优化，能达到预期目标。
B、流速：不同流速下的能力、处理后清液质量及膜使用寿命不同，流速控制在0～50m/s。
C、压力：超滤过程中只有当工作压力达到一定程度，才能使液料中的小分子透膜分离。工作压力太小时，滤液的产量小，不能满足正常的生产。而工作压力太大时，会增加极化层的厚度，把沉积在膜上的沉积层压实，难以被冲刷，膜孔很快被堵塞，影响超滤效果，此外，每一种超滤膜均有其耐压范围(0～20kgf/cm2)。
D、温度：操作温度主要取决于所处理的物料的化学、物理性质。由于高温可降低料液的黏度，增加传质效率，提高透过通量，因此应在允许的最高温度60℃下操作。
本发明将制浆蒸煮后黑液中大分子及颗粒组分截留形成筛分作用，大大降低有机物含量，回用处理后清液中碱，能有效减轻后端废水处理负荷、对黑液中的碱回用产生价值、浓黑液进行燃烧产生价值。本发明操作简单，效果突出，适于推广应用。
Claims (4)
1.制浆蒸煮黑液超滤方法，包括如下步骤：
A、集中收集浓黑液：将蒸煮后的浆料进行挤压浓缩；
B、板框滤机预处理：分离直径大于10μm的分子和微粒；
C、超滤：分离直径小于10μm的分子和微粒；
D、纳滤：纳滤膜其截留分子量为200～2000；
E、蒸煮配碱；
F、废液处理。
2.根据权利要求1所述的制浆蒸煮黑液超滤方法，其特征在于：在所述各步骤流速为0～50m/s。
3.根据权利要求1所述的制浆蒸煮黑液超滤方法，其特征在于：所述超滤过程中工作压力范围为0～20kgf/cm2。
4.根据权利要求1所述的制浆蒸煮黑液超滤方法，其特征在于：在所述各步骤中温度为0～60℃。
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