CN110255696B - 一种利用余碱余热处理精制棉黑液的系统 - Google Patents

Abstract

一种利用余碱余热处理精制棉黑液的系统，属于高浓度有机废水处理设备领域。包括调节池、隔板反应池、三通电磁阀、滴加器；所述调节池通过管路A与隔板反应池一侧连接，隔板反应池另一侧通过安装有COD传感器的管道连接三通电磁阀，三通电磁阀还分别连接出口管道和管路B，管路B与管路A连通，设有入口管道的调节池内设有温度传感器A和pH传感器A，隔板反应池内设有温度传感器B和pH传感器B，隔板反应池上方设有滴加器。本发明更有利于除解精制棉黑液中的大分子难降解有机物，实现有机污染物的高效去除，同时本系统技术工艺简单、成本低。

Description

一种利用余碱余热处理精制棉黑液的系统

技术领域

本发明涉及高浓度有机废水处理设备领域，尤其涉及一种利用余碱余热处理精制棉黑液的系统。

背景技术

精制棉(棉浆粕)是以棉短绒为原料经加碱高温蒸煮精制而成的一种高纯度纤维素产品，通常用于制造纤维素酯类、硝化纤维素(硝化棉)和醋酸纤维素，并广泛用于食品、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”，具有较好的市场前景；我国是精制棉生产和使用大国，据统计国内外企业对精制棉的总需求量大约30万吨，国外企业对精制棉的需求总量约在1万吨左右，其余为中国企业使用。

精制棉黑液是棉短绒在加碱高温蒸煮过程中产生的蒸煮黑液和浆料洗涤产生的大量黑褐色废水，其废水量约为70吨/吨产品，也称为蒸煮黑液，精制棉黑液虽仅占精制棉废水总量的32％，但其有机污染物含量占了精制棉废水总有机污染物排放量的90％，精制棉黑液因含有大量棉超短绒、单宁、果胶、油脂、蜡质、木糖、固形物和游离碱等导致其可生化性差，属于难处理的高浓度有机废水，一直是精制棉生产中急需解决的污染问题。

目前，大多数精制棉废水采用印染废水或造纸黑液的处理工艺进行处理，针对精制棉黑液的水质特点，一些研究人员考虑先对其进行预处理后再与其它废水混合后进行生化处理，用于精制棉黑液预处理的方法主要有锅炉渣和粉煤灰预处理法、活性焦吸附预处理法、酸析预处理法、酸析-活性炭纤维吸附预处理法、酸析-混凝-微电解预处理法和高级氧化预处理法等；如采用酸析-混凝-微电解的组合工艺预处理精制棉黑液，COD_Cr、BOD₅和TOC的最高去除率分别为65％、62％和56％，色度去除率为99％，急性毒性降低93％，同时紫外可见吸收光谱分析表明部分含共轭双键和苯环的难生化降解物质得到析出或转化，使得可生化性明显提高；采用超声(US)、光化学氧化(UV/H₂O₂)和UV/H₂O₂+US法预处理精制棉黑液，COD_Cr和色度去除率分别为37.83和60％；这些处理技术工艺复杂、成本较高，难于在实际工程中得到运用。

据对精制棉现有加工企业废水处理成本的调研和核算发现，黑液虽仅占精制棉废水总量的32％，但黑液的处理成本大概占整个精制棉废水处理成本的2/3以上；过硫酸盐(PS)与过氧单硫酸盐(PMS)是一种不对称的强氧化剂，能够被热、碱、紫外线、过渡金属等激活产生强氧化性的羟基自由基(HO·，E₀＝1.9-2.7V)和硫酸根自由基(

，E₀＝2.5-3.1V)，

较HO·有更高的氧化还原电位，且

的存活期(3×10^-5-4×10^-5s)比HO·的存活期(2×10^-8s)要长，更有利于与污染物接触，实现有机污染物的高效去除；因此，设计一套利用精制棉黑液中的余热和余碱活化PS或者PMS去除解精制棉黑液中的大分子难降解有机物的系统，达到真正实现节能减排和保护环境的目的，具有十分重要的意义。

发明内容

为解决现有精制棉黑液处理技术工艺复杂、成本较高并难于在实际工程中得到运用的问题，本发明提供了一种利用余碱余热处理精制棉黑液的系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种利用余碱余热处理精制棉黑液的系统，包括调节池、隔板反应池、三通电磁阀、滴加器和控制器；所述调节池通过管路A与隔板反应池一侧连接，隔板反应池另一侧通过安装有COD传感器的管道连接三通电磁阀，三通电磁阀还分别连接出口管道和管路B，管路B与管路A连通，设有入口管道的调节池内设有温度传感器A和pH传感器A，隔板反应池内设有温度传感器B和pH传感器B，隔板反应池上方设有滴加器，温度传感器A、pH传感器A、温度传感器B、pH传感器B、COD传感器、三通电磁阀和滴加器均与控制器连接。

进一步的，所述管路A上设有阀门，阀门与控制器连接。

进一步的，所述管路B上设有循环泵，循环泵与控制器连接。

进一步的，所述隔板反应池为水平放置，滴加器竖直固定在隔板反应池的上方，滴加器的数量为两个。

进一步的，所述滴加器内为PS溶液。

进一步的，所述滴加器内为PMS溶液。

本发明的有益效果是：控制器根据采集到的温度及pH值数据使滴加器将PS溶液或者PMS溶液滴加到隔板反应池中，使PS溶液或者PMS溶液快速被精制棉黑液中的余热余碱活化产生强氧化性的

和HO·，更有利于除解精制棉黑液中的大分子难降解有机物，实现有机污染物的高效去除，同时本系统技术工艺简单、成本低。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明不同浓度过硫酸钾对精制棉黑液COD去除的影响趋势图；

图3为本发明不同活化温度过硫酸钾对精制棉黑液COD去除的影响趋势图；

图4为本发明不同pH值的过硫酸钾对精制棉黑液COD去除的影响趋势图；

图5为本发明余碱余热活化过硫酸钾对精制棉黑液COD去除效果的趋势图；

图6为本发明过硫酸钾对精制棉黑液色度去除效果的对比图；

图7为本发明不同浓度过氧单硫酸钾对精制棉黑液COD去除的影响趋势图；

图8为本发明不同活化温度过氧单硫酸钾对精制棉黑液COD去除的影响趋势图；

图9为本发明不同pH值的过氧单硫酸钾对精制棉黑液COD去除的影响趋势图；

图10为本发明余碱余热活化过氧单硫酸钾对精制棉黑液COD去除效果的趋势图；

图11为本发明过氧单硫酸钾对精制棉黑液色度去除效果的对比图。

图中1.调节池，2.隔板反应池，3.温度传感器A，4.pH传感器A，5.COD传感器，6.三通电磁阀，7.控制器，8.滴加器，9.温度传感器B，10.pH传感器B。

具体实施方式

一种利用余碱余热处理精制棉黑液的系统，包括调节池1、隔板反应池2、三通电磁阀6、滴加器8和控制器7；所述调节池1通过管路A与隔板反应池2一侧连接，隔板反应池2另一侧通过安装有COD传感器5的管道连接三通电磁阀6，三通电磁阀6还分别连接出口管道和管路B，管路B与管路A连通，设有入口管道的调节池1内设有温度传感器A3和pH传感器A4，隔板反应池2内设有温度传感器B9和pH传感器B10，隔板反应池2上方设有滴加器8，温度传感器A3、pH传感器A4、温度传感器B9、pH传感器B10、COD传感器5、三通电磁阀6和滴加器8均与控制器7连接。

所述管路A上设有阀门，阀门与控制器7连接。

所述管路B上设有循环泵，循环泵与控制器7连接。

所述隔板反应池2为水平放置，滴加器8竖直固定在隔板反应池2的上方，滴加器8的数量为两个。

本系统的使用方法如下：

S1：首先将精制棉黑液从入口管道通入调节池1，通过温度传感器A3、pH传感器A4的显示调节调节池1内的温度为60℃～80℃、pH值为10.0～12.0，其中最佳活化温度为70℃，pH值为11.0；

S2：打开阀门，将步骤S1调节后的精制棉黑液通入隔板反应池2，通过控制器7使滴加器8向隔板反应池2内通入PS溶液或者PMS溶液，PS为过硫酸盐，PMS为过氧单硫酸盐；PS或PMS溶液与精制棉黑液中的余热余碱活化产生强氧化性的硫酸根自由基(

)和羟基自由基(HO·)，精制棉黑液在隔板反应池2中往复流动时由水流转向产生的搅拌作用使得

和HO·能够充分与精制棉黑液中的大分子难降解有机物发生反应，此时温度传感器B9和pH传感器B10将采集的数据传输给控制器7，控制器7根据采集的数据控制滴加器8的滴速，保证在不同温度和pH时有足够量的PS或PMS溶液与精制棉黑液中的难降解大分子有机污染物发生反应；每1m³精制棉黑液中加入40L～60L、2mmol/L～4mmol/L的PS或PMS溶液，优选的1m³精制棉黑液中加入50L 2mmol/L的PS或2.5mmol/LPMS溶液，此时处理100min后的精制棉黑液中COD和色度的最大去除率分别达到94.6％和90.5％，其特征污染物果胶最大去除率达到96.3％，均明显大于热活化或加碱活化单独作用时黑液中COD的去除率；

S3：控制器7根据COD传感器5监测到的COD数值调节三通电磁阀6来控制回流比，当COD传感器5监测到的COD数值高于预定数值时，精制棉黑液由管路B返回管路A再次通入隔板反应池2，当COD传感器5监测到的COD数值低于预定数值时，精制棉黑液从出口管道排出，实现精制棉黑液的高效处理。

本实施例验证了过硫酸钾浓度对精制棉黑液COD去除效果的影响如下：

本实施例首先实验了在室温20℃、pH＝7.0时，向1L精制棉黑液中分别添加50ml0.5mmol/L、1.0mmol/L、1.5mmol/L、2.0mmol/L、2.5mmol/L和3.0mmol/L共6个浓度梯度过硫酸钾溶液，分析精制棉黑液中COD去除效果的变化，由附图2所示，随着过硫酸钾溶液浓度的增加，精制棉黑液中COD的去除率也明显依次增加，可以发现添加3.0mmol/L过硫酸钾250min时，精制棉黑液中COD的去除率达到最大值26.1％；当过硫酸钾浓度分别是2.0mmol/L、2.5mmol/L和3.0mmol/L，精制棉黑液中COD的去除率差异较小，处理300min后精制棉黑液样品COD的去除率分别为25.3％、26.2％和26.1％；因此综合考虑经济效益和COD的去除效率，本系统确定添加过硫酸钾的最佳浓度为2.0mmol/L；

本实施例验证了不同温度活化过硫酸钾对精制棉黑液COD去除效果的影响如下：

PS能够被热、碱、紫外线和过渡金属等激活产生强氧化性的

和HO·，因此本实施例实验了当pH＝7时，不同活化温度对精制棉黑液中COD去除效率的影响，由附图3所示，随着溶液温度的增加，精制棉黑液中COD的去除率也明显增加，当溶液的温度为70℃时，处理200min后COD的去除率达到84.3％，处理300min后达到最大值86.9％；充分结合棉短绒加碱蒸煮出炉后精制棉黑液的实际温度，以及温度对精制棉黑液中COD去除效率的影响，本系统确定活化过硫酸钾的最佳温度为70℃；

本实施例验证了不同碱度活化过硫酸钾对精制棉黑液COD去除效果的影响如下：

棉短绒一般是添加氢氧化钠溶液浸泡后放进回转式蒸球高温蒸煮，因此精制棉黑液中剩余碱量较高，充分利用精制棉黑液中的剩余碱量活化PS将有助于提高有机污染物的去除并降低处理成本，附图4为精制棉黑液不同pH值对COD去除效率的影响；结果表明随着精制棉黑液pH由7.0增加到12.0，黑液中COD的去除率也相应增加；但当精制棉黑液的pH分别为11.0和12.0时，两样品中COD的去除效率非常接近，COD最大去除率分别为58.9％和58.4％；因此，考虑到从棉短绒经蒸煮后产生精制棉黑液的剩余碱量，确定pH＝11.0作为活化过硫酸钾的最佳pH值；

本实施例余碱余热活化过硫酸钾对精制棉黑液COD去除效果进行了验证实验如下：

由于棉短绒加碱蒸煮产生的精制棉黑液既含有余热也含有一定的余碱，因此本实施例考察了最佳温度和碱量同时活化过硫酸钾对精制棉黑液COD去除效果的影响，由附图5所示，当精制棉黑液的温度为70℃、pH＝11.0时，处理100min后精制棉黑液的色度去除率达到最大值94.6％，图6中A为未处理的精制棉黑液，B为处理后的精制棉黑液，这说明黑液中的有机污染物和色度是同步被去除的，因此确定精制棉黑液的温度为70℃、pH＝11.0，t＝100min为过硫酸钾的最佳处理工艺参数；

本实施例验证了过氧单硫酸钾浓度对精制棉黑液COD去除效果的影响如下：

本实施例实验了在室温20℃、pH＝7.0时，向1L精制棉黑液中分别添加50ml0.5mmol/L、1.0mmol/L、1.5mmol/L、2.0mmol/L、2.5mmol/L和3.0mmol/L共6个浓度梯度的过氧单硫酸钾溶液，分析精制棉黑液中COD去除效果的变化，由附图7所示，随着过氧单硫酸钾浓度的增加，精制棉黑液中COD的去除率也明显依次增加，可以发现添加2.5mmol/L过氧单硫酸钾300min时，黑液中COD的去除率达到最大值22.65％；当过氧单硫酸钾浓度分别是2.0mmol/L、2.5mmol/L和3.0mmol/L，精制棉黑液中COD的去除率差异较小，处理300min后黑液样品COD的去除率分别为23.6％、24.7％和24.3％。因此综合考虑经济效益和COD的去除效率，本系统确定添加过氧单硫酸钾的浓度为2.5mmol/L；

本实施例验证了不同温度活化过氧单硫酸钾对精制棉黑液COD去除效果的影响如下：

PMS能够被热、碱、紫外线和过渡金属等激活产生强氧化性的

和HO·，因此本实施例实验了当pH＝7时，不同活化温度对精制棉黑液中COD去除效率的影响，由附图8所示，随着溶液温度的增加，精制棉黑液中COD的去除率也明显增加，当溶液的温度为70℃时，处理200min后COD的去除率达到80.2％,处理300min后达到最大值83.3％。充分结合棉短绒加碱蒸煮出炉后黑液的实际温度，以及温度对黑液中COD去除效率的影响，本系统确定活化过氧单硫酸钾的温度为70℃；

本实施例验证了不同碱度活化过氧单硫酸钾对精制棉黑液COD去除效果的影响如下：

棉短绒一般是添加氢氧化钠溶液浸泡后放进回转式蒸球高温蒸煮，因此精制棉黑液中剩余碱量较高，充分利用精制棉黑液中的剩余碱量活化PMS将有助于提高有机污染物的去除并降低处理成本，附图9为精制棉黑液不同pH对COD去除效率的影响；结果表明随着精制棉黑液pH由7.0增加到12.0，精制棉黑液中COD的去除率也相应增加；但当精制棉黑液的pH分别为11.0和12.0时，两样品中COD的去除效率非常接近，COD最大去除率分别为54.9％和55.3％。因此考虑到从棉短绒经蒸煮后产生黑液剩余碱量出发，确定pH＝11.0作为活化过氧单硫酸钾的最佳pH；

本实施例余碱余热活化过氧单硫酸钾对精制棉黑液COD去除效果进行了验证实验如下：

由于棉短绒加碱蒸煮产生的精制棉黑液既含有余热也含有一定的余碱，因此本实施例实验了最佳温度和碱量同时活化过硫酸钾对精制棉黑液COD去除效果的影响，由附图10所示，当精制棉黑液的温度为70℃、pH＝11.0时，处理150min后精制棉黑液中COD的去除效率达到最大值90.5％，均明显大于热活化或加碱活化单独作用时精制棉黑液中COD的去除率，这说明热活化和加碱活化协同作用有助于黑液中COD的去除，因此确定精制棉黑液的温度为70℃、pH＝11.0，t＝150min为过氧单硫酸钾的最佳处理工艺参数；图11中C为未处理的精制棉黑液，D为处理后的精制棉黑液。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种利用余碱余热处理精制棉黑液的系统，其特征在于，包括调节池(1)、隔板反应池(2)、三通电磁阀(6)、滴加器(8)和控制器(7)；所述调节池(1)通过管路A与隔板反应池(2)一侧连接，隔板反应池(2)另一侧通过安装有COD传感器(5)的管道连接三通电磁阀(6)，三通电磁阀(6)还分别连接出口管道和管路B，管路B与管路A连通，设有入口管道的调节池(1)内设有温度传感器A(3)和pH传感器A(4)，隔板反应池(2)内设有温度传感器B(9)和pH传感器B(10)，隔板反应池(2)上方设有滴加器(8)，温度传感器A(3)、pH传感器A(4)、温度传感器B(9)、pH传感器B(10)、COD传感器(5)、三通电磁阀(6)和滴加器(8)均与控制器(7)连接；

所述管路A上设有阀门，阀门与控制器(7)连接；

所述管路B上设有循环泵，循环泵与控制器(7)连接；

所述隔板反应池(2)为水平放置，滴加器(8)竖直固定在隔板反应池(2)的上方，滴加器(8)的数量为两个；

所述滴加器(8)内为PS溶液；

所述滴加器(8)内为PMS溶液；

还包括，使用方法如下：

(1)先将精制棉黑液从入口管道通入调节池1，通过温度传感器A3、pH传感器A4的显示调节调节池1内的温度为60℃～80℃、pH值为10.0～12.0，其中最佳活化温度为70℃，pH值为11.0；

(2)将步骤S1调节后的精制棉黑液通入隔板反应池2，PS或PMS溶液与精制棉黑液中的余热余碱活化产生强氧化性的硫酸根自由基

和羟基自由基(HO·)，精制棉黑液在隔板反应池2中往复流动时由水流转向产生的搅拌作用使得

和HO·能够充分与精制棉黑液中的大分子难降解有机物发生反应，每1m³精制棉黑液中加入50L 2mmol/L的PS或2.5mmol/LPMS溶液；

当采用余热和余碱活化过硫酸钾时，过硫酸钾浓度为2mmol/L，精制棉黑液的温度为70℃、pH＝11.0，t＝100min；

当采用余热和余碱活化过氧单硫酸钾时，过氧单硫酸钾浓度为2.5mmol/L，精制棉黑液的温度为70℃、pH＝11.0，t＝150min；

(3)控制器7根据COD传感器5监测到的COD数值调节三通电磁阀6来控制回流比，当COD传感器5监测到的COD数值高于预定数值时，精制棉黑液由管路B返回管路A再次通入隔板反应池2，当COD传感器5监测到的COD数值低于预定数值时，精制棉黑液从出口管道排出，实现精制棉黑液的高效处理。

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