CN101314924B

CN101314924B - 一种污水可零排放的制浆造纸方法

Info

Publication number: CN101314924B
Application number: CN2008100315913A
Authority: CN
Inventors: 晏永祥
Original assignee: Changsha University of Science and Technology
Current assignee: Changsha University of Science and Technology
Priority date: 2008-06-26
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2028-06-26
Also published as: CN101314924A

Abstract

一种污水可零排放的制浆造纸方法，包括，第一次蒸煮：制浆原料与第二次蒸煮制浆稀黑液混合预浸，脱水后低温蒸煮；第一次蒸煮后的原料用双螺杆搓磨挤浆机搓磨分丝并提取浓黑液，浓黑液经过浓缩干燥后作为商品出售，最后加入碱和催化剂，充分与制浆原料混合形成原料B；第二次蒸煮：原料B通过蒸汽高温蒸煮，蒸煮后原料，用至少二台双螺杆挤压机或压滤机串联，挤压提取稀黑液，稀黑液回用于第一次蒸煮原料预浸；洗浆及洗浆水处理：经过二次蒸煮及提取黑液后浆料，进高浓磨浆机磨浆，然后洗浆，洗浆水经过厌氧、曝气及物化絮凝处理后回用于洗浆；造纸及白水处理：净化后的浓浆，用双盘磨机进行精磨后用于造纸，造纸白水经过处理后回用于造纸。

Description

一种污水可零排放的制浆造纸方法

技术领域

本发明属于制浆造纸技术领域，具体涉及一种使制浆造纸过程无污水排放的技术。

背景技术

碱法制浆后有大量的纤维和非纤维原料和大部分碱性物质溶解于蒸煮液中成为黑液，它是造纸工业最大的污染源，污染负荷可达到总污染负荷的90％。目前国内外大型造纸企业多以传统的碱回收技术对黑液进行治理，该技术对减轻造纸工业造成的环境污染比较有效，但传统碱回收技术一次性投资巨大，建成一套碱回收装置一般需投资数千万元，且日常运行费用相当高，由此我国众多中小型制浆造纸厂无力承担，只能将黑液直接排放或经稀释后排放，造成水体的严重污染，因黑液治理难题已导致我国大量中小型制浆企业纷纷被迫关闭。

传统碱回收技术不仅烧掉了黑液中宝贵的木质素，同时产生大量有害气体造成二次污染，另外，我国正在大力提倡建设生态农业，推广种植有机蔬菜，需要大量的有机肥料，据初步估算，我国每年需要的有机肥料达到数千万吨，市场容量很大，而制浆造纸企业正好可以提供大量质优价廉的有机肥料，实际上，制浆造纸企业本身也是生态农业建设的一个不可缺少的环节。

发明内容

本发明的目的在于针对现有碱回收技术投资巨大、运行费用高的问题，提供一种碱法零残碱蒸煮制浆工艺技术，所得到的制浆黑液可用于生产有机肥料或做其它用途，污水处理后可零排放，使制浆过程不但没有污水排放，还由于将黑液用于生产有机肥料，使黑液治理产生了经济效益和社会效益，本发明不受造纸原料和规模的限制，特别适合于我国特有的非木纤维制浆造纸。

本发明的目的是通过以下技术方案和步骤实现的：

包括以下步骤：

1)第一次蒸煮：破碎和经过除尘的制浆原料，与第二次蒸煮制浆后挤压提取稀黑液进行混合预浸，脱水后进行低温蒸煮；

2)原料分丝及浓黑液提取：第一次蒸煮结束后，制浆原料使用双螺杆搓磨挤浆机进行搓磨分丝，分丝后提取浓黑液，然后加水进行洗涤，最后再加入碱和催化剂，使碱和催化剂充分与制浆原料混合，形成原料B；

3)第二次蒸煮：将原料B通蒸汽进行高温蒸煮，蒸煮后的原料，用至少二台双螺杆挤压机串联，挤压提取稀黑液，稀黑液循环用于第一次蒸煮的原料预浸；

4)洗浆及洗浆水处理：经过二次蒸煮及提取黑液后的浆料，再进行高浓磨浆，然后用水稀释后进行洗涤，洗浆水经净化处理后继续循环用于制浆或洗浆；

5)造纸及白水处理：将4)步净化后的浆料，用双盘磨机进行精磨后用于造纸。

对于硬质原料(如棉杆等)，可在第二次蒸煮后先进行高浓热磨，然后再提取黑液。

所述的2)步中所述的双螺杆搓磨挤浆机采用三段或四段式，所述的三段式是将第一段、第二段所得的黑液合并进行后续处理，洗涤水在第二段，碱和催化剂在第三段加入；所述的四段式是将第一段、第二段和第三段所得的黑液合并进行后续处理，洗涤水在第二和第三段加入，碱和催化剂第四段加入。

所述的2)步所得的浓黑液用于生产有机肥，或做其它用途(如生产粘合剂、木质素磺酸盐等)。

所述的3)步中所述的至少两台双螺杆挤压机，洗涤水由最后一台加入，并依次逆向依次流向前面的双螺杆挤压机，在第一台双螺杆挤压机处得稀黑液。双螺杆挤压机最优选三台。

所述的4)步是进入浆池，需用水稀释到浓度为2～5％，用双网洗浆机或圆网洗浆机进行置换洗涤。

所述的4)步中洗浆水量优选为15～25m³/吨浆。

所述的4)步中所述的洗涤水的净化处理为经过厌氧、曝气和物化处理，处理后，污水COD控制到100mg/L，可控制到满足生产要求，全部回用于制浆和洗浆，不需排放。

所述的5)步中造纸过程中所用的造纸白水就地用微浮选处理机回收纤维和处理，处理后的造纸白水回用于造纸。

所述的1)步中脱水后原料含水量控制在65％～75％，蒸煮温度控制在100℃～130℃，蒸煮时间为1～3小时。所述的3)步中第二次蒸煮所述的蒸煮压力为0.2～0.6Mpa，蒸煮时间为1～4小时。

在第二次蒸煮时，加入的碱和催化剂温度为常温至90℃，质量浓度为10～30％；蒸煮过程中碱和催化剂质量用量为4～10％，其中催化剂为蒽醌、尿素、过氧化氢、亚硫酸钠、氯化钾、硫酸钾和亚硫酸铵中的一种或几种，用量为绝干浆质量的1％～3％、碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、亚硫酸钠、亚硫酸镁和硫化钠中的一种或几种。

蒸煮剂碱对绝干浆质量用量4～8％。第二次蒸煮的温度一般控制在150℃-170℃。

本发明的制浆黑液和污水治理方法可以用芦苇、竹片、棉秆和麦草等非木纤维和杨木、桦木和桉木等木材为原料，在蒸煮剂对绝干浆质量用量4～10％的条件下进行蒸煮制浆，根据原料和浆用途的不同，得浆率可达到70～90％，制浆黑液不需浓缩可直接用于生产有机肥料、粘合剂或木质素磺酸盐，污水处理后可实现零排放。

以芦苇为制浆原料，在2000kg破碎和除尘好的芦苇中，加入常温残碱为8mg/l的黑液10m³进行预浸，预浸2个小时后沥干，当原料含水率为65％～75％时，把原料放入反应锅内通蒸汽加热进行常压蒸煮，温度控制在100℃～120℃，当锅内液体pH值为7左右时，停止反应，用双螺杆搓磨制浆机对物料进行分丝、提取黑液、加碱和催化剂，浓度为20％的氢氧化钠和催化剂溶液600L，其中催化剂质量用量为3％，其中尿素为0.2％，亚硫酸铵为2.8％。经过处理的制浆原料加入到蒸煮锅内进行蒸煮。蒸煮压力为0.3～0.4Mpa、蒸煮时间为3小时、浆浓度控制为20～25％；蒸煮后浆料先经过双螺杆挤压机进行高浓挤压，提取黑液，黑液提取率达到90％，黑液量为5～8m³/吨浆，全部回用到第一次蒸煮，然后用高浓磨机磨浆，磨浆浓度为15～30％，磨完将后进行洗浆，洗浆水控制在20m³/吨浆左右，这样的洗浆水COD为2000～5000mg/L，先通过厌氧反应器处理，COD去除率达到65％，处理后50％回用于稀黑液提取和洗浆，其余的污水再进行曝气处理，最后用物化法处理，污水处理后，COD最终可控制在60mg～200mg/L回用。造纸白水量为30～35m³/吨浆，造纸白水经过多园盘纤维回收机和SPR净水器处理后循环使用。

以棉杆为制浆原料，在2000kg破碎和除尘好的棉杆中，加入常温残碱为10mg/l的黑液10m³进行预浸，预浸2个小时后沥干，当原料含水率为65％～75％时，把原料放入反应锅内通蒸汽加热进行常压蒸煮，温度控制在100℃～120℃，当锅内液体pH值为7左右时，停止反应，用双螺杆搓磨制浆机对物料进行分丝、提取黑液、加碱和催化剂，浓度为20％的氢氧化钠和催化剂溶液700L，其中催化剂质量用量为3.5％，其中尿素为0.2％，亚硫酸铵为2.8％，硫酸钾0.5％。经过处理的制浆原料加入到蒸煮锅内进行蒸煮。蒸煮压力为0.3～0.6Mpa、蒸煮时间为3小时、浆浓度控制为20～25％；蒸煮后的浆料先经过高浓磨浆机进行高浓热磨，然后再用双螺杆挤压机进行高浓挤压，提取黑液，黑液提取率达到90％，黑液量为8～9m³/吨浆，全部回用到第一次蒸煮，然后用中浓磨机磨浆，磨浆浓度为5％，磨完将后进行洗浆，洗浆水控制在22m³/吨浆左右，这样的洗浆水COD为2000～5000mg/L，先通过厌氧反应器处理，COD去除率达到65％，处理后50％回用于稀黑液提取和洗浆，其余的污水再进行曝气处理，最后用物化法处理，污水处理后，COD最终可控制在60mg～200mg/L回用。造造纸白水量为30～35m³/吨浆，造纸白水经过多园盘纤维回收机和SPR净水器处理后循环使用。

以稻草为制浆原料，在2000kg破碎和除尘好的稻草中，加入常温残碱为12mg/l的黑液10m³进行预浸，预浸2个小时后沥干，当原料含水率为65％～75％时，把原料放入反应锅内通蒸汽加热进行常压蒸煮，温度控制在100℃～120℃，当锅内液体pH值为7左右时，停止反应，用双螺杆搓磨制浆机对物料进行分丝、提取黑液、加碱和催化剂，浓度为20％的氢氧化钙和催化剂溶液1000L，其中催化剂质量用量为4.5％，其中尿素为0.3％，亚硫酸铵为3.7％，硫酸钾0.5％。经过处理的制浆原料加入到蒸煮锅内进行蒸煮。蒸煮压力为0.2～0.4Mpa、蒸煮时间为2小时、浆浓度控制为20～25％；蒸煮后浆料先经过双螺杆挤压机进行高浓挤压，提取黑液，黑液提取率达到85％，黑液量为8～10m³/吨浆，全部回用到第一次蒸煮，然后用中浓磨机磨浆，磨浆浓度为5％，磨完将后进行洗浆，洗浆水控制在25m³/吨浆左右，这样的洗浆水COD为2000～5000mg/L，先通过厌氧反应器处理，COD去除率达到65％，处理后50％回用于稀黑液提取和洗浆，其余的污水再进行曝气处理，最后用物化法处理，污水处理后， COD最终可控制在60mg～200mg/L回用。造纸白水量为30～35m³/吨浆，造纸白水经过多园盘纤维回收机和SPR净水器处理后循环使用。

本发明的技术方案能产生以下技术效果：

本技术制浆过程分二次蒸煮，第一次蒸煮为低温蒸煮，用第二次蒸煮制浆的稀黑液为蒸煮剂，并使用多功能搓揉制浆机进行分丝、黑液提取、洗涤和加药，可达到如下效果：一是减少蒸煮制浆过程的最终浓黑液量，将最终浓黑液量控制在5～8m³/吨浆，从而可简化黑液浓缩工序，大幅度减少投资；二是降低黑液的粘度，改善浆料的滤水性能，提高黑液的提取率，使黑液提取率达到80～95％；三是控制黑液的最终残碱量为零，使制浆黑液直接可作为生产有机肥的原料或生产粘合剂等；四是进行搓磨分丝，减少第二次蒸煮过程的用碱量30％，从源头上减少污染物总量，使污水处理成本更低，处理后可以全部回用。第二次蒸煮为高温蒸煮，蒸煮剂为碱和催化剂，可达到如下效果：一是进一步加碱蒸煮，使浆料达到蒸煮要求；二是加入催化剂，减少碱的耗用量，降低黑液中的残碱量，为下一次蒸煮黑液实现零残碱创造条件，同时让黑液中富含N、P、K和Ca等元素，使黑液可直接作为有机肥的生产原料。第一次蒸煮后，制浆原料使用双螺杆搓磨挤浆机进行搓磨分丝，分丝后提取浓黑液，然后加水进行洗涤，最后再加入碱和催化剂，使蒸煮剂和催化剂充分与制浆原料混合，为下一阶段的蒸煮创造条件。通过黑液提取和加水洗涤，提取浆料中80～95％的黑液成份，浓黑液量为5～8m³/吨浆，浓黑液直接作为有机肥的生产原料。第二次蒸煮后，再通过使用双螺杆挤浆机对浆料进行二段或三段逆流串联高浓提取稀黑液，提取浆料中80～90％的黑液成份，二次蒸煮制浆稀黑液量只有5～8m³/吨浆，全部回用于一次蒸煮，不需排放。经过二次黑液提取的浆料，再进行高浓或中浓磨浆，然后进入浆池，用水稀释到浓度为2～5％，用双网洗浆机或圆网洗浆机进行洗涤，洗浆水量为15～25m³/吨浆，洗浆水经过厌氧、曝气和SPR净水器等分级处理后全部分级回用，不需排放；净化后的浆料，用双盘磨机进行精磨后用于造纸，造纸白水就地用微浮选处理机回收纤维和处理，处理后的造纸白水回用于造纸，造纸白水经过净化处理后循环使用。本技术不受制浆造纸原料和生产规模限制，适于推广使用。

本发明技术有如下特点：1、制浆过程中，碱加入量少，黑液中Na离子含量低，能被木素吸附生成木素盐带到黑液中带走，避免了水体中钠离子的积累；2、工艺处理过程中，设置有厌氧处理和好氧处理工序，能将可降解的溶解性的有机物去除，避免了水体中可溶性有机物的积累；3、工艺处理过程中，设置有物化处理工序，可去除污水中的大部分固型物；4、对于污水中少量的可溶性难降解木质素盐等大分子物质，本技术通过加入化学药剂，使其生成不溶于水的铝木素，通过精密过滤去除，避免了水体中可溶性难降解木质素盐的过累，从而可进行污水长期循环使用，实现污水零排放；5、本技术根据制浆造纸生产情况，对污水采用分级处理分级回用的方法进行处理，大幅度降低污水处理成本。

附图说明

图1本发明工艺流程图。A-三段式双螺杆搓磨挤浆机；B-双螺杆挤压机。

图2为一台三段式双螺杆搓磨挤浆机工作流程示意图。

图3为三台双螺杆挤压机工作流程示意图。

具体实施方式

以下实施例旨在说明本发明而不是本发明进一步限定，本发明的实施方式可以以发明内容所描述的任何一种方式实施。

实施例1：

以芦苇为制浆原料，在2000kg破碎和除尘好的芦苇中，加入常温残碱为8mg/l的黑液10m³进行预浸，预浸2个小时后沥干，当原料含水率为65％～75％时，把原料放入反应锅内通蒸汽加热进行低温蒸煮，温度控制在100℃～120℃，当锅内液体pH值为7左右时，停止反应，用双螺杆搓磨挤浆机对物料进行分丝、提取黑液、加碱和催化剂，浓度为20％的氢氧化钠和催化剂溶液600L，其中催化剂质量用量为3％，其中尿素为0.2％，亚硫酸铵为2.8％。经过处理的制浆原料加入到蒸煮锅内进行蒸煮。蒸煮压力为0.3～0.4Mpa、蒸煮时间为3小时、浆浓度控制为20～25％；蒸煮后浆料先经过双螺杆挤压机进行高浓挤压，提取黑液，黑液提取率达到90％，黑液量为8～9m³/吨浆，全部回用到第一次蒸煮，然后用中浓磨机磨浆，磨浆浓度为5％，磨完将后进行洗浆，洗浆水控制在20m³/吨浆左右，这样的洗浆水COD为2000～5000mg/L，先通过厌氧反应器处理，COD去除率达到65％，处理后50％回用于稀黑液提取和洗浆，其余的污水再进行曝气处理，最后用物化法处理，污水处理后，COD最终可控制在60mg～200mg/L回用。造纸白水量为30～35m³/吨浆，造纸白水经过多园盘纤维回收机和SPR净水器处理后循环使用。

实施例2：

以棉杆为制浆原料，在2000kg破碎和除尘好的棉杆中，加入常温残碱为12mg/l的黑液10m³进行预浸，预浸2个小时后沥干，当原料含水率为65％～75％时，把原料放入反应锅内通蒸汽加热进行常压蒸煮，温度控制在100℃～120℃，当锅内液体pH值为7左右时，停止反应，用双螺杆搓磨挤浆机对物料进行分丝、提取黑液、加碱和催化剂，浓度为20％的氢氧化钠和催化剂溶液700L，其中催化剂质量用量为3.5％，其中尿素为0.2％，亚硫酸铵为2.8％，硫酸钾0.5％。经过处理的制浆原料加入到蒸煮锅内进行蒸煮。蒸煮压力为0.3～0.6Mpa、蒸煮时间为3小时、浆浓度控制为20～25％；蒸煮后的浆料先经过高浓磨浆机进行高浓热磨，然后再用双螺杆挤压机进行高浓挤压，提取黑液，黑液提取率达到90％，黑液量为8～10m³/吨浆，全部回用到第一次蒸煮，然后用中浓磨机磨浆，磨浆浓度为5％，磨完将后进行洗浆，洗浆水控制在22m³/吨浆左右，这样的洗浆水COD为2000～5000mg/L，先通过厌氧反应器处理，COD去除率达到65％，处理后50％回用于稀黑液提取和洗浆，其余的污水再进行曝气处理，最后用物化法处理，污水处理后，COD最终可控制在60mg～200mg/L回用。造纸白水量为30～35m³/吨浆，造纸白水经过多园盘纤维回收机和SPR净水器处理后可循环使用。

实施例3：

以稻草为制浆原料，在2000kg破碎和除尘好的稻草中，加入常温残碱为10mg/l的黑液10m³进行预浸，预浸2个小时后沥干，当原料含水率为65％～75％时，把原料放入反应锅内通蒸汽加热进行常压蒸煮，温度控制在100℃～120℃，当锅内液体pH值为7左右时，停止反应，用双螺杆搓磨挤浆机对物料进行分丝、提取黑液、加碱和催化剂，浓度为20％的氢氧化钙和催化剂溶液1000L，其中催化剂质量用量为4.5％，其中尿素为0.3％，亚硫酸铵为3.7％，硫酸钾0.5％。经过处理的制浆原料加入到蒸煮锅内进行蒸煮。蒸煮压力为0.2～0.4Mpa、蒸煮时间为2小时、浆浓度控制为20～25％；蒸煮后浆料先经过双螺杆挤压机进行高浓挤压，提取黑液，黑液提取率达到85％，黑液量为8～10m³/吨浆，全部回用到第一次蒸煮，然后用中浓磨机磨浆，磨浆浓度为5％，磨完将后进行洗浆，洗浆水控制在25m³/吨浆左右，这样的洗浆水COD为2000～5000mg/L，先通过厌氧反应器处理，COD去除率达到65％，处理后50％回用于稀黑液提取和洗浆，其余的污水再进行曝气处理，最后用物化法处理，污水处理后，COD最终可控制在60mg～200mg/L回用。造纸白水量为30～35m³/吨浆，造纸白水经过多园盘纤维回收机和SPR净水器处理后可循环使用。

本发明的制浆黑液和污水治理方法可以用芦苇、甘蔗渣、竹片、棉秆、稻草、麻和麦草等非木纤维和桉树、杨木、桦木和桉木等木材为原料，在碱性零残碱条件下进行蒸煮制浆，根据原料和浆用途的不同，得浆率可达到70～90％；另外，制浆造纸厂无需建设投资巨大的碱回收工程，且使黑液用于制备质量优良的有机肥料，有机肥料的产量为1～2吨/吨浆，洗浆水量为20～25m³/吨浆，处理后可回用于制浆和洗浆；抄纸白水量为30～35m³/吨浆，白水经过处理后可循环使用，不受制浆造纸生产规模限制，适于推广使用。

Claims

1.一种污水可零排放的制浆造纸方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)第一次蒸煮：破碎和经过除尘的制浆原料I，与第二次蒸煮制浆后挤压提取的稀黑液I进行混合预浸，脱水后进行低温蒸煮；

2)原料分丝及浓黑液提取：将经第一次蒸煮结束后的制浆原料II用双螺杆搓磨挤浆机进行搓磨分丝，分丝后提取浓黑液II，然后加水进行洗涤，最后再加入碱和催化剂，得到制浆原料III，使碱和催化剂充分与制浆原料III混合，形成原料B；

3)第二次蒸煮：将原料B通蒸汽进行高温蒸煮，蒸煮后的原料，用至少二台双螺杆挤压机或压滤机串联，挤压提取稀黑液I，稀黑液I循环用于第一次蒸煮的原料预浸；

4)洗浆及洗浆水处理：经过二次蒸煮及提取黑液后的得到浆料，再进行高浓磨浆，然后用水稀释、洗涤，洗浆水经过厌氧、曝气和物化絮凝处理后继续循环用于洗浆；

5)造纸及白水处理：将4)步净化后的浆料，用双盘磨机进行精磨后用于造纸，造纸白水经过处理后回用于造纸。

2.根据权利要求1所述的一种污水可零排放的制浆造纸方法，其特征在于，对于硬质原料，在第二次蒸煮后先进行高浓热磨，然后再提取黑液。

3.根据权利要求1所述的一种污水可零排放的制浆造纸方法，其特征在于，2)步中所述的双螺杆搓磨挤浆机采用三段或四段式；所述的三段式是将第一段、第二段所得的黑液合并进行后续处理，洗涤水在第二段，碱和催化剂在第三段加入；所述的四段式是将第一段、第二段和第三段所得的黑液合并进行后续处理，洗涤水在第二和第三段加入，碱和催化剂第四段加入。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种污水可零排放的制浆造纸方法，其特征在于，2)步所得的浓黑液II用于生产有机肥料、粘合剂或木质素磺酸盐。

5.根据权利要求1所述的一种污水可零排放的制浆造纸方法，其特征在于，3)步中所述的至少两台双螺杆挤压机或压滤机，洗涤水由最后一台加入，并依次逆流向前面的双螺杆挤压机，在第一台双螺杆挤压机处得稀黑液I。

6.根据权利要求1所述的一种污水可零排放的制浆造纸方法，其特征在于，5)步中造纸过程中所用的造纸白水就地用微浮选处理机或多圆盘纤维回收机回收纤维和处理，造纸白水经过净化处理后循环使用。

7.根据权利要求1所述的一种污水可零排放的制浆造纸方法，其特征在于，1)步中脱水后原料含水量控制在65％～75％，蒸煮温度控制在100℃～130℃，蒸煮时间为1～3小时。

8.根据权利要求1所述的一种污水可零排放的制浆造纸方法，其特征在于，3)步中所述的蒸煮压力为0.2～0.6MPa，蒸煮时间为1～4小时。