專利名稱：一種堿法草漿黑液的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于造紙廢水的處理方法，尤其適用于堿法草漿黑液的處理。
我國造紙工業(yè)制漿原料70%為草類，且規(guī)模小(5000噸漿/年以下)，制漿工藝多為堿法，在蒸煮過程中產(chǎn)生的廢液(稱黑液)，是我國目前水環(huán)境的主要污染源之一。
黑液中的主要污染因子是COD(化學(xué)需氧量)，它主要由兩部分構(gòu)成一是難以生物降解的有機物(主要是木質(zhì)素);二是可生物降解的有機物(主要是木糖、木醇等)。兩者約各占50%左右。
目前處理堿法草漿黑液的方法有酸析木素法、厭氧消化法、厭氧-酸析法等。
酸析木素法是利用黑液中的木質(zhì)素在酸性條件下不溶于水的特性，向黑液中加酸，調(diào)節(jié)黑液的pH在3以下，其中的木質(zhì)素則會析出，然后可分離去除。但由于木質(zhì)素的含量只占黑液COD的50%左右，因此，酸析木素法的COD去除率最高只能達到50%左右。同時酸析木素常呈膠體狀態(tài)，需在60℃以上才較易結(jié)塊分離。另外，經(jīng)酸析后的黑液還需加堿，重新調(diào)節(jié)至pH為7，才能排放。
厭氧消化法是在厭氧條件下利用微生物將黑液中可生物降解物質(zhì)降解去除，并同時產(chǎn)生沼氣。同樣因為黑液中可生物降解物質(zhì)僅占黑液COD的一半左右，因此黑液直接厭氧消化時，其COD的降解率最高僅能達到50%?？墒怯捎谀举|(zhì)素對厭氧微生物具有一定的抑制性(Lettinga，J.Chem，Technol&Biotechnol.50，443(1991))，實際的COD降解率將會更低。
厭氧-酸析法是將厭氧消化和酸析木素結(jié)合起來試圖提高黑液的COD總?cè)コ实奶幚矸椒?雷寤初、李彥春，水和廢水技術(shù)研究，650(1992))，但由于其厭氧在先，酸析在后，因此其厭氧消化過程類似于單純厭氧消化;而酸析過程則由于部分木質(zhì)素在厭氧消化過程中化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，不能析出，因此其COD去除率則相應(yīng)降低，因此厭氧-酸析法COD總?cè)コ蕿?0～80%。處理后的黑液在排放前仍要加堿重調(diào)。
本發(fā)明的任務(wù)在于尋找一條合理、經(jīng)濟的堿法草漿黑液處理工藝，使黑液經(jīng)該工藝處理后，其主要污染物COD以及色度等能得到大幅度地削減，而其基建投資和運行費用又較低。
根據(jù)黑液中COD的組成，其合理的處理工藝應(yīng)為先去除黑液中的木質(zhì)素，然后進行厭氧消化，這樣不但木質(zhì)素的去除較為完全，而且由于木質(zhì)素的預(yù)先去除，消除了其對厭氧微生物的抑制作用，因此厭氧消化部分的COD去除率也能提高。從而使得總?cè)コ蚀蟠筇岣?。但是由于現(xiàn)行去除木質(zhì)素采用的是酸析法，因此要首先去除黑液中的木質(zhì)素，必須先加酸調(diào)節(jié)黑液的pH小于3，待木素析出分離后，又必須再加堿重新調(diào)節(jié)pH在7以上，才能進行厭氧消化。這樣反復(fù)調(diào)節(jié)pH，不但增加了運行費用，而且黑液中的含鹽量增加會降低厭氧消化過程的處理效果。另外，加酸時，如加硫酸，則由于SO＝4存留在黑液中，SO＝4的大量存在將對黑液的厭氧消化產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，嚴(yán)重時將引起厭氧處理的失敗;如采用鹽酸，雖可以克服采用硫酸帶來的厭氧消化過程的干擾問題，但由于等當(dāng)量的HCl的價格是H2SO4價格的2～3倍，因此其運行費用勢必增加2～3倍。所以水處理專業(yè)人員普遍認(rèn)為，黑液處理過程中先去除木質(zhì)素，再進行厭氧消化是不可能(加硫酸時)或不經(jīng)濟的(加鹽酸時)，致使在黑液處理中至今尚無先去除木質(zhì)素，再進行厭氧消化的先例。
本發(fā)明克服了長期存在的對先去除木質(zhì)素，然后進行厭氧消化過程處理堿法草漿黑液的技術(shù)偏見，在研究了堿法草漿黑液中木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)，分子量分布以及其析出的具體條件后，提出了采用凝析-厭氧消化法處理堿法草漿黑液的方法。
所謂凝析是向黑液中投加一種藥劑(凝析劑)，使其與黑液中的木質(zhì)素進行凝析反應(yīng)，形成不溶于水，且尺度較大的沉淀物，從而可分離去除。
采用凝析-厭氧消化法處理堿法草漿黑液，是在常規(guī)的厭氧消化工藝之前加上凝析工藝。本發(fā)明采用了溶藥池、計量泵組成的凝析劑投加系統(tǒng);凝析反應(yīng)罐、凝析分離池組成的木質(zhì)素分離系統(tǒng);厭氧反應(yīng)器、沼氣收集裝置組成的厭氧處理系統(tǒng);污泥泵、過濾器組成的泥渣脫水系統(tǒng)，構(gòu)成了整個凝析-厭氧消化處理工藝，創(chuàng)造了木素析出、分離和厭氧消化同時在最佳狀態(tài)下工作的條件和環(huán)境，使黑液中的難生物降解物質(zhì)(木質(zhì)素)和可生物降解物質(zhì)(木糖、木醇等)同時得到高效地去除，從而可大幅度地減黑液的有機污染。
控制的技術(shù)參數(shù)如下凝析劑投量0.5～2g/l凝析pH7～10凝析溫度30～50℃凝析反應(yīng)時間5～10分鐘凝析分離池停留時間2～4小時厭氧消化溫度33～35℃厭氧反應(yīng)器停留時間24～48小時在上述較寬范圍的技術(shù)條件下，黑液中的木質(zhì)素可在較高的pH值，較低的溫度下，被凝析、分離去除，COD去除率可達30～50%;經(jīng)凝析處理后的黑液不需進行任何pH調(diào)節(jié)，可直接進入?yún)捬醴磻?yīng)器進行消化，由于預(yù)先去除了木質(zhì)素，消除了黑液對厭氧微生物的抑制作用，同時殘留在黑液中的少量凝析劑對厭氧微生物的活性還有促進作用，因此其COD去除率可高達80%以上，從而使整個工藝COD去除率高達90%以上。
本發(fā)明與現(xiàn)有的厭氧-酸析技術(shù)相比較具有以下優(yōu)點(1).工藝流程簡單。厭氧-酸析法實質(zhì)上是三個操作單元，即厭氧、酸析和最終排放前的中和(將pH從3重新調(diào)整到7)。而本發(fā)明只需凝析和厭氧兩個操作單元。
(2).處理效率高。由于厭氧-酸析法中的厭氧和酸析均非在最佳狀態(tài)下工作，因此，其COD去除率僅70～80%;而本發(fā)明中的凝析和厭氧均在最佳狀態(tài)下工作，而且凝析劑的殘留成份對厭氧消化過程還同時具有促進作用，因此，凝析和厭氧部分分別能最大限度地去除黑液中的木質(zhì)素和可生物降解物質(zhì)。因此COD總?cè)コ矢哌_90%以上。
(3).基建費用低。由于厭氧-酸析法中的厭氧段中，存在著木質(zhì)素的抑制作用，因此容積負荷較低(2.5～4kgCOD/M3.d)，去除負荷僅1.5～3kgCOD/M3.d，相應(yīng)的水力停留時間長達48～72小時;而本發(fā)明中的厭氧段預(yù)先消除了木質(zhì)素的抑制作用，其容積負荷高(5～8kgCOD/M3.d)，去除負荷達4～6kgCOD/M3.d，相應(yīng)的水力停留時間縮短至24～48小時，因此厭氧段可節(jié)省基建投資1/3以上。凝析段的基建投資與酸析段基本相近，但省去了最終pH調(diào)節(jié)設(shè)備。因此本發(fā)明的工藝其基建投資比厭氧-酸析法可節(jié)省1/3以上。
(4).運行費用低。本發(fā)明中所采用的凝析劑來源豐富，價格與硫酸相當(dāng)，而用量僅為酸析法中硫酸用量的2/3，而且無需加堿重調(diào)pH。單位黑液在厭氧段的沼氣產(chǎn)生率也較厭氧-酸析法段高1/4。因此其總運行費用較厭氧-酸析法低1/3以上。
(5).減少環(huán)境污染。
實施例1某年產(chǎn)3000T堿法草漿造紙廠黑液的組成為pH10.2COD14000mg/l色度1600倍采用凝析-厭氧消化法進行試驗，控制條件為凝析劑投量1.5g/l凝析溫度44℃凝析反應(yīng)時間6分鐘凝析分離池停留時間2.5小時厭氧消化溫度34℃厭氧反應(yīng)器水力停留時間36小時黑液經(jīng)凝析處理后，COD去除率為42%，pH為9.2，色度去除率為85%;經(jīng)凝析處理后黑液直接進入?yún)捬跸磻?yīng)器，厭氧處理COD去除率84%，COD總?cè)コ?1%。
本發(fā)明可廣泛用于造紙廠對草漿黑液的綜合處理。
權(quán)利要求
1.一種堿法草漿黑液處理方法，首先向黑液中投加一種藥劑，其特征在于使其中的木質(zhì)素形成沉淀，分離去除，然后對溶液進行厭氧消化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于形成沉淀的pH為7～10，溫度為30～50℃。
全文摘要
本發(fā)明屬于造紙廢水的處理方法，尤其適用于堿法草漿黑液的處理。采用該方法處理黑液時，首先向黑液中投加0.5～2g/l的凝析劑，使黑液中的木質(zhì)素在pH7～10、溫度30～50℃的條件下凝析，然后分離去除，經(jīng)凝析后的黑液，不經(jīng)任何pH調(diào)節(jié)，直接進行厭氧消化。凝析過程能達到酸析同樣的效果，而形成的木質(zhì)素易于分離。該方法工藝簡單，基建投資小，運行費用低，對黑液中的COD和色度的去除率可分別達到90％以上，具有積極的環(huán)境和經(jīng)濟效果。
文檔編號C02F3/28GK1089921SQ9310088
公開日1994年7月27日 申請日期1993年1月18日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月18日
發(fā)明者彭黨聰, 金奇庭 申請人:西安冶金建筑學(xué)院