CN104878636A - 一种精制棉制备及其污染物治理的方法 - Google Patents

一种精制棉制备及其污染物治理的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种精制棉制备及其污染物治理的方法，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、漂白及干燥后得到精制棉，废液经二级物化处理后COD浓度低于100mg/L，废液处理过程中产生的污泥经好氧堆肥制得复合肥。本发明的优点是制备精制棉过程中新鲜水用量低，废液产生量低，废液处理工艺灵活高率，且处理后二次污染物实现综合利用。

Description

一种精制棉制备及其污染物治理的方法
技术领域
本发明涉及一种精制棉制备及其污染物治理的方法。属于制浆造纸或纺织领域。
背景技术
精制棉无毒、无味、易吸水的均匀疏松的白色絮状物，是制造醚类纤维素、硝化纤维素和醋酸纤维素的主要材料，精制棉的通式：(C6H1005)n。n表示纤维素的聚合度，广泛用于食品、医药、日化、塑料、电子、造纸、冶金、航空航天等众多领域，被誉为“特种工业味精”。
精制棉可用于制造醚类纤维素，主要生产各种添加剂和增稠剂，如制成产品添加剂，添加到食品、饮料中起抗沉淀剂、增稠剂，还可延长保质期；用于牙膏工业可作膏体成形剂，增强膏体的流变性；用于医药可做成膜物质，保证涂层，使药物缓解长效，以利于安全贮存；用于许多种集成电路，其基片上作导电性印刷油墨的胶粘剂；用于航天航空作火箭推进剂；用于塑料工业可制作纤维塑料如乒乓球，无线电壳、玩具、工具柄、箱盒等等，典型的衍生产品有羧甲基纤维素(CMC)、羟乙基纤维素(HEC)，羟丙基纤维素(HPC)，甲基纤维素(MC)，乙基羟乙基纤维素(EHEC)，羟乙基羧甲基纤维素(CMHEC)，羟丙基甲基纤维素(HPMC)，羟丁基纤维素(HBMC)，羧甲基羟乙基纤维素(HECMC)，氰乙基纤维素(CEC)，乙基纤维素(EC)等。还可用于制备纤维素酯类产品，包括硝化纤维素、酯酸纤维素、纤维素黄酸酯(粘胶)等，这些纤维素衍生物，可制造枪炮的发射药、硝基漆涂料、电影胶片等。以及目前纤维素塑料中应用最广泛的醋酸纤维素。至今在汽车、飞机、建筑、机械等领域都有其广泛的用途。
精制棉原料为天然植物纤维素纤维——棉短绒，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。精制棉生产的目的是降低和去除杂质，提高精制棉a-纤维素的含量，尽量破坏棉纤维的初生壁，制取粘度均匀、吸水性好、分散性好、反应性能好的成品；提高白度、纯度，控制粘度在成品要求范围。满足纤维素衍生物生产的要求。
烧碱法蒸煮后废液呈黑褐色，COD达5×104mg/L以上，pH值高达13以上，色泽深。棉短绒浆黑液不适合燃烧法碱回收，治理难度较大，严重束缚了国内棉浆厂的发展，为此，一些发达国家及地区对棉短绒制浆工艺进行了大量深入的研究，先后开发了氧-碱法制浆、碱-过氧化氢法制浆及过氧化氢-氧碱法制浆等工艺，废液污染负荷得到显著降低，CODcr含量约为2.5×104mg/L，BOD5含量约为1.0×104mg/L，pH值低于10，色泽也较浅，废液治理难度有所降低。尽管精制棉制浆工艺的进步使得污染物减少40％左右，但是由于精制棉企业规模相对较小，生产为间歇，产生的废液间歇排放，会对生化水处理系统产生冲击，使其处理效率大打折扣，要想达到现行的排放标准也非常困难。如何保证精制棉质量的同时进一步降低制备过程中污染物产生量，并对污染物进行有效利用，最终实现达标排放是本发明的出发点。
发明内容
为了克服精制棉企业规模相对较小，生产为间歇，产生的废液间歇排放，会对生化水处理系统产生冲击，使其处理效率大打折扣，要想达到现行的排放标准也非常困难等问题。本发明提供一种精制棉制备及其污染物的治理方法，采用原料深度净化减少进入系统杂质以降低药品的无效消耗及废液污染物的产生、废液循环回用降低废液量、采用新型的物化法替代生化处理废液克服系统冲击问题、废液处理产生的固废经高温好氧发酵制成复合肥实现综合利用。源头预防与末端治理相结合，解决精制棉制备及过程污染物综合利用和治理。
本发明提出的一种精制棉制备及其污染物治理的方法，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，在蒸煮前以绝干棉短绒质量分数计，加入戊醇磷酸酯0.5％、DTPA3％、MgSO40.5％、NaSiO33％、H2O28％，碱液等在机械挤压作用下使其吸湿，药液均匀吸附与棉短绒纤维表面。按液比1∶3加入棉短绒及过滤系统处理后的废液，并扣除废液中残碱1％，再补加7％的氢氧化钠使得总用碱量达到8％。
装锅后空转10分钟，通蒸汽加热，30分钟内锅内温度达到125℃，保温30分钟。此时所得精制棉粗品的聚合度DP约为2700～2900，白度为73％～76％ISO。
(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，此时蒸煮锅内压力约为3MPa，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，浆料干度约为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，脱水后浆料的干度约为30％，提取出的废液经微滤机过滤后回用于步骤(2)中。
(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D或P漂白。采用D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；经洗涤、脱水、干燥后即为精制棉产品，白度为80％～83％ISO，聚合度DP为2600～2700。
(5)废液的处理
将步骤(3)的剩余废液及步骤(4)的废液收集起来，混合废液的CODcr为4000～5000mg/L，其中有相当一部分有机物以羧酸盐的形式存在，在其中加入0.3％～0.5％的Ca(OH)2，使其pH值达到12～13，其中的羧酸盐与Ca(OH)2发生反应形成微小的羧酸钙沉淀，而CaCO3絮体形成的过程会同时吸附包裹其它的有机物，整个体系为较为稳定的胶体体系；再加入0.1％的FeCl2，在电中和、吸附压缩双电层的作用下，胶体体系失稳，形成小的絮体；此时再加入0.0002％分子量为1000万的阳离子聚丙烯酰胺，架桥网捕作用下将小絮体聚集成大絮体沉降下来形成沉淀；在沉淀池中实现固液分离，分离出来的沉淀物经压滤机脱水粉碎后形成干度为40％颗粒状固体，送步骤(6)进一步处理；沉淀后的上清液COD为400～700mg/L，主要成份为小分子的有机物，在其中加入0.05％～0.1％的FeCl2，0.05％～0.1％的H2O2，有机物氧化为二氧化碳和水，同时形成Fe2+转化为Fe3+，含铁污泥为小絮体，再加入0.0002％分子量为1000万的阳离子聚丙烯酰胺，在沉淀池中实现固液分离，污泥脱水后送步骤(6)进一步处理，上清液COD为50～100mg/L，可以排放或回用。
(6)污泥处理
将步骤(5)所得干度为40％以上的污泥破碎到粒径为10～30毫米左右的颗粒，加入适量的磷酸使其pH为5.5～6.0，再加入适量的硫酸铵使发酵初期C∶P∶N值从开始25∶1∶1～30∶1∶1，送入发酵室，并对发酵室进行鼓风保证好氧微生物所需的氧气；经20～25天完成好氧堆肥的段起始阶段、高温阶段及熟化阶段，形成有机复合肥。
本发明在制备精制棉过程中通过废液循环回用，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，废液采用物化方式处理后实现回用或达标排放，处理后污泥经高温好氧堆肥后处理，以源头预防结合末端治理的方式实现精制棉的生产与过程污染物的治理。
附图说明
图1为精制棉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
一种精制棉制备及其污染物治理的方法
(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，在蒸煮前以绝干棉短绒质量分数计，加入戊醇磷酸酯0.5％、DTPA3％、MgSO40.5％、NaSiO33％、H2O28％，碱液等在机械挤压作用下使其吸湿，药液均匀吸附与棉短绒纤维表面。按液比1∶3加入棉短绒及过滤系统处理后的废液，并扣除废液中残碱1％，再补加7％的氢氧化钠使得总用碱量达到8％。
装锅后空转10分钟，通蒸汽加热，30分钟内锅内温度达到125℃，保温30分钟。此时所得精制棉粗品的聚合度DP约为2700～2900，白度为73％～76％ISO。
(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，此时蒸煮锅内压力约为3MPa，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，浆料干度约为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，脱水后浆料的干度约为30％，提取出的废液经微滤机过滤后回用于步骤(2)中。
(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D或P漂白。采用D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；经洗涤、脱水、干燥后即为精制棉产品，白度为80％～83％ISO，聚合度DP为2600～2700。
(5)废液的处理
将步骤(3)及步骤(4)废液收集起来，混合废液的CODCr为4000～5000mg/L，其中有相当一部分有机物以羧酸盐的形式存在，在其中加入0.3％～0.5％的Ca(OH)2，使其pH值达到12～13，其中的羧酸盐与Ca(OH)2发生反应形成微小的羧酸钙沉淀，而CaCO3絮体形成的过程会同时吸附包裹其它的有机物，整个体系为较为稳定的胶体体系；再加入0.1％的FeCl2，在电中和、吸附压缩双电层的作用下，胶体体系失稳，形成小的絮体；此时再加入0.0002％分子量为1000万的阳离子聚丙烯酰胺，架桥网捕作用下将小絮体聚集成大絮体沉降下来形成沉淀；在沉淀池中实现固液分离，分离出来的沉淀物经压滤机脱水粉碎后形成干度为40％颗粒状固体，送步骤(6)进一步处理；沉淀后的上清液COD为400～700mg/L，主要成份为小分子的有机物，在其中加入0.05％～0.1％的FeCl2，0.05％～0.1％的H2O2，有机物氧化为二氧化碳和水，同时形成Fe2+转化为Fe3+，含铁污泥为小絮体，再加入0.0002％分子量为1000万的阳离子聚丙烯酰胺，在沉淀池中实现固液分离，污泥脱水后送步骤(6)进一步处理，上清液COD为50～100mg/L，可以排放或回用。
(6)污泥处理
将步骤(5)所得干度为40％以上的污泥破碎到粒径为10～30毫米左右的颗粒，加入适量的磷酸使其pH为5.5～6.0，再加入适量的硫酸铵使发酵初期C∶P∶N值从开始25∶1∶1～30∶1∶1，送入发酵室，并对发酵室进行鼓风保证好氧微生物所需的氧气；经20～25天完成好氧堆肥的段起始阶段、高温阶段及熟化阶段，形成有机复合肥。

Claims (2)

1.一种精制棉制备及其污染物治理的方法，其特征在于：采用棉短绒深度净化技术减少进入系统杂质以降低药品的无效消耗及废液污染物的产生、蒸煮废液循环回用降低废液排放量、采用新型的物化法替代生化处理废液克服系统冲击问题、废液处理产生的固废经高温好氧发酵制成复合肥实现综合利用；深度净化的条件为：振动筛为孔筛，筛孔为0.5cm的，波纹传输带的波纹深度为1cm，宽度为0.5cm，振幅为2～3cm；蒸煮的条件为：经预浸渍后总液量与绝干棉短绒的比值为3∶1，NaOH用量为8％，其中12.5％来源于回用废液，87.5％为补加，戊醇磷酸酯用量为0.5％、DTPA用量为3％、MgSO4用量为0.5％、NaSiO3用量为3％、H2O2用量为8％，装锅后空转10分钟，通蒸汽加热，30分钟内锅内温度达到125℃，保温30分钟；漂白条件为：D段漂白吨浆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；废液的处理条件为：一级处理Ca(OH)2用量为0.3％～0.5％，FeCl2用量为0.1％，CPAM用量为0.0002％，二级处理FeCl2用量为0.05％～0.1％，H2O2用量为0.05％～0.1％，分子量为1000万CPAM用量为0.0002％；污泥处理条件为：干度为40％污泥破碎到粒径为10～30毫米左右的颗粒，加入适量的磷酸使其pH为5.5～6.0，再加入适量的硫酸铵使发酵初期C∶P∶N值从开始25∶1∶1～30∶1∶1，通空气20～25天。
2.权利要求1所述FeCl2为钢铁厂除锈废液中提取，CPAM分子量为1000万，离子度为15％。
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