CN103204560A

CN103204560A - 利用活性硅酸钙制备废水处理剂和造纸废水的处理方法

Info

Publication number: CN103204560A
Application number: CN2013100060652A
Authority: CN
Inventors: 孙俊民; 王成海; 宋宝祥
Original assignee: High Aluminum Coal Resources Development and Utilization R&D Center of Datang International Power Generation Co Ltd; China National Pulp and Paper Research Institute
Current assignee: High Aluminum Coal Resources Development and Utilization R&D Center of Datang International Power Generation Co Ltd; China National Pulp and Paper Research Institute
Priority date: 2013-01-08
Filing date: 2013-01-08
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2033-01-08
Also published as: CN103204560B

Abstract

本发明提供一种利用活性硅酸钙制备废水处理剂和造纸废水的处理方法，属于环境保护技术领域。所述废水处理剂，重量组成中包括活性硅酸钙60～98份，无机絮凝剂0.5～40份和有机高分子絮凝剂0.01～0.5份；将各组分在复配改性器中进行混配复合即成为所述废水处理剂。所述造纸废水处理方法包括按待处理废水重量的0.2-2%将处理剂加入造纸废水中，对废水维持搅拌5～30min进行吸附处理，然后停止搅拌并静置5～30min，对处理后的废水实施固液分离，分离出的水可以作为制浆和抄造用水，分离出的固体物经净化处理后可用做纸板填料。本发明拓宽了活性硅酸钙的应用范畴，实现资源综合利用，大幅降低废水处理设施投资和运行成本，尤其适用于中小企业。

Description

利用活性硅酸钙制备废水处理剂和造纸废水的处理方法

技术领域

本发明涉及工业废水处理领域，尤其涉及一种利用活性硅酸钙制备废水处理剂和造纸废水的处理方法。

背景技术

造纸企业的排放水处理一直是废水治理和环境保护的重点监控对象，大型造纸企业都会有排放水的治理，例如将经处理后的制浆洗涤水作为中水回用等。排放水的治理手段需要技术和资金投入的支持，对于众多小型企业则存在很多困难，也导致将产生的废水和废弃物随意排放的事件难以杜绝。据统计国内年产5万吨以下的中小纸厂总数有1000余家，如此众多的中小企业正常运行时每年直接排出的大量生产废水和固体废弃物，严重地污染水质和土地，缺乏有效治理手段使之成为多年来难以从根本上消除对环境污染的一类造纸企业。

随着国家对造纸废水和废弃固体排放物的治理力度日益加大，大量资金不足、技术短缺、没有能力解决生产废水和固体废弃物排放的中小造纸企业面临着被迫关闭的处境。在经济利益驱动下，在一些地区，完全不具有治废能力的已关闭企业死灰复燃现象也屡见不鲜。因此，寻求价格低廉、简易、高效的废水处理方法对这些企业来说迫在眉睫。

造纸污水是一种处理难度较大的工业废水，主要来自制浆和抄造工序，常用的手段例如，浮选处理，在回收白水中纤维（包括悬浮固体）的基础上，通常还需要结合混凝沉淀进一步净化水质；化学沉淀和/或生物处理，则可实现对废水的脱色和脱除BOD等等；有报道的升级技术还包括使用反渗透、超滤、电渗析等方法。上述常用的处理手段都需要完善的处理系统来实现，例如对废水实施曝气、污泥浓缩脱水等处置，工艺流程复杂，设备投入大，整个处理系统占地面积大，虽然在大型专业造纸企业中已经普遍使用，但很多小型企业从技术和资金上都难以做到，也制约了他们的生产发展。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种废水处理剂，利用活性硅酸钙高孔隙率、高吸附性的结构特性和功能特性，与化学絮凝剂相结合，成为一种新型的废水处理剂，实现了净化效率高，成本低且使用方便的目的。

本发明还提供了一种造纸废水的处理方法，使用上述新型废水处理剂对造纸废水进行处理，可大幅降低废水处理设施投资和运行成本，有效缓解企业的环保压力。

为解决以上技术问题，本发明提供一种废水处理剂，基于所述处理剂的重量，其组成中包括活性硅酸钙60～98份，无机絮凝剂0.5～40份和阳离子型有机高分子絮凝剂0.01～0.5份。

活性硅酸钙分子式可表示为：CaO·SiO₂·nH₂O，研究证明具有很强的补强性能，作为一种橡胶补强剂有较多应用，同时也在造纸、涂料(造纸涂料及化工涂料)、医药、油墨、农药等工业部门作为原料和添加剂已经得到较广泛的应用。

本发明提供的废水处理剂是以活性硅酸钙为主体，配合水处理技术中常用的化学絮凝剂，利用活性硅酸钙自身的孔隙特性、离子交换特性等功能特性，与化学絮凝剂协同作用，实现对废水中固形物的有效吸附和凝聚，处理后的废水容易实现固液分离，从而起到对废水的净化处理。

本发明所使用的活性硅酸钙可以直接购买，也可以自行制造，尤其可以利用产地资源，使用来自高铝粉煤灰提取氧化铝的副产物，例如发明申请201110117710.9，发明名称“高铝粉煤灰生产氧化铝联产活性硅酸钙的方法”中具体公开了利用高铝粉煤灰为原料在提取氧化铝的同时得到活性硅酸钙的方法。并且，一般的活性硅酸钙可以为蜂窝状颗粒，具有比表面积大（150-200m²/g）、孔隙率高（0.25-0.45mg/l）、密度低、吸油值高（130-170ml）等特性，这也赋予其比较强的吸附特性。

本发明的废水处理剂中，同时还包含了无机絮凝剂和有机絮凝剂，其中所述无机絮凝剂可以包括硫酸铝、聚合氯化铝或聚合硫酸铝等各种铝盐；所述有机高分子絮凝剂可以包括阳离子聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠或聚氧化乙烯等阳离子高分子絮凝剂，均为水处理技术中常用的添加剂，可商购得到。

在本发明的具体实施方案中，所述废水处理剂可以为所述活性硅酸钙与所述无机絮凝剂和阳离子有机高分子絮凝剂等作为处理剂原料的复配产物，所述复配方法为使所述处理剂原料在温度为40～80℃下，维持搅拌速度10～30min，搅拌速度为500～1000rpm。该复配过程可以利用具有加热和搅拌功能的装置，目的是有效实现物料间的充分混合，例如常用的高速搅拌混合机（复配反应器）等。

本发明的废水处理剂，利用活性硅酸钙的特性对废水中污染物实现有效吸附，达到净化水质的目的。该处理剂中活性硅酸钙的含量可以根据所处理水质的污染情况进行调整，例如对于水质相对较好的排放水，可以降低活性硅酸钙的比例，加入适量其它功能性矿物粉体。即废水处理剂的组成中还可包括其它矿物粉体，此时该废水处理剂的组成为活性硅酸钙+矿物粉体60～98份，无机絮凝剂0.5～40份和阳离子型有机高分子絮凝剂0.01～0.5份，所述矿物粉体可选自膨润土和/或硅灰石。

本发明还提供了利用上述废水处理剂对造纸废水的处理方法，该方法包括将上述废水处理剂加入造纸废水中，对造纸废水维持搅拌5～30min进行吸附处理，然后停止搅拌并静置5～30min，对处理后的造纸废水实施固液分离，所述废水处理剂的加入量为待处理造纸废水重量的0.2-2%。

根据本发明提供的造纸废水处理方法，在废水中投加所述处理剂，借助活性硅酸钙高孔隙率、高吸附性的功能特性，能够对废水中不同性质细小组分产生“吸附”和“絮凝”作用，形成较大“絮聚体”，从而利于提高对处理废水的固液分离效果；在加速废水中固形物颗粒絮凝的同时，活性硅酸钙的高比表面特性也能起到脱色、消除异味的效果，活性硅酸钙的多孔结构特性也会对氨、氮、磷的离子形成很强的吸附作用，可有效降低处理废水中总氮、总磷、氨氮残留；另一方面，活性硅酸钙的孔是通孔结构，还可以起到渗透膜的作用，将无机离子过滤、截留在孔中，最后随污泥一起排出；本发明的造纸废水处理方法实际上使用了一种复合处理剂，所引入的无机铝盐絮凝剂和阳离子高分子絮凝剂，在促进废水中污染物絮凝的同时，也起到调节废水酸碱度，改变活性硅酸钙颗粒的表面电荷特性的电化学作用，更加利于促进废水中细小固形物的快速吸附和絮凝，提高净化效率。

应用结果显示，本发明方法处理后的造纸废水中，COD、BOD及SS均得到显著去除，例如针对造纸厂的循环水进行处理，COD、BOD及SS的去除率都能接近或达到90%，固液分离得到的清水可直接送入制浆和抄造系统。即通过本发明方法处理并经固液分离出的水可以作为制浆和/或抄造用水，实现了排放水的循环使用，从而显著降低了污水排放量。

本发明的方法可以用于各类造纸废水的处理，尤其是对于以废纸板为原料的原生纸板生产企业，分离出的固体物经过净化处理，可以制备成30%～40%的分散体，直接泵送至纸板抄造工段，再次循环用于纸板加填，经对废水吸附处理，水处理剂和活性污泥填料中含有纤维碎渣和化学改性剂，作为纸板填料，也有利于改善纸品质量。

废纸再生造纸工艺可分为制浆和抄纸两大部分，在制浆部分的碎浆、除渣、洗浆等过程中，产生大量的洗涤废水，与通常的抄纸工艺一样，在废纸再生造纸的抄纸部分，也产生含有纤维、填料和化学药品的“白水”。目前在多数具备一定生产规模和能力的造纸厂，较多地是对该工序所排放的废水采用气浮法进行处理，回收纤维和填料，并使处理后的“白水”得以循环使用。与其相比，使用本发明的方法在满足处理效果要求的前提下，在操作简便和降低成本显然具有优势，尤其适用于中小企业。

综上，本发明提供的废水处理剂在处理造纸废水中的应用与传统造纸废水处理系统完全不同，不需要浮选、生化处理、曝气、污泥浓缩脱水等复杂工艺流程。处理系统设施占地面积小（只要具备实现对废水吸附处理设备以及常规的固液分离设备和必要的储水、输送设施），项目投资显著降低；而且生产工艺简单、灵活，可采用间隙式或连续式生产，便于对已建有简单水处理设施的中小纸厂进行技术改造和推广。

本发明方案实施的有益效果是：

1、国内以废纸为原料的中小造纸企业数量众多，它们的共同特点为：成本压力大、环保设施不完善，本发明技术在这些企业进行推广，可大幅降低废水处理设施投资和运行成本，有效缓解该类企业的环保压力。

2、本发明的处理方法通过对造纸废水处理以及固体排放物的循环利用，形成造纸技术的集成化，可作为独立技术用于不同类型纸厂的废水处理，为完善和解决其他类型的大型造纸企业的废水和固体排放物的环境污染和循环利用技术拓展了新的思路和技术储备。

3、本发明所应用的活性硅酸钙，可以来自高铝粉煤灰提取氧化铝生产的副产物，从而实现资源的综合利用，并降低生产成本。

4、本发明提供的以活性硅酸钙为主体的水处理剂也拓宽了活性硅酸钙的应用范畴，为非金属加工业增添了新的产品和应用技术。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的实施和有益效果进行具体说明，但不能理解为对本发明实施范围的限制。

实施例1废水处理剂的制备

处理剂原料配比（重量份）：

活性硅酸钙95，聚合氯化铝5，阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）0.01。

将上述各处理剂原料称重后，按比例投入复配改性器中，温度控制在40～80℃，搅拌速度600rpm，维持搅拌复合时间为15min，得到所述废水处理剂。

所用活性硅酸钙来自高铝粉煤灰提取氧化铝生产过程，产品呈蜂窝状颗粒，比表面积150-200㎡/g、孔隙率0.25-0.45mg/l、吸油值130-170ml。具体可参考发明申请201110117710.9中公开的实施例方法，以下实施例相同。

实施例2废水处理剂的制备

处理剂原料配比（重量份）：

活性硅酸钙82，膨润土15，硫酸铝3，阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）0.01。

将各种原料处理剂称重后，按比例加入复配改性器中，温度控制在40～80℃，搅拌速度800rpm，维持搅拌复合时间为20min，得到所述废水处理剂。

实施例3废水处理剂的制备

处理剂原料配比（重量份）：

活性硅酸钙60，硅灰石27，膨润土10，硫酸铝3，阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）0.01。

将各种原料处理剂称重后，按比例加入复配改性器中，温度控制在40～80℃，搅拌速度800rpm，维持搅拌复合时间为30min，得到所述废水处理剂。

实施例4造纸废水处理

采用实施例1的废水处理剂，对某纸板厂的在储水池中已经循环了近20天的废水进行净化处理。

废水处理剂用量为待处理废水质量的0.8%，维持60rpm的转速将所述废水处理剂和待处理水在充分接触的状态下输送至固液分离塔中，并连续搅拌10min，然后静置20min，进行固液分离，收集分出的清水和污泥。

固液分离塔中分出的清水泵送到制浆工序，用于制浆。

收集的污泥净化后制备成固含量30%～40%（质量浓度）的分散体，送回抄造工序，作为瓦楞芯纸填料。抄造所得纸板的灰分提高3-5%的同时也不会降低纸板的挺度和环压指数，有效降低了原料成本。

分别针对处理前的废水和固液分离出的清水检测COD、BOD、和SS，并检测总氮、总磷和氨氮含量，结果如下：

COD和BOD分别由初始的10000mg/L和3590mg/L下降到1200mg/L和250mg/L，COD和BOD去除率分别达到88%和93%；

SS由初始的3386mg/L下降到292mg/L，SS去除率达90%；

总氮含量由66.5mg/L下降至23mg/L，总磷含量由11.1mg/L下降至1.1mg/L，氨氮含量由15.6mg/L下降至7.6mg/L。

表观效果测定：

处理前废水色度为2000倍，处理后的清水色度小于40倍；

相比于处理前废水，处理后的清水的恶臭气味明显减轻。

可以得出如下结论：

1、采用本发明处理剂可有效净化造纸废水，提高抄造循环用水质量；

2、采用本发明对生产废水具有明显的脱色和除臭功能，在有效脱色的同时，很好的解决了储水池中废水产生的恶臭气味问题，改善了厂区生产环境。

3、采用本发明方法，相比于传统的生物处理方法，废水的处理成本由1.3～1.5元/m³下降到0.8～0.9元/m³，有效节约了成本。

实施例5造纸废水处理

采用实施例3的废水处理剂，对某纸厂循环5天左右相对比较洁净的废水进行净化处理。

废水处理剂用量为废水处理质量的0.5%，维持60rpm的转速将所述废水处理剂和待处理废水在充分接触下输送至固液分离塔中，并连续搅拌8min，然后静置20min，进行固液分离，收集分出的清水和污泥。

同实施例4，固液分离塔中分出的清水泵送到制浆工序用于制浆，收集的污泥净化后制备成固含量30%～40%（质量浓度）的分散体，送回抄造工序，作为瓦楞芯纸填料。

检测处理前后废水的COD、BOD、SS、总氮、总磷和氨氮含量，结果如下：

COD和BOD分别由初始的1600mg/L和1190mg/L下降到120mg/L和86mg/L，COD和BOD去除率都在90%以上；

SS由初始的2100mg/L下降到190mg/L，SS去除率达91%；

总氮含量由14.5mg/L下降至4.2mg/L，总磷含量由3.6mg/L下降至1.5mg/L，氨氮含量由2.1mg/L下降至1.0mg/L。

表观效果测定：

处理前废水色度为110倍，处理后的清水色度下降到25倍；

处理前废水浊度为258NTU，处理后的清水浊度下降到39NTU；

相比于处理前废水，处理后的清水的恶臭气味明显减轻。

实施例5可以得出与实施例4相似的结论：

2、采用本发明对生产废水具有明显的脱色降浊和除臭功能，在有效脱色的同时，很好的解决了储水池中废水产生的恶臭气味问题，改善了厂区生产环境。

3、采用本发明方法，有效节约了成本。

综合实施例4和实施例5可以看出，本发明的废水处理剂对不同污染程度的造纸废水具有同样的处理效果。

Claims

1.一种废水处理剂，基于所述处理剂的重量，其组成中包括活性硅酸钙60～98份，无机絮凝剂0.5～40份和阳离子型有机高分子絮凝剂0.01～0.5份。

2.根据权利要求1所述的废水处理剂，其中，所述无机絮凝剂包括硫酸铝、聚合氯化铝或聚合硫酸铝。

3.根据权利要求1所述的废水处理剂，其中，所述有机高分子絮凝剂包括阳离子聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠或聚氧化乙烯。

4.根据权利要求1所述的废水处理剂，其中，所述活性硅酸钙来自高铝粉煤灰提取氧化铝的副产物，为蜂窝状颗粒，比表面积150-200m²/g、孔隙率0.25-0.45mg/l、吸油值130-170ml。

5.根据权利要求1-4任一项所述的废水处理剂，其为所述活性硅酸钙与所述无机絮凝剂和阳离子有机高分子絮凝剂作为处理剂原料的复配产物，所述复配方法为使所述处理剂原料在温度为40～80℃下，维持搅拌时间10～30min，搅拌速度为500～1000rpm。

6.造纸废水处理方法，该方法包括使用权利要求1-5任一项所述废水处理剂加入造纸废水中，对造纸废水维持搅拌5～30min进行吸附处理，然后停止搅拌并静置5～30min，对处理后的造纸废水实施固液分离，所述废水处理剂的加入量为待处理造纸废水重量的0.2-2%。

7.根据权利要求6所述的造纸废水处理方法，其中，经固液分离出的水作为制浆和/或抄造用水。

8.根据权利要求6或7所述的造纸废水处理方法，其中，经固液分离出的固体物经净化处理后制成固含量30%～40%的分散体，作为纸板填料。