CN109205940A - 一种碱性磨浆废水的处理和循环利用方法 - Google Patents

一种碱性磨浆废水的处理和循环利用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碱性磨浆废水的处理和循环利用方法，该方法经过碱性磨浆废水的发酵处理、过滤和澄清发酵液、清液的碱化处理、清液直接回用、生石灰再生5个步骤，从碱性磨浆废水中消除有机质，并使之转化为沼气和二氧化碳，达到消除废水中有机质的目的，同时实现氢氧化钠和生石灰的再生和循环利用，实现碱性磨浆废水的循环利用，减少了废水排放而造成环境污染。与传统碱性磨浆废水处理方法比较，本发明具有以下优点：(1)能够从碱性磨浆废水中回收氢氧化钠；(2)实现氢氧化钠和生石灰的再生和循环利用；(3)能够实现废水的循环利用，减少了废水排放而造成环境污染。该方法有效地解决碱性磨浆废水的绿色转化和循环利用问题。

Description

一种碱性磨浆废水的处理和循环利用方法
技术领域
本发明属废水处理技术领域，具体涉及制浆厂的碱性磨浆废水处理和循环利用的方法。
背景技术
在高得率化学机械浆制备过程中，采用低浓度碱液浸泡或者蒸煮纤维原料，使氢氧化钠与纤维原料中的一部分木素反应并溶解水，达到软化纤维和提高原料纤维的亲水性的作用。浸泡或者蒸煮纤维材料后，得到软化的纤维原料和低浓度黑液。过滤得到的软化木片中，夹带有大量的水分以及没有溶解出来的有机物，包括木素钠、树脂酸钠、羧酸纤维素钠和其它的有机物质。经过磨浆，软化纤维中的这些有机物和磨浆过程产生的细小纤维释放到水中，形成碱性磨浆废水。
这种碱性磨浆废水含有丰富的木质素、半纤维素、有机物和钠元素，是一种可再生资源；也是典型的高浓度含盐有机废水。当前，在生产过程中，普遍采用厌氧和曝气等微生物法处理低浓度有机废水，为达到较高的排放标准，芬顿高级氧化法也用来消化微生物难以降解的废水。高浓度含盐有机废水具有对微生物的抑制性，需要用清水大量稀释后，才适合采用厌氧和好氧微生物处理。即使用水稀释后，能通过微生物法和高级氧化法能消除有机废水中的有机质，却不能消除其中盐分。这些经过微生物和芬顿氧化处理后的废水，如不经脱盐处理排入江河，会造成水体含盐量升高而影响水质；如用于农田灌溉，会造成农田盐碱化。若将这些未脱盐的废水循环使用，会造成盐分存积，影响水质，影响产品质量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述微生物处理和高级氧化处理等方法的不足，针对碱性磨浆废水含有大量的有机质和钠离子浓度，提供一种碱性磨浆废水的处理和循环利用方法。将发酵处理得到的小部分清液进行碱化，然后将碱化液用作浸泡或者蒸煮纤维原料用水和氢氧化钠的补充，因而达到降低废水中钠离子浓度的目的，并实现氢氧化钠的循环利用；其余的大部分清液直接回用作磨浆和洗浆用水，使其中的含盐量存积，促进发酵处理。该方法能够碱性磨浆废水中回收氢氧化钠，实现氢氧化钠和生石灰的再生和循环利用，以及废水的循环利用，减少废水排放而造成环境污染。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种碱性磨浆废水的处理和循环利用方法，包括以下步骤：
S1.碱性磨浆废水的发酵处理：碱性磨浆废水进入发酵罐进行发酵处理，发酵时间为5～15天。通过发酵，使废水中的一部分有机质降解并转化为沼气和二氧化碳；另一部分有机质聚合沉淀，成为发酵污泥；同时，使废水中的有机酸钠转化为碳酸氢钠。从而达到消除废水中的有机质的目的。
S2.过滤和澄清发酵液：将步骤S1得到的发酵液进行过滤和澄清，得到清液。
S3.清液的碱化处理：向步骤S2得到的小部分清液加入生石灰进行碱化处理，充分搅拌，生石灰先与水发生消化反应，生成消石灰，消石灰与碳酸氢钠和少量未降解的木素钠、树脂酸钠和羧酸纤维素钠反应，生成碳酸钙、木素钙、树脂酸钙和羧酸纤维素钙等混合沉淀物；静置后，分离出上清液，得到碱化液。碱化液用作浸泡或者蒸煮纤维原料用水和氢氧化钠的补充，因而达到降低废水中钠离子浓度的目的，并实现氢氧化钠的循环利用。所述清液的用量等于浸泡或者蒸煮纤维原料需要补充的水量。
S4.清液直接回用：将步骤S2得到的大部分清液直接回用作磨浆和洗浆用水。
S5.生石灰再生：步骤S3生成的混合沉淀物经过甩干机处理后，送入石灰窑煅烧，再生生石灰，同时释放出水和二氧化碳；再生的生石灰用于步骤S3碱化处理所用的生石灰，因而实现生石灰的循环利用。
优选地，所述步骤S2中的清液的pH＝7.3～7.6。
优选地，所述步骤S3中清液与生石灰的质量比为250:1。
优选地，所述步骤S5煅烧的温度为900摄氏度。
本发明的技术原理如下：
(1)发酵降解有机质的原理：
水溶液的渗透压会强烈影响微生物的生长和繁殖。不同类型的微生物具有不同的适应性，多数微生物通常在盐浓度为0.5～3.0％的溶液中生长和繁殖。根据前人的研究结果表明，在盐质量浓度为5～10％溶液中可抑制微生物的生长和繁殖。在质量浓度为0.85～0.9％的NaCl水溶液中，盐水的渗透压等同于微生物体的细胞的渗透压，是微生物生长和繁殖的最佳浓度。因此，发酵后，经过过滤得到的清液可以循环多次，使其中的含盐量存积，质量浓度达到0.9～1.0％时，发酵的效果最好。在发酵过程中，伴随着大量的微生物繁殖和生长，大量有机质被这些微生物吞噬，同时，微生物体能够产生并排出大量的酶，加快有机质的降解，转化为沼气和CO2；从而实现有机质的降解。
(2)发酵得到的清液的碱化原理：
在发酵过程中，废水中的有机酸钠盐以及其它的有机钠在微生物作用下，发生降解，转化为碳酸氢钠、沼气和二氧化碳。同时，剩余有少量尚未降解的木素钠、树脂酸钠和纤维素羧酸钠等物质。碳酸氢钠、木素钠、树脂酸钠和纤维素羧酸钠能够与消石灰反应，分别生成碳酸钙、木素钙、树脂酸钙和纤维素羧酸钙，同时生产氢氧化钠。后面三种物质与消石灰反应都属于平衡反应，当氢氧化钠浓度较低时，反应向沉淀生成方向进行，一旦氢氧化钠浓度提高到一定程度时，反应向沉淀溶解方向进行；只适应与低浓度的碱回收。化学反应表示为：
NaHCO3+Ca(OH)2→CaCO3↓+NaOH+H2O (1)
木素-Na2+Ca(OH)2→木素-Ca↓+2NaOH (2)
2树脂酸根-Na+Ca(OH)2→树脂酸根2-Ca↓+2NaOH (3)
羧酸根纤维素-Na+Ca(OH)2→羧酸根纤维素2-Ca↓+2NaOH (4)
(3)生石灰再生原理：
碱化反应生成的固体物质中，含有碳酸钙、木素钙、树脂酸钙和纤维素羧酸钙等物质，这些混合固体物质经过石灰窑煅烧后，转化为生石灰、水和二氧化碳。化学反应表示为：
CaCO3→CaO+CO2↑ (5)
木素-Ca→CaO+H2O+CO2↑ (6)
树脂酸根2-Ca→CaO+H2O+CO2↑ (7)
羧酸根纤维素2-Ca→CaO+H2O+CO2↑ (8)
本发明具有以下有益效果：
与传统厌氧发酵后达标排放的处理方法比较，本发明具有以下优点：(1)能够从碱性磨浆废水中回收氢氧化钠；(2)实现氢氧化钠和生石灰的再生和循环利用；(3)能够实现废水的循环利用，减少了废水排放而造成环境污染；(4)本发明将发酵处理得到的小部分清液进行碱化，然后将碱化液用作浸泡或者蒸煮纤维原料用水和氢氧化钠的补充，因而达到降低废水中钠离子浓度的目的，并实现氢氧化钠的循环利用；其余的大部分清液直接回用作磨浆和洗浆用水，使其中的含盐量存积，促进发酵效果，当含盐浓度达到0.9～1.0wt％时，发酵处理的效果最好。
附图说明
图1是本发明一种碱性磨浆废水的处理和循环利用方法的工艺流程图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明进一步说明，但不限制本发明的保护范围和应用范围。
实施例1
100公斤氢氧化钠溶于10000公斤水，用于浸泡1000公斤木片所得到的软化木片2600公斤，其中含水1800公斤(另外产生的低浓度稀黑液8400公斤，固形物含量4.0wt％)。该软木片经过加水磨浆和压榨挤水处理后，得到含水量70％的纸浆2400公斤，以及弱碱性磨浆废水12000公斤；COD值4716mg/L，固形物含量1.8wt％，pH＝8.9。
如图1所示，处理上述弱碱性磨浆废水的具体步骤如下：
(1)碱性磨浆废水的发酵处理：磨浆废水进入发酵罐进行发酵处理，发酵时间为5天。通过发酵，使废水中的一部分有机质降解并转化为沼气和二氧化碳；另一部分有机质聚合沉淀，成为发酵污泥；同时，使废水中的有机酸钠转化为碳酸氢钠。发酵处理后，发酵液COD值下降到628mg/L，固形物含量0.7wt％，pH＝7.6。
(2)过滤和澄清发酵液：将步骤(1)得到的发酵液进行过滤和澄清，得到约11500公斤的清液，pH＝7.6。
(3)清液的碱化处理：抽取步骤(2)得到的清液2500公斤，加入10公斤的生石灰进行碱化处理，充分搅拌，生石灰先与水发生消化反应，生成消石灰，消石灰与碳酸氢钠和少量未降解的木素钠、树脂酸钠和羧酸纤维素钠反应，生成碳酸钙、木素钙、脂肪酸钙和羧酸纤维素钙等混合沉淀物；静置后，经过滤，得到2450公斤的碱化液和32公斤含水60％的混合固体。所得的碱化液含有氢氧化钠0.10wt％，COD值下降到180mg/L，固形物含量0.2wt％。该碱化液被转移到浸泡池，回用作浸泡木片用碱液的补充。
(4)清液直接回用：另外的9000公斤清液直接回用作磨浆和洗浆用水。
(5)生石灰再生：将步骤(3)得到的32公斤含水60％的混合固体经过甩干机处理后，送入石灰窑煅烧到900摄氏度，冷却后得到再生生石灰9.5公斤，占碱化处理所用生石灰总量(10公斤)的95％，同时释放出水和二氧化碳。该再生的生石灰用于步骤(3)碱化处理所用的生石灰，因而实现生石灰的循环利用。
实施例2
100公斤氢氧化钠溶于10000公斤水，用于浸泡1000公斤甘蔗渣所得到的软化甘蔗渣3200公斤，其中含水2500公斤(另外产生的低浓度稀黑液约7800公斤，固形物含量3.8wt％)。该软化甘蔗渣经过加水磨浆和压榨挤水处理后，得到含水量70％的纸浆2300公斤，以及弱碱性磨浆废水10000公斤；COD值6570mg/L，固形物含量1.7wt％，pH＝8.6。
如图1所示，处理上述弱碱性磨浆废水的具体步骤如下：
(1)碱性磨浆废水的发酵处理：磨浆废水进入发酵罐进行发酵处理，发酵时间为15天。通过发酵，使废水中的一部分有机质降解并转化为沼气和二氧化碳；另一部分有机质聚合沉淀，成为发酵污泥；同时，使废水中的有机酸钠转化为碳酸氢钠。发酵处理后，发酵液COD值下降到783mg/L，固形物含量0.7wt％，pH＝7.5。
(2)过滤和澄清发酵液：将步骤(1)得到的发酵液进行过滤和澄清，得到约9800公斤的清液，pH＝7.5。
(3)清液的碱化处理：抽取步骤(2)得到的清液2500公斤，加入10公斤的生石灰进行碱化处理，充分搅拌，生石灰先与水发生消化反应，生成消石灰，消石灰与碳酸氢钠和少量未降解的木素钠、树脂酸钠和羧酸纤维素钠反应，生成碳酸钙、木素钙、脂肪酸钙和羧酸纤维素钙等混合沉淀物；静置后，经过滤，得到2450公斤的碱化液和30公斤含水60％的混合固体。所得的碱化液含有氢氧化钠0.13wt％，COD值下降到243mg/L，固形物含量0.2wt％。该碱化液被转移到浸泡池，回用作浸泡甘蔗渣用碱液的补充。
(4)清液直接回用：另外的7300公斤清液直接回用作磨浆和洗浆用水。
(5)生石灰再生：将步骤(3)得到的30公斤含水60％的混合固体经过甩干机处理后，送入石灰窑煅烧到900摄氏度，冷却后得到再生生石灰9.3公斤，占碱化处理所用生石灰总量(10公斤)的93％，同时释放出水和二氧化碳。该再生的生石灰用于步骤(3)碱化处理所用的生石灰，因而实现生石灰的循环利用。
实施例3
100公斤氢氧化钠溶于6000公斤水，用于蒸煮1000公斤木片所得到的软化木片3000公斤，其中含水2250公斤(另外产生的低浓度稀黑液约2800公斤，固形物含量5wt％)。该软化木片经过加水磨浆和压榨挤水处理后，得到含水量70％的纸浆2000公斤，以及弱碱性磨浆废水9000公斤；COD值7570mg/L，固形物含量2.3wt％，pH＝8.9。
如图1所示，处理上述弱碱性磨浆废水的具体步骤如下：
(1)碱性磨浆废水的发酵处理：磨浆废水进入发酵罐进行发酵处理，发酵时间为10天。通过发酵，使废水中的一部分有机质降解并转化为沼气和二氧化碳；另一部分有机质聚合沉淀，成为发酵污泥；同时，使废水中的有机酸钠转化为碳酸氢钠。发酵处理后，发酵液COD值下降到520mg/L，固形物含量0.7wt％，pH＝7.3。
(2)过滤和澄清发酵液：将步骤(1)得到的发酵液进行过滤和澄清，得到约8800公斤的清液，pH＝7.3。
(3)清液的碱化处理：抽取步骤(2)得到的清液2500公斤，加入10公斤的生石灰进行碱化处理，充分搅拌，生石灰先与水发生消化反应，生成消石灰，消石灰与碳酸氢钠和少量未降解的木素钠、树脂酸钠和羧酸纤维素钠反应，生成碳酸钙、木素钙、脂肪酸钙和羧酸纤维素钙等混合沉淀物；静置后，经过滤，得到2460公斤的碱化液和35公斤含水60％的混合固体。所得的碱化液含有氢氧化钠0.15wt％，COD值下降到160mg/L，固形物含量0.25wt％。该碱化液被转移到浸泡池，回用作蒸煮木片用碱液的补充。
(4)清液直接回用：另外的6300公斤清液直接回用作磨浆和洗浆用水。
(5)生石灰再生：将步骤(3)得到的35公斤含水60％的混合固体经过甩干机处理后，送入石灰窑煅烧到900摄氏度，冷却后得到再生生石灰9.8公斤，占碱化处理所用生石灰总量(10公斤)的98％，同时释放出水和二氧化碳。该再生的生石灰用于步骤(3)碱化处理所用的生石灰，因而实现生石灰的循环利用。
本发明的应用效果：
本发明已经在广西大学完成中试，应用效果良好，能够从弱碱性磨浆废水中回收氢氧化钠，同时，生产过程应用的生石灰可在系统内再生，并实现循环利用。更重要的是，能够达到制浆过程的废水零排放，其运行成本低于常见的“厌氧-好氧-高级氧化处理”的废水处理方法。

Claims (4)

1.一种碱性磨浆废水的处理和循环利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.碱性磨浆废水的发酵处理：碱性磨浆废水进入发酵罐进行发酵处理，发酵时间为5～15天；
S2.过滤和澄清发酵液：将步骤S1得到的发酵液进行过滤和澄清，得到清液；
S3.清液的碱化处理：向步骤S2得到的小部分清液加入生石灰进行碱化处理，充分搅拌，生成混合沉淀物，静置后，分离出上清液，得到碱化液；碱化液用作浸泡或者蒸煮纤维原料用水和氢氧化钠的补充；所述清液的用量等于浸泡或者蒸煮纤维原料需要补充的水量；
S4.清液直接回用：将步骤S2得到的大部分清液直接回用作磨浆和洗浆用水；
S5.生石灰再生：步骤S3生成的混合沉淀物经过甩干机处理后，送入石灰窑煅烧，再生生石灰，同时释放出水和二氧化碳；再生的生石灰用于步骤S3碱化处理所用的生石灰。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中的清液的pH＝7.3～7.6。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中清液与生石灰的质量比为250:1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S5煅烧的温度为900摄氏度。
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