CN102897961A - 一种碱性过氧化氢机械制浆废液低能耗浓缩方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于碱性过氧化氢机械制浆废液低能耗浓缩的方法。充分结合陶瓷超滤膜、机械重复压缩热泵及板式降膜蒸发器等特点，将其用于化机浆制浆过程不同排污节点不同性质废液的浓缩，陶瓷膜代替有机膜克服高浓磨浆技术带来的废液高温问题，用于预浓缩；热泵用于废液由低浓到中浓的浓缩；板式降膜蒸发器用于废液由中浓到高浓的浓缩；几种节能技术的集成优化，大幅度降低碱性过氧化氢机械制浆废液的蒸发能耗，实现碱性过氧化氢机械浆生产全过程废液零排放。彻底解决化机浆废液治理难的问题。且工艺流程简单，操作运行费用低。

Description

一种碱性过氧化氢机械制浆废液低能耗浓缩方法

技术领域

本发明属于制浆废液浓缩及处理方法，特别涉及一种碱性过氧化氢机械制浆废液的低能耗浓缩及处理方法。

背景技术

近年来，随着林纸一体化战略的实施，以碱性过氧化氢机械制浆(APMP)为主的化机浆得到快速的发展，其纤维原料利用率高的特点充分发挥，直接减少了纤维原料的消耗量，并且由于该方法具有制浆得率高，过程排出的废水污染物负荷相对较低的特点，成为近年来国内新增制浆能力的主要方式之一，目前我国碱性过氧化氢机械浆的总产能已超过300万t，其将是我国制浆的发展方向并将在未来几年得到更广泛的推广应用。但由于APMP制浆废水含有多种脂肪酸、树脂酸等对水生生物有抑制性的物质，且该类废水的COD和BOD负荷都很高，虽然经科技攻关采用高效的厌氧、好氧等生物技术及化学絮凝和高级氧化技术等使COD和BOD得到了有效的消减，但是仍然存在制浆废液的处理成本高、达标排放难等问题。而且生化剩余污泥及三级化学污泥二次污染问题也越发突出，同时，生物处理过程中仍存在由于处理系统冲击等引发的处理效率不稳定，甚至系统失效的风险。

浓缩燃烧是消减制浆高浓有机废液的有效手段之一，但由于碱性过氧化氢机械制浆化机浆废液浓度低，固含量仅为1％～2％，要提高到50％以上送燃烧炉燃烧，在该过程中，每吨废液蒸发掉的水量达0.96吨以上，需要消耗大量的热能，其中的有机物含量还难以达到碱回收法所需的有效能量自给的程度，因此，必须采取更为节能的浓缩方法对其进行有效的处理。

APMP化机浆制浆产生的废液主要包括以下几部分：木片洗涤水，COD大约2500mg/L，浓度低于1％，属于低浓废液，一般用常规水处理的方法处理，处理后可以循环使用；化机浆挤压撕裂机的废液，因为其中含有大量的碎木屑，故采用圆筒细格筛处理，碎木屑可以回用，COD大约13000mg/L，浓度为1％左右，筛后废液流到废液中间池，再经过0.10mm筛孔的压力过滤筛进行精细过滤，过滤后的滤液进入到废液贮存塔；螺旋压榨机的废液为漂白后废液，COD大约14000mg/L，浓度在2％左右，因其中含有大量的纤维，所以采用多圆盘过滤机，纤维可以回用到消潜浆池中再利用，废液到废液中间池；锥形除渣器和压力筛处理前渣浆废液，COD大约7000mg/L，浓度在2％左右，由于浓度较高，则进入到卧式离心机内进行再分离，分离后的渣浆可以送板纸机做芯浆，废液回到废液中间池；后3种废水均经中间池进入废液贮存塔，此时废水浓度约为1.5％～1.65％。因其固形物含量和污染程度介于化学浆和机械浆之间，现有废液处理技术应用于该废液都存在一定的运行经济性问题。若将其并入传统的碱回收系统实现废液封闭循环，必然存在蒸发能耗过高的问题，而采用普通的中段水三级处理方法，则可能损失大量的可以回收的热能和化学品。为此，本发明采用化机浆制浆废液非热预浓缩技术，即通过膜分离技术对含木片洗涤水化机浆废液进行预浓缩，在废液处于低浓状态时充分发挥膜分离技术分离效率高、无相变及能耗低的优势，将废液浓度提高2～3倍，并将其中50％以上的水分分离出来，部分替代热交换蒸发过程，以达到节能的效果，然后再利用热泵进一步将废液浓缩为半浓废液，充分利用二次蒸汽的热能，实现节能，最后以板式降膜蒸发器浓缩达到入炉浓度。

之前，中国制浆造纸研究院曹春昱等公开了“一种化机浆制浆废液浓缩的板式超滤膜装置”(专利申请号：200910088247.2)，张勇等公开了“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”(专利申请号：200910236506.1)，其所用的膜材料均为聚醚砜有机材料，但随着制浆技术的提升，高浓磨浆技术的采用，使得制浆用水量及废液量进一步降低，相应的废液温度及浓度均得到提升，其中废液温度可达到85～90℃，之前只能耐50℃的聚醚砜材料难以满足实际生产的需求。另外，用超滤膜浓缩碱性过氧化氢机械制浆废液时，当浓度达到5％以上后膜面会形成一定厚度的凝胶层而引起浓差极化现象，影响膜的截留效率及透过液的质量，同时也会对膜分离系统的运行及使用寿命带来不良的影响，故采用超滤膜浓缩碱性过氧化氢机械制浆废液时，控制浓缩液的浓度为5％左右即可，但是制浆废液的浓度从5％提高到50％以上，采用传统的蒸发工艺还需大量的蒸汽，最终废液燃烧所得的热能仍然难以抵消废液蒸发增浓过程中所消耗的热能，为此，本发明还采用机械重复压缩热泵对预浓缩后的废液进行进一步增浓处理。

发明内容

为了克服传统厌氧+好氧+化学絮凝处理成本高、达标排放难及生化剩余污泥及三级化学污泥二次污染问题，和传统碱回收技术能耗高的问题，本发明提供了一种适用于碱性过氧化氢机械浆废液低能耗浓缩方法，采用膜分离系统将制浆废液由1％～2％增浓至5％左右，再采用两段机械重复压缩热泵技术将废液进一步增浓至15％左右，送板式降膜五效蒸发系统增浓至50％以上后送碱回收炉进行燃烧。膜分离及蒸发冷凝水回用于木片及浆料的洗涤，燃烧产生的蒸汽作为板式降膜五效蒸发系统的热源，燃烧后的熔融物经苛化后回用于制浆工艺。本发明为碱性过氧化氢机械制浆废液的处理及回用提供一种系统的方法，实现废液的低能耗浓缩，并对蒸汽、碱冷凝水及透过液进行的高效系统的利用。

本发明的具体解决方案是：

(1)木片洗涤水的预处理

采用重力沉淀池对木片洗涤废水进行处理，分离出其中的砂石等比重较大的无机物，并进行安全填埋；再采用机械过滤的方式去除其中的木屑等比重较小的有机物，然后进入生物质锅炉进行焚烧利用；处理后的液体送下一步工序进行处理。

(2)制浆废液的预处理

经步骤(1)处理后的木片洗涤水与碱性过氧化氢机械制浆过程的化机浆挤压撕裂机的废液、螺旋压榨机的废液为漂白后废液及锥形除渣器和压力筛处理前渣浆废液三种废液进行混合送膜分离系统，使其浓度增加到5％左右。透过液用于木片的洗涤。

(3)预处理后木片洗涤液及制浆废液热泵浓缩

经膜浓缩后浓度为5％左右的废液送两段机械重复压缩热泵系统将废液进一步增浓至15％左右。该两段机械重复压缩热泵系统所用的热源为其蒸发出来的二次蒸汽，仅投入少量的电能即可将二次蒸汽通过机械压缩达到新鲜蒸汽的温度，再用于废液的蒸发。冷凝水用于木片的洗涤。

(4)五效板式降膜蒸发系统的增浓

经步骤(3)出来的浓度为15％的混合废液再经五效板式降膜蒸发器进一步浓缩，使其浓度达到50％左右，即可以送燃烧炉直接燃烧。燃烧后产生的蒸汽回用于板式蒸发器。冷凝水用于木片的洗涤。

本发明充分结合超滤膜、机械重复压缩热泵及板式降膜蒸发器等特点，将其用于化机浆制浆过程不同排污节点不同性质废液的浓缩，大幅度降低碱性过氧化氢机械浆厂废液的蒸发能耗，实现碱性过氧化氢机械浆生产全过程废液零排放。彻底解决化机浆废液治理难的问题。且工艺流程简单，操作运行费用相对较低。

附图说明

图1为本发明所涉及的碱性过氧化氢机械制浆废液低能耗浓缩方法工艺流程图；

表1膜+热泵+五效蒸发系统与多效蒸发系统的运行成本比较。

表2几种回用水的水质

具体实施方式

下面通过具体的实例进一步说明本发明的特点。

实施例1

某木材制浆厂，采用外购木片进行制浆，木片在洗涤机中的浓度5％，相应用水量约为19m³/t木片，废水的COD_Cr浓度为1800mg/L，BOD₅浓度为500mg/L，SS浓度为1100mg/L，pH值为6.4色度为660倍，水温为80～90℃。

碱性过氧化氢机械浆制浆过程中产生的废液包括：挤压撕裂机废液，漂白后螺旋压榨机废液和渣浆锥形除渣器/压力筛处理废液。化机浆挤压撕裂机的废液含有大量的碎木屑，经圆筒细格筛处理后，COD大约13000mg/L，筛后废液流到废液中间池，再经过0.10mm筛孔的压力过滤筛进行精细过滤，过滤后的滤液进入到废液贮存塔；漂白后螺旋压榨机的废液，COD大约14000mg/L，含有大量的纤维，采用多圆盘过滤机处理后，纤维回用到消潜浆池中再利用，废液到废液中间池；锥形除渣器和压力筛处理前渣浆废液，COD大约7000mg/L，进入到卧式离心机内进行再分离，废液回到废液中间池；3种废水均经中间池进入废液贮存塔，此时废水浓度约为1.5％～1.65％。

(1)木片洗涤水的预处理

采用重力沉淀池对木片洗涤废水进行处理，分离出其中的砂石等比重较大的无机物，并进行安全填埋；再采用机械过滤的方式去除其中的木屑等比重较小的有机物，然后进入生物质锅炉进行焚烧利用；处理后的液体送下一步工序进行处理。

(2)制浆废液的预处理

经步骤(1)处理后的木片洗涤水与碱性过氧化氢机械制浆过程的化机浆挤压撕裂机的废液、螺旋压榨机的废液为漂白后废液及锥形除渣器和压力筛处理前渣浆废液三种废液进行混合送陶瓷膜分离系统，使其浓度增加到5％左右。透过液用于木片的洗涤。

(3)预处理后木片洗涤液及制浆废液低能耗浓缩

经膜浓缩后浓度为5％左右的废液送两段机械重复压缩系统将废液进一步增浓至15％左右。该两段机械重复压缩热泵系统所用的热源为其蒸发出来的二次蒸汽，仅投入少量的电能即可将二次蒸汽通过机械压缩达到新鲜蒸汽的温度，再用于废液的蒸发。冷凝水用于木片的洗涤。

(4)五效板式降膜蒸发系统的增浓

经步骤(3)出来的浓度为15％的混合废液再经五效板式降膜蒸发器进一步浓缩，使其浓度达到50％左右，即可以送燃烧炉直接燃烧。燃烧后产生的蒸汽可满足板式蒸发器所需的蒸汽，冷凝水用于木片的洗涤，燃烧后的熔融物经处理后回用于制浆系统。表1为本发明所涉及的低能耗浓缩系统与多效蒸发系统的运行成本比较。

表1膜+热泵+五效蒸发系统与多效蒸发系统的运行成本比较

实施例2

某木材制浆厂，采用外购木片进行制浆，木片在洗涤机中的浓度5％，相应用水量约为19m³/t木片，废水的COD_Cr浓度为1800mg/L，BOD₅浓度为500mg/L，SS浓度为1100mg/L，pH值为6.4色度为660倍，水温为80～90℃。

碱性过氧化氢机械浆制浆过程中产生的废液包括：挤压撕裂机废液，漂白后螺旋压榨机废液和渣浆锥形除渣器/压力筛处理废液。化机浆挤压撕裂机的废液含有大量的碎木屑，经圆筒细格筛处理后，COD大约13000mg/L，筛后废液流到废液中间池，再经过0.10mm筛孔的压力过滤筛进行精细过滤，过滤后的滤液进入到废液贮存塔；漂白后螺旋压榨机的废液，COD大约14000mg/L，含有大量的纤维，采用多圆盘过滤机处理后，纤维回用到消潜浆池中再利用，废液到废液中间池；锥形除渣器和压力筛处理前渣浆废液，COD大约7000mg/L，进入到卧式离心机内进行再分离，废液回到废液中间池；3种废水均经中间池进入废液贮存塔，此时废水浓度约为1.5％～1.65％。

经本发明陶瓷膜分离后的透过液、两段机械重复压缩热泵冷凝水及五段板式降膜蒸发器冷凝水分别回用，水质见下表。

表2几种回用水的水质

Claims (5)

1.一种碱性过氧化氢机械制浆废液低能耗浓缩方法，其特征在于，采用膜分离装置将制浆废液由1％～2％增浓至5％左右，再采用热泵将废液进一步增浓至15％左右，送板式降膜五效蒸发系统增浓至50％以上后送碱回收炉进行燃烧。膜分离及蒸发冷凝水回用于木片及浆料的洗涤，燃烧产生的蒸汽作为板式降膜五效蒸发系统的热源，燃烧后的熔融物经苛化后回用于制浆工艺。本发明为碱性过氧化氢机械制浆废液的处理及回用提供一种系统的方法，实现废液的低能耗浓缩，并对蒸汽、碱、冷凝水及透过液进行的高效系统的利用。

2.根据权利要求1所述的过氧化氢机械制浆废液低能耗浓缩方法，其特征是所述的膜分离装置采用孔径为5～20nm的陶瓷超滤膜。

3.根据权利要求1所述的过氧化氢机械制浆废液低能耗浓缩方法，其特征是所述的膜分离装置浓缩工艺条件为：压力为0.1～0.5MPa，温度为70～95℃；体积减少因子为0.75～0.95。

4.根据权利要求1所述的过氧化氢机械制浆废液低能耗浓缩方法，其特征是所述的热泵为两段机械重复压缩型开路循环式热泵。

5.根据权利要求1所述的过氧化氢机械制浆废液低能耗浓缩方法，其特征是所述的蒸发器的蒸发能力为24t(H₂O)/h，稀废液流量为31t/h，稀废液固形物含量为16％，稀废液温度为85℃，浓废液固形物含量为50-60％，低压蒸汽流量为5t/h。

Images