CN101935089B

CN101935089B - 一种碱性过氧化氢化学机械制浆废水的膜浓缩与回用方法

Info

Publication number: CN101935089B
Application number: CN 200910236506
Authority: CN
Inventors: 张勇; 曹春昱; 冯文英; 徐�明; 苏振华; 林乔元; 吕卫军
Original assignee: China National Pulp and Paper Research Institute
Current assignee: China pulp and Paper Research Institute Co., Ltd.
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2029-10-30
Also published as: CN101935089A

Abstract

一种碱性过氧化氢化学机械制浆废水的膜浓缩与回用方法。其中，采用超滤膜浓缩技术替代多效蒸发系统，浓缩碱性过氧化氢化学机械制浆过程中产生的废水，首先将废水引入储槽，然后进行超滤膜浓缩；选用的超滤膜截留分子量在5000～50000道尔顿之间，膜层由聚醚砜材料制备；超滤膜浓缩废水时，控制一定的流速、压力和温度，让废水流经超滤膜表面，流速为1～4m/s，压力为0.1～0.5MPa，温度为20～70℃；体积减少因子为0.75～0.95；浓缩后的留着液称为浓缩液，可并入黑液碱回收系统蒸发燃烧，浓缩后的透过液称为滤过液，可直接回用到碱性过氧化氢化学机械制浆过程中。其优点是：可大幅减少浆厂的蒸发能耗、设备投资、废水排放，且工艺流程简单，操作运转费用低。

Description

一种碱性过氧化氢化学机械制浆废水的膜浓缩与回用方法

技术领域

本发明属于制浆造纸工业的环境保护技术领域，特别是提供了一种碱性过氧化氢化学机械制浆(APMP)废水的超滤膜浓缩与回用方法，适用于拥有硫酸盐浆黑液碱回收系统的APMP浆厂废水的处理和回用。

背景技术

碱性过氧化氢机械制浆技术(APMP)是20世纪90年代在漂白化学热磨机械制浆技术(BCTMP)的基础上发展起来的新型制浆技术，具有纸浆得率高、白度高、强度性能好以及对环境污染小等优点，目前在世界范围内已得到广泛应用。APMP制浆过程中，在木片洗涤、热水浸渍、挤压疏解、化学浸渍、机械磨浆工段产生的废水经混合后称为APMP废水，排放量为20～30m³/t浆，COD和BOD污染负荷分别为140～170kg/t浆和60～80kg/t浆，SS约为20kg/t浆，COD浓度为5000～15000mg/L，BOD/COD比值为0.35～0.50，属于可以生化降解的高浓有机废水，必须加以处理才能消除污染。APMP废水的膜浓缩与回用即是采用超滤膜浓缩的方式处理废水，提升废水浓度，以替代多效蒸发系统，浓缩过程结束后将浓缩液并入黑液碱回收系统蒸发燃烧，滤过液回用到APMP制浆工段补充生产用水。

传统的APMP废水主要采用厌氧+好氧两级生化处理，或厌氧+好氧+絮凝三级生化处理后达标排放，此外还有化学混凝沉淀法处理、化学混凝气浮法处理，以及国外采用的高级氧化法处理等。这些方法虽然所处理对象都是APMP废水，但无论是基本原理还是工艺流程均与本发明无关。

传统生化处理法的基本原理是基于微生物和活性污泥的新陈代谢来除去废水中的微生物。其具有代表性的流程为：废水依次进入调节池、初沉池、厌氧池/曝气池、二沉池，处理过程主要是在厌氧池/曝气池内由厌氧/好氧微生物和活性污泥的新陈代谢来完成，处理后的达标废水直接排放不回用。采用这种方法处理APMP废水时存在一些弊端：1)处理设备占地面积大；2)设备投资和运转费用高；3)操作工艺流程复杂，处理效果难于保证；4)不适应APMP废水水量大，生物负荷不高的特点。

因此，采用生化处理APMP废水并回用，需要进行特殊的设计、特别的施工、及生物驯化，而特定的设计施工和操作维护又会带来投资和运行费用高等一系列问题。

有关制浆造纸工业环境保护技术的介绍与参考，具有指导性和代表性的文献是：中国轻工业出版社2008年版《制浆造纸工业的环境治理》，曹邦威编著。

为实现APMP废水的零排放，近年来，国外有三家APMP浆厂采用多效蒸发系统浓缩APMP废水，提升其浓度至与稀黑液浓度相当，再并入硫酸盐浆黑液碱回收系统与稀黑液一同进行蒸发燃烧处理，可基本实现零排放目标。但由于APMP废水的固形物浓度较低，一般在10～20g/L，采用多效蒸发系统提升其浓度至与稀黑液相当的90～110g/L时，热能消耗巨大，运行费用昂贵。

从采用膜分离法处理制浆造纸废水的角度来看，与本发明相关的处理技术主要是采用微滤、超滤和反渗透处理黑液、红液、化学机械制浆(CMP)废水、漂白废水、中段废水和纸机白水，这些处理技术与本发明的主要不同之处在于：

1.处理目的不同。本发明采用超滤膜浓缩APMP废水的主要目的是：在并入黑液碱回收系统之前将APMP废水进行浓缩，提高其浓度，以替代多效蒸发系统，降低APMP浆厂多效蒸发工段的蒸发能耗和设备投资；同时，膜分离滤过液回用APMP制浆工段，减少APMP浆厂废水排放。而上述已有处理技术的主要目的在于通过膜分离处理，降低滤过液的污染负荷，使其接近或达到直接排放的标准。

2.处理对象不同。本发明超滤膜浓缩的对象是APMP废水，即APMP制浆过程中在木片洗涤、热水浸渍、挤压疏解、化学浸渍、机械磨浆工段产生的混合废水，而上述已有处理技术的对象未有涉及该种废水。

3.膜材料不同。本发明采用的超滤膜是由有机高分子材料聚醚砜制备，具有良好的耐酸碱性和抗污能力，且价格相对低廉，而上述已有处理技术所采用的膜是由其他高分子或无机材料制备。

4.APMP废水本身性质不同。APMP为20世纪90年代才发展起来的新型制浆技术，涉及化学制浆和机械制浆双重领域，其废水的组成和性质与传统的黑液、红液、化学机械制浆(CMP)废水均存在较大差异。

目前，尚未见到APMP废水的膜浓缩与回用方法的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于：解决传统生化处理和多效蒸发技术不适宜处理APMP废水的问题，采用超滤膜浓缩技术提升APMP废水的浓度，使其浓缩液并入黑液碱回收系统进行蒸发燃烧处理，滤过液直接回用APMP制浆工段，以减少APMP浆厂的蒸发能耗、设备投资和废水排放。适用于拥有硫酸盐浆黑液碱回收系统的APMP浆厂废水的处理和回用。

从生产工艺的角度出发，本发明主要采用超滤膜浓缩技术替代多效蒸发系统，浓缩碱性过氧化氢化学机械制浆过程中产生的废水，首先将废水引入储槽，然后进行超滤膜浓缩；选用的超滤膜截留分子量在5000～50000道尔顿之间，膜层由聚醚砜材料制备；超滤膜浓缩废水时，控制一定的流速、压力和温度，让废水流经超滤膜表面，流速为1～4m/s，压力为0.1～0.5MPa，温度为20～70℃；体积减少因子为0.75～0.95；浓缩后的留着液称为浓缩液，可并入黑液碱回收系统蒸发燃烧，浓缩后的透过液称为滤过液，可直接回用到碱性过氧化氢化学机械制浆过程中的湿法备料、粗浆洗涤和白泥洗涤工段。

本发明的优点在于：可以大幅减少碱性过氧化氢化学机械浆厂的蒸发能耗、设备投资、废水排放，且工艺流程简单，操作运转费用低。

具体实施方式

本发明具体的实施和操作方式为：

第一步，将APMP废水引入储槽。

将APMP制浆过程中在木片洗涤、热水浸渍、挤压疏解、化学浸渍、机械磨浆工段产生的经混合后的废水过100目圆筛后引入储槽(单个储槽体积50m³，共8个，储槽材质为不锈钢，几何形状为圆柱形)，储槽内APMP废水的pH值在7～8之间，温度在45～65℃之间，含有大量悬浮物和可溶性物质，主要是由细小纤维、各种抽出物、木素碎片、低分子量有机酸、蛋白质和金属离子组成，水质混浊不清，总固形物含量在14～15g/L之间，COD在12000～12500mg/L之间。第一步操作的目的是筛滤、混合并储存待处理的APMP废水。

第二步，将APMP废水进行超滤膜浓缩。

通过动力泵(标准工业立式离心泵，泵腔和叶轮经过防腐处理，电机功率40kW，流量120m³/h，扬程25m)将储槽内的APMP废水输送至超滤膜进行浓缩处理。超滤膜截留分子量为10,000道尔顿，膜层材料是聚醚砜。输送过程中管道直径为100mm，管道材质为不锈钢。在一定流速、压力和温度下实现超滤膜对APMP废水的浓缩处理。针对本条件的实施例，操作时流速为4m/s，压力为0.3MPa，温度波动范围为55±5℃，体积减少因子为0.93。超滤截留的浓缩液(总固形物含量94～96g/L，总固形物中有机物含量64～66g/L，COD在90000～95000mg/L之间)直接并入黑液碱回收系统进行蒸发燃烧处理；超滤透过的滤过液(总固形物含量8～9g/L，总固形物中有机物含量3.5～4.5g/L，COD在6000～7000mg/L之间，色度小于850度，水质透明)即可作为新鲜的工艺用水。第二步操作的目的是超滤膜浓缩APMP废水，产生符合黑液碱回收系统处理要求的高浓APMP废水和可以直接回用的新鲜工艺用水。

第三步，蒸发燃烧高浓APMP废水。

本实施例中，由第二步产生的高浓APMP废水(超滤浓缩液)，其浓度基本达到稀黑液浓度标准(90～110g/L)，将其与浆厂硫酸盐浆车间产生的稀黑液混合，一同进入黑液碱回收系统，进行蒸发燃烧处理。第三步浓缩液并入黑液碱回收系统的目的是替代传统生化处理法和新型多效蒸发技术，减少APMP浆厂用于生化处理的设备投资和源于多效蒸发的生产能耗。

第四步，回用新鲜工艺用水。

本实施例中，由第二步产生的新鲜工艺用水(超滤滤过液)，其中30％用于补充湿法备料工段用水，50％用于补充粗浆洗涤工段用水，20％用于补充白泥洗涤工段用水。第四步回用的目的是降低APMP浆厂水耗，降低生产成本，同时减少将厂废水排放，保护水资源和环境。

Claims

1.一种碱性过氧化氢化学机械制浆废水的膜浓缩与回用方法，其特征是：采用超滤膜浓缩技术替代多效蒸发系统，浓缩碱性过氧化氢化学机械制浆过程中产生的废水，首先将废水引入储槽，然后进行超滤膜浓缩；选用的超滤膜截留分子量在5000～50000道尔顿之间，膜层由聚醚砜材料制备；超滤膜浓缩废水时，控制一定的流速、压力和温度，让废水流经超滤膜表面，流速为1～4m/s，压力为0.1～0.5MPa，温度为20～70℃；体积减少因子为0.75～0.95；浓缩后的留着液称为浓缩液，并入黑液碱回收系统蒸发燃烧，浓缩后的透过液称为滤过液，直接回用到碱性过氧化氢化学机械制浆过程中的湿法备料、粗浆洗涤和白泥洗涤工段。