CN102964025B

CN102964025B - 一种预防和消除造纸废水封闭循环系统中结垢的方法

Info

Publication number: CN102964025B
Application number: CN201210418742.7A
Authority: CN
Inventors: 王森; 张安龙; 王娟娟; 李新平; 梁艳
Original assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Current assignee: Xi'an Huining Paper Co ltd
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2032-10-26
Also published as: CN102964025A

Abstract

本发明公开了一种预防和消除造纸废水封闭循环系统中结垢的方法，包括：1）经二级生化处理后废水，采用改性粉煤灰进行吸附预处理，在常温下，边搅拌边加入改性粉煤灰，反应后进行静置沉降，取其上清液进行检测；2）经预处理后废水泵入膜分离反应器进水槽，通过加压输液泵依次送至微滤和超滤膜组件进行膜分离处理。3）微滤和超滤处理后出水经反冲洗泵送至UF出水槽，浓水回流到MF进水槽再进行微滤和超滤膜分离处理，UF出水槽水再进行反渗透处理，反渗透处理后出水完全回用于造纸车间的抄纸工段。本发明处理流程简单，操作方便，出水水质稳定，处理后的出水不但完全满足抄纸水质回用要求，而且还预防和消除了废水封闭循环系统中的结垢问题。

Description

一种预防和消除造纸废水封闭循环系统中结垢的方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，涉及一种造纸领域的废水处理技术，尤其是一种预防和消除造纸废水封闭循环系统中结垢的方法。

背景技术

目前，造纸工业发展速度比较快，其对减少造纸污染排放以及合理有效利用资源提出新的要求。众所周知，制浆造纸工业不仅能源和自然资源消耗量大，而且对环境污染严重，尤其是水污染即造纸废水污染，它是制浆造纸工业排放的所有污染物中最严重的污染物。因此，怎样处理造纸废水以及其循环回用是造纸工业非常重视的大问题。目前我国对于造纸废水（尤其是废纸造纸废水）处理方面主要是研究循环利用和达标排放这两方面的废水处理方法。

目前从国内外造纸废水处理技术的发展情况来看，造纸白水的封闭循环回用是一种行得通的可实施的方法，许多造纸工作者也认可和赞同这种废水回用的方法。随着造纸废水循环回用技术的不断发张，目前造纸用水量已经有了很大的减少。

但随着废水封闭循环程度的提高和循环次数的不断增加，废水中危害性和污染性物质会逐步积累，污染物质积累到一定程度时就会出现许多不利的影响，这些不利影响包括：（1）造纸助剂效率降低；（2）胶黏物沉积，纸机清洗次数增加；（3）加剧微生物的积累、设备腐蚀及其结垢问题，尤其是结垢问题。CaSO₄和来自填料和涂布层的碳酸钙盐与微生物产生的挥发性脂肪酸缓的慢反应生成二氧化碳和钙离子，二氧化碳会严重影响抄纸质量，钙离子会结垢。

目前，造纸废水循环系统中预防结垢的方法有很多种，大致可分为3种：（1）化学法防垢，主要有加酸、加碱处理和石灰软化等；（2）物理法防垢，主要有离子交换法等；（3）工艺法防垢，主要有投加阻垢剂、缓蚀剂等。除此之外，近年来，在除垢技术上又有了新的突破，如强磁防垢技术等。在实际应用中，防垢方法的选择要考虑到技术的经济性、实用性和可行性。

我国小型或中型的造纸企业大部分情况下使用化学混凝、即气浮等物化处理方式作为一级处理方法；采用厌氧+好氧等生化处理方式作为二级处理方法来处理造纸废水，经过二级处理后的废水水质较好，完全能够满足回用水要求，尽可能地回用到制浆或抄纸车间，使生产用水循环使用。虽然处理后的回用水质有了很大的改善，但水的COD仍然很高，回用会引起多种有机、无机物质富积，回用后将在系统中产生结垢、电化学腐蚀等问题。为了减少或消除废水（主要是其中的溶解性固体）对设备及管路腐蚀和结垢现象，同时也为了得到质量更好的回用水，进一步降低单位产品的耗水量，需要对造纸废水进行深处理以去除较难处理的盐类和低分子量的有机物，这就需要一种适合处理此类废水的工艺方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种预防和消除造纸废水封闭循环系统中结垢的方法，该方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

一种预防和消除造纸废水封闭循环系统中结垢的方法，包括以下步骤：

1）吸附、絮凝预处理

将经二级生化处理后的废水先经二沉池沉淀后，上清液采用改性粉煤灰进行吸附、絮凝预处理，水温在常温条件下，添加50～200mg/L的改性粉煤灰，以200r/min的转速搅拌1.0h后再静置0.5～2.0h后，去除水中溶解性的悬浮物；

2）微滤和超滤处理

经预处理后废水进入膜分离反应器进水槽，通过加压输液泵依次送至微滤MF和超滤UF膜组件进行膜分离处理，其中微滤法所分离组分的直径在0.03～15μm，膜通量为15～20L/h；而超滤法所分离的组分直径范围在0.001～0.05μm，膜通量为13～17L/h，操作压力控制在0.04～0.10范围内；经微滤和超滤处理后清水经反冲洗泵送至UF出水槽，浓水回流到MF进水槽再进行微滤MF和超滤UF膜分离处理，UF出水槽水再进行下一步反渗透处理；

3）反渗透处理

反渗透的运行压力在1～10MPa，反渗透膜孔径小于1nm，只允许溶剂和水透过，能截留小分子有机物和盐，脱盐率在95%以上；步骤2）的UF出水槽水作为反渗透系统的进水，经输液泵和加压泵进入反渗透RO膜组件，RO浓水通过阀门的控制实现全排放或一部分回流以提高RO系统回收率，RO出水则直接进入RO出水槽以备回用水之用。

进一步，以上微滤膜或超滤膜的正向清洗操作是将微滤或超滤的进水通过输液泵送到膜组件内对其进行清洗，微滤膜或超滤膜的反向清洗操作是将微滤膜或超滤膜的出水通过反洗泵对膜进行清洗。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.本发明整个处理流程相对简单，效果良好，设备占地面积小。

2.粉煤灰集吸附、絮凝及过滤于一体，本发明采用改性粉煤灰进行吸附预处理，不但处理效果较好，价格低，而且粉煤灰资源化利用，不会造成二次污染。

3.利用微滤、超滤以及反渗透结合的工艺方法，不但可以更高效率地去除更小粒径的污染物质，得到更清洁的水质。而且此类方法属于物理性处理法，操作方便，效果稳定可靠。

4.经本发明技术处理后的废水，不但完全满足回用水质要求，而且水质甚至优于一般地表水清水水质。

附图说明

图1为实施本发明的设备连接示意图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明，但本发明要求保护的范围并不仅局限于实施例表现的范围。

实施例：

以本发明技术方案处理废纸制造瓦楞纸经二级生化处理后废水，经分析检测，水质指标如下表1所示，垢样中的金属元素，结果见表2。

经二级生化处理后废水先经二沉池沉淀后，上清液采用改性粉煤灰进行吸附、絮凝预处理。改性处理粉煤灰具体操作为：将取回的粉煤灰经过适当烘干后分别通过200目筛，取一定量200目筛的粉煤灰放入1mol/L的盐酸中，控制固液比为1：20，搅拌后混合浸泡48h，过滤除去有机物等杂质，用清水经多次洗涤至中性，烘干备用。取1L混合白水于烧杯中，调节pH值，在常温情况下，以200r/min的转速边搅拌边加入改性粉煤灰50g/L、100g/L、150g/L、200g/L，反应0.5h后进行沉降，沉降0.5h、1.0h、1.5h、2.0h后取其上清液，进行试验研究，测定其COD_Cr，色度、SS，并计算去除率以确定最佳处理工艺条件。经实验对比得出：在常温，中性条件下，粉煤灰用量150mg/L，搅拌1.0h后静置沉降1.5h，COD_Cr、色度和SS的去除率分别为42.1%、84.5%和85.2%。

经粉煤灰预处理后废水进入膜分离反应器进水槽，通过加压输液泵依次送至微滤（MF）和超滤（UF）膜组件进行膜分离处理，其中微滤法所分离组分的直径在0.03～15μm，膜通量为15～20L/h，一般微粒、细菌等杂质可被截留。所以废水经微滤膜处理后，出水SS在15～20mg/L，COD_Cr在70～95mg/L，色度在10～18PCU，出水水质良好，但未能满足反渗透进水要求。所以经微滤法处理后废水再经过超滤法处理，而超滤膜所分离的组分直径范围在0.001～0.05μm，膜通量为13～17L/h，操作压力控制在0.04～0.10范围内,一般相对分子质量在500以上的蛋白质、多糖、颜料等胶体物质和大分子物质都可以被截留。故经超滤膜处理后，出水悬浮物SS在5mg/L以下，色度在4～8PCU，COD_Cr平均在33.2mg/L，超滤膜对悬浮物有较好去除效果，出水水质优异，为反渗透进水奠定了良好的基础。超滤膜操作压力控制在0.04～0.1MPa范围内，仅能保证较高的水通量，又能减缓膜污染速度。

随后微滤（MF）和超滤（UF）处理后出水经反冲洗泵送至UF出水槽，浓水回流到MF进水槽再进行微滤（MF）和超滤（UF）膜分离处理，UF出水槽水再进行下一步反渗透处理。反渗透处理超滤出水，运行压力在1～10MPa，膜孔径小于1nm，COD平均在18.7mg/L，SS检测不出，反渗透对无机离子的去除效果较好，硬度的去除率高达99.5%，电导率由2～4.35ms/cm降到70～90μs/cm，平均脱盐率高达98%以上，不但完全能够满足造纸工艺回用水的要求（水质如表3所示），最重要的是还预防和消除了废水封闭循环系统中的结垢问题。而RO浓水COD_Cr平均为73.2mg/L，可达标排放。

表1造纸废水水质

表2真空泵垢样的金属元素含量

元素名称	Na	Mg	Ca	Fe	Al	K
							金属元素含量/%	2.16	3.42	33.6	1.043	0.095	0.43

表3处理效果对比

项目	原水	粉煤灰预处理出水	微滤+超滤出水	总出水
					CODcr/mg·L^-1	720	417	36.4	18.7
色度/倍	285	44.2	6.1	1.7
					SS/mg·L^-1	312	46.0	3.9	未检出
盐/mg·L^-1	2200	-	-	18.5
					总硬度/mg·L^-1	967	-	-	7.3

用于实现本发明的设备如图1所示：包括液位计1、MF/UF进水槽2、MF/UF输液泵3、流量计4、MF/UF保安过滤器5、压力表6、MF/UF膜组件7、球阀8、MF/UF反冲洗泵9、MF/UF出水槽10、RO输液泵11、RO保安过滤器12、加压泵13、RO膜组件14、RO出水槽15；其中MF/UF进水槽2通过MF/UF输液泵3与MF/UF保安过滤器5连接，MF/UF保安过滤器5的出口连接至MF/UF膜组件7，且MF/UF膜组件7通过管道连接至MF/UF进水槽2上；在MF/UF保安过滤器5的出口处设置压力表6。MF/UF膜组件7通过球阀8连接至MF/UF出水槽10的上方，另外MF/UF膜组件7还通过阀门和MF/UF反冲洗泵9连接至MF/UF出水槽10的下方；MF/UF出水槽10的下方还通过RO输液泵11连接至RO保安过滤器12的上方进口，RO保安过滤器12的下方出口通过MF/UF输液泵3连接至RO膜组件14的下方进口；RO膜组件14的中部出口连接至RO出水槽15的上方；RO膜组件14的上端还通过管道和必要的阀组部件连接至MF/UF出水槽10的上方。液位计1设置在MF/UF进水槽2中。

Claims

1.一种预防和消除造纸废水封闭循环系统中结垢的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)吸附、絮凝预处理

改性处理粉煤灰具体操作为：将取回的粉煤灰经过适当烘干后分别通过200目筛，取一定量200目筛的粉煤灰放入1mol/L的盐酸中，控制固液比为1：20，搅拌后混合浸泡48h，过滤除去有机物杂质，用清水经多次洗涤至中性，烘干备用；取1L混合白水于烧杯中，调节pH值，在常温情况下，以200r/min的转速边搅拌边加入改性粉煤灰50g/L、100g/L、150g/L、200g/L，反应0.5h后进行沉降，沉降0.5h、1.0h、1.5h、2.0h后取其上清液，进行试验研究，测定其CODCr，色度、SS，并计算去除率以确定最佳处理工艺条件；

2)微滤和超滤处理

经预处理后废水进入膜分离反应器进水槽，通过加压输液泵依次送至微滤MF和超滤UF膜组件进行膜分离处理，其中微滤法所分离组分的直径在0.03～15μm，膜通量为15～20L/h；而超滤法所分离的组分直径范围在0.001～0.05μm，膜通量为13～17L/h，操作压力控制在0.04～0.10MPa范围内，相对分子质量在500以上的蛋白质、多糖、颜料胶体物质和大分子物质被截留；经微滤和超滤处理后清水经反冲洗泵送至UF出水槽，浓水回流到MF进水槽再进行微滤MF和超滤UF膜分离处理，UF出水槽水再进行下一步反渗透处理；

3)反渗透处理

反渗透的运行压力在1～10MPa，反渗透膜孔径小于1nm，只允许溶剂和水透过，能截留小分子有机物和盐，脱盐率在95％以上；步骤2)的UF出水槽水作为反渗透系统的进水，经输液泵和加压泵进入反渗透RO膜组件，RO浓水通过阀门的控制实现全排放或一部分回流以提高RO系统回收率，RO出水则直接进入RO出水槽以备回用水之用，RO出水槽硬度的去除率达99.5％，平均脱盐率达98％以上；

微滤膜或超滤膜的正向清洗操作是将微滤或超滤的进水通过输液泵送到膜组件内对其进行清洗，微滤膜或超滤膜的反向清洗操作是将微滤膜或超滤膜的出水通过反洗泵对膜进行清洗。