CN104863004B - 一种棉浆粕制备及其污染治理的方法 - Google Patents

一种棉浆粕制备及其污染治理的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种棉浆粕制备及其污染治理的方法,属于制浆造纸或纺织领域。具体包括如下步骤:棉短绒经深度净化、预浸渍、蒸煮、打浆、漂白及干燥后得到棉浆粕,蒸煮浓废液经降温和过滤分离出以果胶酸钠、棉醇钠、硬脂酸钠及低聚糖等为主的复合表面活性剂后回用于蒸煮,分离出来的复合表面活性剂应用于水泥中可起到减水、缓凝、分散和增强作用,打浆和漂白洗涤废水经废水处理系统处理后达标排放。本发明的优点是制备棉浆粕过程中的浓废液与洗涤水单独处理,浓废液中有机物和残碱得到有效利用,大幅降低废水处理系统的运行负荷,实现稳定达标处理。

Description

一种棉浆粕制备及其污染治理的方法
技术领域
本发明涉及一种棉浆粕制备及其污染治理的方法。属于制浆造纸或纺织领域。
背景技术
我国棉花产量约占世界棉花总产量的24%,位居世界第一,相应的棉短绒的量也较大,棉短绒的纤维素含量高达90%以上,此外还含有少量的果胶(约1%)、蜡(约2%)、木素(2%~3%)、灰分(1%)等物质,是人造纤维和造纸工业的优质纤维原料。棉短绒浆可用于生产钞票纸、军用地图纸、海图纸、水彩画纸、特号晒图纸、特白装饰纸、钢纸原纸、三滤原纸、定性滤纸、毛纺专用原纸以及浆粕(生产粘胶人造丝、丝素等纤维素改性产品)等。还可以用来生产富强粘胶、普通粘胶、人造丝等,解决好棉短绒制浆问题具有重要的意义。
棉短绒制浆过程与造纸行业烧碱法制浆工艺基本一致,但由于轧棉过程中棉短绒中混入了棉籽皮、棉桃壳(其主要成份为木素),等外级棉短绒的木素含量有时甚至高达15%~20%,这给制浆工艺带来了很大的困难。通常棉短绒生产浆粕过程中采用碱量较高的“重煮轻漂”工艺,蒸煮过程的主要作用是将棉籽皮、棉桃壳等杂质去除、提纯甲种纤维素;根据产品要求,通过控制蒸煮压力温度、碱浓等条件来调节浆料聚合度,这对于提高浆粕质量起着举足轻重的作用。而棉浆粕的漂白过程通常采用CEH工艺,除去纤维内有色物质,使浆粕具有一定的白度,同时也进一步调节浆料聚合度,提高浆粕成品的内在质量,使制成品粘胶的阻滞系数下降,有利于粘胶的均匀性,γ值提高,滤布使用率增加。棉浆粕的漂白段化学品用量相对较低,提高浆粕的白度的同时,轻漂可以减少羰基、醛基等还原基团的生成,以减少漂白浆粕返黄,通常白度达到73ISO%以上即可,更重要的是控制其反应性能,白度在制备粘胶纤维时通过木材制得的溶解浆来调节。
棉短绒制浆过程水污染物的来源主要是蒸煮废液以及洗涤、打浆、漂白过程中产生的废水,除部分水作为除渣用水回用外,其余均混合流入废水处理系统进行生化处理。由于一般化纤棉浆厂废液量不大且所含固形物的燃烧热值较低,难以单独采用类似造纸黑液碱回收的措施。蒸煮废液色度大,有机物浓度高,CODCr可达50000mg/L以上,pH值高,废液和漂白打浆废水混合进入废水处理系统给生化处理带来困难,另外由于洗浆、打浆及漂白大多为间断生产,废水量较大,排放集中,使进污水场的水质变化很大,造成污水场进水周期性突变,严重影响曝气池连续稳定运行,使曝气池的潜力难以发挥,要稳定达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中二级排放标准的CODCr浓度300mg/L都非常困难,排放标准的进一步严格,要达标排放更是难上加难。这些问题严重束缚了国内棉浆厂的发展。
目前制浆工艺主要存在以下问题:
(1)蒸煮后废液浓度相对较低,固形物浓度仅有7%左右,要增浓燃烧需要消耗大量的蒸汽;
(2)废液中细小纤维含量高,蒸发过程易形成纤维垢,使传热系数降低,蒸发能耗增加,由于细小纤维的存在使得燃烧垫层膨胀性能差,影响燃烧性能;
(3)废液固形物热值低,不宜进行单独碱回收;
(4)废液COD浓度在50000mg/L以上,并入中段水进行处理会是水处理系统负荷大幅增加,难以达到排放标准;
(5)废液残碱高达13g/L以上,排放会造成烧碱的浪费,同时对水处理系统也有不良影响。
由此可见,如何解决好水污染问题是棉短绒制浆面临的难题,特别解决好制浆过程的废液污染问题至为重要,其中包括如何提高废液浓度,如何将其中的残碱进行有效利用,如何去除其中的细小纤维等杂质,如何将废液中有机物质实现综合利用等,其中的技术关键是保证不影响成浆质量的同时,提高废液浓度,减少废液量,使废液实现综合利用,将其从废水处理系统中剥离出来,大幅降低水处理系统的运行负荷,从而实现稳定达标排放,这是本发明重点突破的技术。
发明内容
为了克服棉短绒蒸煮后废液浓度相对较低,增浓燃烧需要消耗大并入中段水进行处理会是水处理系统负荷大幅增加,难以达到排放标准;残碱高排放会造成烧碱的浪费等问题。本发明提供一种棉短绒制浆及其污染物的治理方法,同时解决了棉短绒制浆及污染问题,实现对棉短绒纤维有效利用的同时对其制浆过程产生的污染物得到有效利用和治理。
本发明提出的一种棉短绒制浆及其污染物的治理方法,具体解决方案如下:
(1)棉短绒的深度净化
采用机械打散机,将棉短绒、棉籽皮、棉桃壳、砂土及尘埃相互剥离,经筛孔为0.5cm的振动筛筛选,将粒径低于0.5cm的重质杂质筛选除去,再送往带有风罩的振动波纹传输带,波纹传输带的波纹深度为1cm,宽度为0.5cm,振幅为2~3cm;在振动筛未被去除的棉籽皮、棉桃壳及砂土会聚集在波纹传输带的波纹中被送往重杂收集仓,而振动过程尘埃会被上方风罩所收集。
可有效降低棉短绒灰分、棉籽壳及棉桃壳,清杂后的棉短绒,不仅可降低蒸煮过程烧碱的无效消耗,节约用碱量,同时还能使蒸煮废液的COD降低10%以上,另外,还可以降低成浆的尘埃度。
(2)棉短绒预浸渍及蒸煮
由于棉短绒表面有少量果胶及棉脂,使得棉短绒表面具有一定的憎水性,采用小液比蒸煮时难以渗透,使得蒸煮所得浆料匀度较差,因此采用预浸渍的方法,在蒸煮前通过加入适量的化学药剂在机械挤压作用下使其吸湿,药液均匀吸附于棉短绒纤维表面。按液比1∶5加入棉短绒及过滤系统处理后的废液,并扣除废液中残碱6%,再补加12%的氢氧化钠使得总用碱量达到18%。装锅后空转10分钟,通蒸汽加热,30分钟内锅内温度达到110℃,小放气5-10分钟,排除锅内假压。继续通蒸汽加热60分钟内,锅内温度达到170℃,保温150分钟。此时所得粗浆粕的聚合度DP为540-570。
(3)废液提取及浆料的洗涤
蒸煮结束时,将小放气口朝下静置5-10min,使蒸煮废液充分沉积在底部,此时蒸煮锅内压力为7MPa,稍开启放气阀,待浆料形成滤层后,将放气阀全部开启,锅内的蒸煮废液在压力下会自行排出,浆料干度为25%,往蒸球中注入一定体积的稀废液,转动蒸球使其棉短绒纤维细胞腔中的废液扩散出来,浆液从蒸煮锅排出来采用螺旋挤压机使浆料脱水,脱水后浆料的干度为30%,
(4)浆料打浆及漂白
脱水后的浆料送打浆槽重刀打浆,打浆后浆料送螺旋挤压机脱水后送漂白工段。漂白工艺为DH或DP漂白。采用DH漂白时,D段漂白条件为:吨浆ClO2用量为3%(有效氯计),4N硫酸调节pH为3,浆浓为10%~15%,温度为80℃,漂白时间1小时;洗涤后进入H段漂白,H段漂白条件为:吨浆NaClO用量为1%(有效氯),浆浓10%~12%温度45℃,漂白时间2小时;经洗涤、脱水、干燥后即为棉浆粕产品,白度为75%~81%ISO,聚合度DP为490~520。采用DP漂白时,D段漂白条件为:吨浆ClO2用量为3%(有效氯计),4N硫酸调节pH为3,浆浓为10%~15%,温度为80℃,漂白时间1小时;洗涤后进入P段漂白,P段漂白条件为:吨浆NaOH用量为1.2~1.5%,NaSiO3用量1.8%,H2O2用量为2%,EDTA用量0.3%,浆浓10%~12%,温度80℃,漂白时间1小时;经洗涤、脱水、干燥后即为棉浆粕产品,白度为77%~83%ISO,聚合度DP为500~530。漂白过程的洗涤水送水处理系统进行达标处理。
(5)复合表面活性剂的分离及废液的循环回用
将步骤(3)提取出来的高温蒸煮废液,送热交换系统加热浆料洗涤水,当蒸煮废液温度低于30℃时,其中的果胶酸钠、棉醇钠、硬脂酸钠开始大量的析出,降温后的废液送100目筛分系统进行过滤,截留物为复合表面活性剂,滤出液的残碱为13g/L,回用于步骤(2)预浸渍系统用于棉短绒的预浸渍可节省20%~30%的用碱量。
(6)半浓皂化物的综合利用
步骤(5)分离出来的复合表面活性剂主要含果胶酸钠、棉醇钠及硬脂酸钠,同时还含有低聚糖——纤维素水解的中间产物,是一种近于黑色的粘稠液体,干燥粉碎后的固体粉末呈棕色。复合表面活性剂中果胶酸钠、棉醇钠及硬脂酸钠能显著改变和降低液——气液——固两相界面张力,可破坏水泥浆絮凝结构,释放水泥束缚水,增加水润滑作用,增大流动性。在增加混凝土拌合物流动性同时不降低强度,使混凝土容易成型和操作方便。或者在保持混凝土拌合物流动性不变的情况下,只减水不减水泥,则降低水灰比,从而提高混凝土的密实性,提高强度和耐久性。保持混凝土拌合物流动性(坍落度)及W/C(水灰比)不变的情况下,可同时减水,又减少水泥用量,从而节约水泥,达到降低混凝土成本的目的。复合表面活性剂中的低聚糖——纤维素水解的中间产物作为缓凝剂可以有效延迟水泥浆的凝结时间,而且可以延缓和降低水泥水化的放热速度和热量,从而使混凝土避免了温度应力引发的裂缝,更多时是用缓凝剂和高效减水剂复合以控制坍落度损失过快。当这种复合表面活性剂的添加量为混凝土质量的0.3%时,减水率可达到16%,抗压强度提升23%,抗折强度提升10%。
本发明在不影响棉浆粕成浆质量的同时,通过对制浆废液处理循环回用,有效降低棉短绒蒸煮过程中烧碱的消耗量,减少浓废液的处理量,浓废液分离出来的果胶酸钠、棉醇钠、硬脂酸钠用于水泥中实现高值化利用,将其从废水处理系统中剥离出来,大幅降低水处理系统的运行负荷,从而实现稳定达标排放。
附图说明
图1为棉浆粕制备及其污染治理工艺流程图
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
棉浆粕的制备及其污染的治理方法
(1)棉短绒的净化
采用机械打散机,将棉短绒、棉籽皮、棉桃壳、砂土及尘埃相互剥离,经筛孔为0.5cm的振动筛筛选,将粒径低于0.5cm的重质杂质筛选除去,再送往带有风罩的振动波纹传输带,波纹传输带的波纹深度为1cm,宽度为0.5cm,振幅为2~3cm,在振动筛未被去除的棉籽皮、棉桃壳及砂土会聚集在波纹传输带的波纹沟槽中被送往重杂收集仓,而振动过程尘埃会被上方风罩所收集。
可有效降低棉短绒灰分、棉籽壳及棉桃壳,清杂后的棉短绒,不仅可降低蒸煮过程烧碱的无效消耗,节约用碱量,同时还能使蒸煮废液的COD降低10%以上,另外,还可以降低成浆的尘埃度。
(2)棉短绒预浸渍及蒸煮
由于棉短绒表面有少量果胶及棉脂,使得棉短绒表面具有一定的憎水性,采用小液比蒸煮时难以渗透,使得蒸煮所得浆料匀度较差,因此采用预浸渍的方法,在蒸煮前通过加入适量的化学药剂在机械挤压作用下使其吸湿,药液均匀吸附于棉短绒纤维表面。按液比1∶5加入棉短绒及过滤系统处理后的废液,并扣除废液中残碱6%,再补加12%的氢氧化钠使得总用碱量达到18%。装锅后空转10分钟,通蒸汽加热,30分钟内锅内温度达到110℃,小放气5-10分钟,排除锅内假压。继续通蒸汽加热60分钟内,锅内温度达到170℃,保温150分钟。此时所得粗浆粕的聚合度DP为540-570。
(3)废液提取及浆料的洗涤
蒸煮结束时,将小放气口朝下静置5-10min,使蒸煮废液充分沉积在底部,此时蒸煮锅内压力为7MPa,稍开启放气阀,待浆料形成滤层后,将放气阀全部开启,锅内的蒸煮废液在压力下会自行排出,浆料干度为25%,往蒸球中注入一定体积的稀废液,转动蒸球使其棉短绒纤维细胞腔中的废液扩散出来,浆液从蒸煮锅排出来采用螺旋挤压机使浆料脱水,脱水后浆料的干度为30%,
(4)浆料打浆及漂白
脱水后的浆料送打浆槽重刀打浆,打浆后浆料送螺旋挤压机脱水后送漂白工段。漂白工艺为DH或DP漂白。采用DH漂白时,D段漂白条件为:吨浆ClO2用量为3%(有效氯计),4N硫酸调节pH为3,浆浓为10%~15%,温度为80℃,漂白时间1小时;洗涤后进入H段漂白,H段漂白条件为:吨浆NaClO用量为1%(有效氯),浆浓10%~12%温度45℃,漂白时间2小时;经洗涤、脱水、干燥后即为棉浆粕产品,白度为75%~81%ISO,聚合度DP为490~520。采用DP漂白时,D段漂白条件为:吨浆ClO2用量为3%(有效氯计),4N硫酸调节pH为3,浆浓为10%~15%,温度为80℃,漂白时间1小时;洗涤后进入P段漂白,P段漂白条件为:吨浆NaOH用量为1.2~1.5%,NaSiO3用量1.8%,H2O2用量为2%,EDTA用量0.3%,浆浓10%~12%,温度80℃,漂白时间1小时;经洗涤、脱水、干燥后即为棉浆粕产品,白度为77%~83%ISO,聚合度DP为500~530。漂白过程的洗涤水送水处理系统进行达标处理。
(5)复合表面活性剂的分离及废液的循环回用
将步骤(3)提取出来的高温蒸煮废液,送热交换系统进行降温,当蒸煮废液温度低于30℃时,其中的果胶酸钠、棉醇钠、硬脂酸钠开始大量析出,降温后的废液送孔径为0.5~5μm的微滤系统进行过滤,截留物即为为复合表面活性剂,是一种近于黑色的粘稠液体,干燥粉碎后的棕色的固体粉末复合表面活性剂。滤出液的残碱为13g/L,回用于步骤(2)预浸渍系统用于棉短绒的预浸渍可节省20%~30%的用碱量;新鲜水经热交换系统预热后用于浆料的洗涤。
(6)复合表面活性剂的应用
步骤(5)分离出来的由果胶酸钠、棉醇钠及硬脂酸钠构成的复合表面活性剂直接添加在水泥中,对水泥有吸附、分散、引气、抑制早期水化作用,可起到减水作用和分散作用改善水泥的微孔结构并且可使硬化水泥浆的强度得到提高,当这种复合表面活性剂的添加量为混凝土质量的0.3%时,减水率可达到16%,抗压强度提升23%,抗折强度提升10%。

Claims (1)

1.一种棉短绒制浆及其污染物的治理方法,其特征在于具体解决方案如下:
(1)棉短绒的深度净化;采用机械打散机,将棉短绒、棉籽皮、棉桃壳、砂土及尘埃相互剥离,经筛孔为0.5cm的振动筛筛选,将粒径低于0.5cm的重质杂质筛选除去,再送往带有风罩的振动波纹传输带,波纹传输带的波纹深度为1cm,宽度为0.5cm,振幅为2~3cm;在振动筛未被去除的棉籽皮、棉桃壳及砂土会聚集在波纹传输带的波纹中被送往重杂收集仓,而振动过程尘埃会被上方风罩所收集;
(2)棉短绒预浸渍及蒸煮;采用预浸渍的方法,在蒸煮前通过加入适量的化学药剂在机械挤压作用下使其吸湿,药液均匀吸附于棉短绒纤维表面;按液比1∶5加入棉短绒及过滤系统处理后的废液,并扣除废液中残碱6%,再补加12%的氢氧化钠使得总用碱量达到18%;装锅后空转10分钟,通蒸汽加热,30分钟内锅内温度达到110℃,小放气5-10分钟,排除锅内假压;继续通蒸汽加热60分钟内,锅内温度达到170℃,保温150分钟;此时所得粗浆粕的聚合度DP为540-570;
(3)废液提取及浆料的洗涤;蒸煮结束时,将小放气口朝下静置5-10min,使蒸煮废液充分沉积在底部,此时蒸煮锅内压力为7MPa,稍开启放气阀,待浆料形成滤层后,将放气阀全部开启,锅内的蒸煮废液在压力下会自行排出,浆料干度为25%,往蒸球中注入一定体积的稀废液,转动蒸球使其棉短绒纤维细胞腔中的废液扩散出来,浆液从蒸煮锅排出来采用螺旋挤压机使浆料脱水,脱水后浆料的干度为30%;
(4)浆料打浆及漂白;脱水后的浆料送打浆槽重刀打浆,打浆后浆料送螺旋挤压机脱水后送漂白工段;漂白工艺为DH或DP漂白;漂白过程的洗涤水送水处理系统进行达标处理;
(5)复合表面活性剂的分离及废液的循环回用;
将步骤(3)提取出来的高温蒸煮废液,送热交换系统加热浆料洗涤水,当蒸煮废液温度低于30℃时,其中的果胶酸钠、棉醇钠、硬脂酸钠开始大量的析出,降温后的废液送100目筛分系统进行过滤,截留物为复合表面活性剂,滤出液的残碱为13g/L,回用于步骤(2)预浸渍系统用于棉短绒的预浸渍可节省20%~30%的用碱量;
(6)半浓皂化物的综合利用;步骤(5)分离出来的复合表面活性剂,是一种近于黑色的粘稠液体,干燥粉碎后的固体粉末呈棕色;复合表面活性剂中果胶酸钠、棉醇钠、硬脂酸钠能显著改变和降低液——气液——固两相界面张力,可破坏水泥浆絮凝结构,释放水泥束缚水,增加水润滑作用,增大流动性;在增加混凝土拌合物流动性同时不降低强度,使混凝土容易成型和操作方便;或者在保持混凝土拌合物流动性不变的情况下,只减水不减水泥,则降低水灰比,从而提高混凝土的密实性,提高强度和耐久性;保持混凝土拌合物流动性及W/C即水灰比,不变的情况下,可同时减水,又减少水泥用量,从而节约水泥,达到降低混凝土成本的目的;复合表面活性剂中的低聚糖——纤维素水解的中间产物作为缓凝剂可以有效延迟水泥浆的凝结时间,而且可以延缓和降低水泥水化的放热速度和热量,从而使混凝土避免了温度应力引发的裂缝,更多时是用缓凝剂和高效减水剂复合以控制坍落度损失过快;当这种复合表面活性剂添加量为0.3%时,减水率可达到16%,抗压强度提升23%,抗折强度提升10%。
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