申请日2018.09.30
公开(公告)日2018.12.28
IPC分类号C02F9/14; C01D1/20; C04B2/02; C02F101/30; C02F103/28
摘要
本发明公开了一种安装有反渗透膜装置的碱性磨浆废水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、清液的反渗透膜浓缩处理、浓缩液的碱化处理、反渗透淡水的直接回用、石灰再生5个步骤，从碱性磨浆废水中消除有机质，同时实现氢氧化钠和石灰的再生和循环利用，此外，能够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)实现氢氧化钠和石灰的再生和循环利用;(3)采用反渗透膜浓缩的方法得到淡水，再将淡水回用作磨浆和洗浆用水，能够实现废水的循环利用，可减少纸浆中夹带无机钠盐的量，同时提高碱回收率。
权利要求书
1.一种安装有反渗透膜装置的碱性磨浆废水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.清液的反渗透膜浓缩处理：经过发酵处理得到的清液经过气浮分离和超滤截留后，再经过两级反渗透膜过滤，得到淡水和浓缩液;
S3.浓缩液的碱化处理：向步骤S2得到的浓缩液中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;
S4.淡水直接回用：将步骤S2得到的淡水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中浓缩液与生石灰的质量比为23～32:1。
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。
说明书
安装有反渗透膜装置的碱性磨浆废水 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现有技术的不足，提供一安装有反渗透膜装置的碱性磨浆废水处理和循环利用方法，即高浓度有机废水的“发酵-反渗透处理-碱化-石灰再生”的处理和碱回收利用方法。该方法采用反渗透膜浓缩的方法得到淡水，再将淡水回用作磨浆和洗浆用水，可减少纸浆中夹带无机钠盐的量，同时提高碱回收率。该方法能够从碱性磨浆废水中回收氢氧化钠，实现氢氧化钠和石灰的再生和循环利用，以及废水的循环利用。
本发明解决上述技术问题的方案如下：
一种安装有反渗透膜装置的碱性磨浆废水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.清液的反渗透膜浓缩处理：经过发酵处理得到的清液经过气浮分离和超滤截留后，再经过两级反渗透膜过滤，得到淡水(脱盐水)和浓缩液。
S3.浓缩液的碱化处理：向步骤S2得到的浓缩液中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，消石灰与浓缩液中的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。从而实现氢氧化钠的再生和循环利用。
S4.淡水直接回用：将步骤S2得到的淡水直接回用作磨浆和洗浆用水。先经过反渗透膜过滤处理后得到淡水(脱盐水)，再将淡水回用作磨浆和洗浆用水，减少纸浆夹带过多的无机钠盐，同时提高碱回收率，实现废水的循环利用。
S5.生石灰再生：步骤S3生成的混合沉淀物经甩干机处理后，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，从而实现生石灰的再生和循环利用。
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中浓缩液与生石灰的质量比为23～32:1。
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质量浓度为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，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。在转化过程中，有机酸钠和其它的有机钠化合物转化为碳酸氢钠、二氧化碳、水和沼气。
(2)反渗透膜浓缩的原理：
反渗透过滤是指利用外部压力克服渗透压，使得水通过半渗透膜，形成淡水，并截留颗粒，甚至任何低摩尔质量的物质(如盐离子、有机物等)的过程。应用于反渗透过滤中的半渗透膜通常称为反渗透膜，它是一种特殊的无孔材料(或者孔径很小);反渗透膜具有很好的亲水性，水能自由地扩散进出膜体的高分子结构。在溶液扩散机制中，水溶解在膜中，并通过膜扩散，集中成为反渗透膜过滤的淡水;而溶解的溶质(包括单一带电离子，如Na+，Cl-) 不能通过膜扩散而被截留在浓缩液中，得到反渗透膜浓缩液。本发明处理的碱性磨浆废水，经过发酵处理得到的清液中，主要含有Na+、Cl-和HCO3-离子，以及少量未转化的有机钠化合物，这些电解质将被截留在浓缩液中。
(3)浓缩液碱化原理：
浓缩液中含有碳酸氢钠，以及少量尚未降解的木素钠、树脂酸钠和羧酸纤维素钠等物质。碳酸氢钠、木素钠、树脂酸钠和羧酸纤维素钠能够与消石灰反应，分别生成碳酸钙、木素钙、树脂酸钙和羧酸钙纤维素钙，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;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)
(4)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、树脂酸钙和羧酸纤维素钙等物质，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：
(1)能够从碱性磨浆废水中回收氢氧化钠，实现氢氧化钠和石灰的再生和循环利用，减小购买氢氧化钠和生石灰的成本负担。再生的氢氧化钠占浸泡或蒸煮纤维原料所用氢氧化钠总量达36.5～41.4%，再生的生石灰占碱化处理所用生石灰总量达88.0～90.0%。
(2)采用反渗透膜浓缩的方法得到淡水，再将淡水回用作磨浆和洗浆用水，可减少纸浆中夹带无机钠盐的量，同时提高碱回收率。
(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。该技术有效地解决碱性磨浆废水的绿色转化和循环利用问题。