本發(fā)明屬于造紙和環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種造紙濃白水的回收利用裝置及處理方法。
背景技術(shù)：
特種紙是將不同的纖維利用抄紙機(jī)抄制而成的具有特殊機(jī)能的紙張，特種紙?jiān)谏a(chǎn)制造過程（抄制）中，會(huì)產(chǎn)生大量濃白水，其中含有大量的細(xì)小纖維和化工填料，若任其排放，則會(huì)造成極大的物質(zhì)浪費(fèi)和環(huán)境污染。因此，濃白水的回收再利用，是集節(jié)能、降耗、減排于一體的重要措施。
目前，造紙企業(yè)多對(duì)濃白水進(jìn)行封閉循環(huán)，以降低纖維浪費(fèi)和環(huán)境污染，然而，隨著白水的不斷循環(huán)使用，其中的陰離子垃圾不斷富集，令抄制工藝中的化學(xué)環(huán)境惡化，不但會(huì)與昂貴的陽離子化學(xué)助劑反應(yīng)，造成資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)干擾纖維-纖維之間的相互作用、降低紙品質(zhì)量（如白度、強(qiáng)度等），并附著在紙張上引起黑點(diǎn)、空洞等紙病，沉積在網(wǎng)部管道上影響生產(chǎn)效率。這給造紙工作者造成了長(zhǎng)期的技術(shù)困擾，亟待解決。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)特種紙制造過程中存在的問題，本發(fā)明提供一種濃白水的回收利用裝置及其方法，可杜絕陰離子垃圾富集的現(xiàn)象，改善抄制工藝中的化學(xué)環(huán)境，顯著降低生產(chǎn)成本，有效降低環(huán)境污染。
為解決上述問題，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種造紙濃白水的回收利用裝置，包括塔體、酶處理層和吸附層，所述酶處理層設(shè)置在塔體中部，為接種有混合菌的培養(yǎng)基，所述混合菌為活菌個(gè)數(shù)比為1:1.2～1.5的黑曲霉和酵母菌，黑曲霉和酵母菌均能夠借助濃白水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行生長(zhǎng)代謝，產(chǎn)生果膠酶、殼聚糖酶和纖維素酶等，用于分解膠體物質(zhì)；所述吸附層設(shè)置在塔體下部，包括20～30wt%的凹凸棒石和70～80wt%的水滑石，用于吸附有色污染物和陰離子垃圾。
對(duì)于上述的回收利用裝置，所述酶處理層和吸附層外均有濾網(wǎng)包裹，且所述酶處理層下部設(shè)有酶處理架，以支撐酶處理層，所述吸附層下部設(shè)有吸附架，以支撐吸附層。
對(duì)于上述的回收利用裝置，位于所述酶處理層處的塔體內(nèi)壁上設(shè)有溫度控制單元。
對(duì)于上述的回收利用裝置，所述塔體頂部設(shè)有濃白水入口，其側(cè)壁上部設(shè)有上層清水出口，其底部設(shè)有下層濃水出口；所述濃白水入口設(shè)有濃白水管道，該濃白水管道的出口位于上層清水出口下部，并位于吸附層上部。
對(duì)于上述的回收利用裝置，所述培養(yǎng)基為沙氏培養(yǎng)基，所述混合菌的活菌接種量為（1.5～1.6）×106個(gè)/g。
對(duì)于上述的回收利用裝置，所述凹凸棒石粒徑為50～80μm，所述水滑石粒徑為100～150μm。
對(duì)于上述的回收利用裝置，所述水滑石為人造水滑石，由以下步驟制成：
（1）稱取一定量的al(no3)3?9h2o和mg(no3)2?6h2o，分別加入蒸餾水中充分溶解，各配制成濃度為1.0mol?l-1的溶液；
（2）將所得溶液按體積比1:2加入容器中混合，并進(jìn)行超聲分散5min后，得到混合溶液a；
（3）將混合溶液a持續(xù)進(jìn)行攪拌和超聲分散30min，同時(shí)滴加堿溶液，調(diào)節(jié)混合溶液ph值至10～11，得到混合溶液b；所述堿溶液為koh或k2co3溶液；
（4）將混合溶液b進(jìn)行離心分離5min得到沉淀，在所得沉淀中加入蒸餾水并進(jìn)行超聲分散10min，然后再進(jìn)行離心分離3min，照本步驟前述操作反復(fù)進(jìn)行，直至洗滌液為中性，得到沉淀c；
（5）在所得沉淀c中加入乙醇，并進(jìn)行超聲分散10min，然后再進(jìn)行離心分離5min，照本步驟前述操作反復(fù)3次，得到沉淀d；
（6）將沉淀d于100℃條件下烘干18h，然后，將烘干物打碎成顆粒狀，即得水滑石前驅(qū)體e；
（7）將前驅(qū)體e置于加熱裝置中，以10℃?min-1的升溫速率加熱至400℃保溫2h，再以6℃?min-1的升溫速率繼續(xù)加熱至900℃保溫5h，然后，自然冷卻至室溫，即得人造水滑石；該方法生產(chǎn)周期短，效率高，成本低，所得人造水滑石純度高，粒徑平均。
對(duì)于上述的回收利用裝置，所述凹凸棒石為改性凹凸棒石，由以下步驟制成：
將凹凸棒石用去離子水浸沒，并加入適量的nacl，混合均勻后，進(jìn)行超聲處理5分鐘，超聲波頻率為65khz，然后過濾、烘干，得到改性凹凸棒石；所述凹凸棒石、去離子水、nacl之間的重量比為1：5：0.04。
利用上述回收利用裝置處理造紙濃白水的方法，包括以下步驟：
（1）將造紙產(chǎn)生的濃白水緩慢注入塔體，調(diào)節(jié)塔內(nèi)條件為40～43℃、ph值5～6，設(shè)定停留時(shí)間為15小時(shí)；
（2）上層清水用來洗滌造紙毛毯和成形網(wǎng)；底部濃水送至制漿打漿；上層清水和底部濃水之間的流量比為1.5:1。
對(duì)于上述的處理方法，所述混合菌活菌量為每ml濃白水（3.2～4.0）×104個(gè)；所述吸附層用量為塔體內(nèi)濃白水重量的15%。
本發(fā)明的積極有益效果：
本發(fā)明采用吸附和分解兩種途徑，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，連續(xù)進(jìn)行；且其原材料均可持續(xù)使用，成本低廉，處理效果好。按照目前的廢水處理價(jià)格5.5元/噸計(jì)算，采用本發(fā)明技術(shù)以后，上規(guī)模造紙企業(yè)每年可節(jié)約100萬元以上，再加上濃白水中的纖維和化工原料的循環(huán)利用，使造紙生產(chǎn)成本降低，生產(chǎn)指標(biāo)顯著提高。自改造使用后，由原來噸紙耗水15立方米降到現(xiàn)在的噸紙不超過3立方米。
（1）本發(fā)明所用改性凹凸棒石具有層狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部密布平行的鏈條及通道，部份粒子可直接被吸附進(jìn)孔道中；本發(fā)明在凹凸棒石改性過程中通過高頻超聲波的空化作用，產(chǎn)生劇烈能量，不僅能將鈉離子送入凹凸棒石的內(nèi)部通道（鈉離子化），還能除去凹凸棒石表面粘著成分，避免后序操作給白水中帶入新的雜質(zhì)；凹凸棒石經(jīng)鈉鹽活化改性后，鈉離子同時(shí)充當(dāng)了平衡硅氧四面體上負(fù)電荷的作用，由于鈉離子電價(jià)低、半徑大，與結(jié)構(gòu)單元之間的作用力較弱，從而使凹凸棒石層狀結(jié)構(gòu)間的陽離子具有可交換性，另外由于在層間容積的作用下易分散、剝離，又使凹凸棒石具有更大的表面積，這種帶電性和巨大的比表面積使改性后的凹凸棒石具有較強(qiáng)的吸附能力和陽離子交換能力，可顯著提高對(duì)濃白水中有色污染物（金屬離子）吸附能力，提高回收纖維的白度。
（2）本發(fā)明改性凹凸棒石作為一種分子篩，其對(duì)物質(zhì)的吸附來源于物理吸附（范德華力），其晶體孔穴內(nèi)部有很強(qiáng)的極性和庫侖場(chǎng)，對(duì)極性分子（如水）和不飽和分子表現(xiàn)出強(qiáng)烈的吸附能力；另外，由于孔徑分布非常均一，使其呈現(xiàn)篩分功能，只有分子直徑小于其孔徑的物質(zhì)才可能進(jìn)入其晶穴內(nèi)部，只有分子直徑略小于其孔徑的物質(zhì)才能較穩(wěn)定地存留于其晶穴內(nèi)部，作為分子直徑較小的水不能穩(wěn)定存留，而明顯較大的有機(jī)污染物（如偶氮系、酞青系染料）分子體型匹配，形成了穩(wěn)定吸附，即達(dá)到物質(zhì)交換與晶穴孔徑的高度匹配。
（3）另外，封閉循環(huán)中濃白水的細(xì)小纖維會(huì)受到污染，質(zhì)量會(huì)不斷惡化，該過程被稱為細(xì)小纖維的老化，循環(huán)的細(xì)小纖維顏色逐漸暗化，是成紙紙張白度降低，相對(duì)于新產(chǎn)生的細(xì)小纖維來說，多次循環(huán)后的細(xì)小纖維強(qiáng)度貢獻(xiàn)小，這個(gè)過程主要是有色污染物的吸附造成的。而本發(fā)明改性凹凸棒石能增加與細(xì)小纖維的摩擦效果（由于凹凸棒石表面多孔穴，且凹凸不平），使有色粒子進(jìn)一步脫離纖維表面，提高細(xì)小纖維白度及強(qiáng)度貢獻(xiàn)度。
（4）本發(fā)明所用凹凸棒石可重復(fù)回收利用，與人造水滑石一同定期清理回收并進(jìn)行篩分后，超聲分散清洗即可，通過改性，摒棄其粒徑不一、表面易碎、易膠體化等不利因素，形成一種承載性良好的專用吸附材料，針對(duì)性匹配濃白水脫色、返白。
（5）濃白水中的陰離子垃圾主要由帶陰電荷的溶解物質(zhì)（ds）和膠體物質(zhì)（cs）組成，其中危害最大的包括半纖維素、果膠酸、氧化木素、粘性膠體，本發(fā)明采用黑曲霉培養(yǎng)方式，既消耗了濃白水中的cod養(yǎng)分，又生產(chǎn)出了多種代謝酶，降解陰離子垃圾。
（6）水滑石由帶正電荷層和層間帶負(fù)電的陰離子以及水分子組成的層狀結(jié)構(gòu)化合物，其層間主體多由兩種的金屬氫氧化物構(gòu)成，又稱為層狀雙金屬氫氧化物；本發(fā)明人造水滑石為水滑石前驅(qū)體經(jīng)煅燒而成，其中的層板金屬離子具有同晶替代性，可對(duì)特種污染物進(jìn)行針對(duì)性吸附，其層間陰離子具有可交換性，可吸附價(jià)態(tài)低、離子半徑大的陰離子垃圾，以恢復(fù)其層狀結(jié)構(gòu)，恢復(fù)后的水滑石與改性凹凸棒石一同定期清理回收并進(jìn)行篩分后，又可循環(huán)煅燒，循環(huán)吸附。
（7）本發(fā)明酶處理層的黑曲霉和酵母菌可以利用造紙白水中的不同營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（無機(jī)鹽、脂肪類、低聚糖果膠類物質(zhì)）代謝出果膠酶、木聚糖酶和纖維素酶，而白水中含有大量細(xì)小纖維和膠體物質(zhì)是cod的主要貢獻(xiàn)者，經(jīng)本發(fā)明混合菌培養(yǎng)處理后，其產(chǎn)生的生物酶能有效分解不飽和脂肪酸、低聚糖果膠類物質(zhì)，可阻斷陰離子垃圾的不斷富集，防止化學(xué)環(huán)境惡化，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
附圖說明
圖1為本發(fā)明造紙濃白水回收利用裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中1為塔體，2為濃白水入口，3為下層濃水出口，4為上層清水出口，5為吸附架，6為吸附層，7為酶處理架，8為酶處理層，9為溫度控制單元。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例來說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但以下實(shí)施例只是用來詳細(xì)說明本發(fā)明，并不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。下述實(shí)施例中所涉及的原材料如無特別說明均為市售，所涉及的檢測(cè)方法如無特別說明均為常規(guī)方法。
實(shí)施例1
一種造紙濃白水的回收利用裝置，包括塔體、酶處理層和吸附層，所述酶處理層設(shè)置在塔體中部，為接種有混合菌的培養(yǎng)基，所述混合菌為活菌個(gè)數(shù)比為1:1.2的黑曲霉和酵母菌；所述吸附層設(shè)置在塔體下部，包括20wt%的凹凸棒石和80wt%的水滑石。所述酶處理層和吸附層外均有濾網(wǎng)包裹，且所述酶處理層下部設(shè)有酶處理架，以支撐酶處理層，所述吸附層下部設(shè)有吸附架，以支撐吸附層。位于所述酶處理層處的塔體內(nèi)壁上設(shè)有溫度控制單元。所述塔體頂部設(shè)有濃白水入口，其側(cè)壁上部設(shè)有上層清水出口，其底部設(shè)有下層濃水出口；所述濃白水入口設(shè)有濃白水管道，該濃白水管道的出口位于上層清水出口下部，并位于吸附層上部。所述培養(yǎng)基為沙氏培養(yǎng)基，所述混合菌的活菌接種量為（1.5~1.6）×106個(gè)/g。所述凹凸棒石粒徑為50～80μm，所述水滑石粒徑為100～150μm。
實(shí)施例2
一種造紙濃白水的回收利用裝置，除以下部分以外，與實(shí)施例1相同：
所述水滑石為人造水滑石，由以下步驟制成：
（1）稱取一定量的al(no3)3?9h2o和mg(no3)2?6h2o，分別加入蒸餾水中充分溶解，各配制成濃度為1.0mol?l-1的溶液；
（2）將所得溶液按體積比1:2加入容器中混合，并進(jìn)行超聲分散5min后，得到混合溶液a；
（3）將混合溶液a持續(xù)進(jìn)行攪拌和超聲分散30min，同時(shí)滴加堿溶液，調(diào)節(jié)混合溶液ph值至10～11，得到混合溶液b；所述堿溶液為koh或k2co3溶液；
（4）將混合溶液b進(jìn)行離心分離5min得到沉淀，在所得沉淀中加入蒸餾水并進(jìn)行超聲分散10min，然后再進(jìn)行離心分離3min，照本步驟前述操作反復(fù)進(jìn)行，直至洗滌液為中性，得到沉淀c；
（5）在所得沉淀c中加入乙醇，并進(jìn)行超聲分散10min，然后再進(jìn)行離心分離5min，照本步驟前述操作反復(fù)3次，得到沉淀d；
（6）將沉淀d于100℃條件下烘干18h，然后，將烘干物打碎成顆粒狀，即得水滑石前驅(qū)體e；
（7）將前驅(qū)體e置于加熱裝置中，以10℃?min-1的升溫速率加熱至400℃保溫2h，再以6℃?min-1的升溫速率繼續(xù)加熱至900℃保溫5h，然后，自然冷卻至室溫，即得人造水滑石；該方法生產(chǎn)周期短，效率高，成本低，所得人造水滑石純度高，粒徑平均，分布100～150μm。
實(shí)施例3
一種造紙濃白水的回收利用裝置，除以下部分以外，與實(shí)施例1相同：
所述凹凸棒石為改性凹凸棒石，由以下步驟制成：
將凹凸棒石用去離子水浸沒，并加入適量的nacl，混合均勻后，進(jìn)行超聲處理5分鐘，超聲波頻率為65khz，然后過濾、烘干，得到改性凹凸棒石；所述凹凸棒石、去離子水、nacl之間的重量比為1：5：0.04。
實(shí)施例4
一種造紙濃白水的回收利用裝置，除以下部分以外，與實(shí)施例2相同：
所述凹凸棒石為改性凹凸棒石，由以下步驟制成：
將凹凸棒石用去離子水浸沒，并加入適量的nacl，混合均勻后，進(jìn)行超聲處理5分鐘，超聲波頻率為65khz，然后過濾、烘干，得到改性凹凸棒石；所述凹凸棒石、去離子水、nacl之間的重量比為1：5：0.04。
實(shí)施例5
一種造紙濃白水的回收利用裝置，除以下部分以外，與實(shí)施例4相同：
所述混合菌為活菌個(gè)數(shù)比為1:1.5的黑曲霉和酵母菌，所述吸附層設(shè)置在塔體下部，包括30wt%的凹凸棒石和70wt%的水滑石。
實(shí)施例6
利用實(shí)施例1回收利用裝置處理造紙濃白水的方法，包括以下步驟：
（1）將造紙產(chǎn)生的濃白水緩慢注入塔體，調(diào)節(jié)塔內(nèi)條件為40～43℃、ph值5～6，設(shè)定停留時(shí)間為15小時(shí)；
（2）上層清水用來洗滌造紙毛毯和成形網(wǎng)；底部濃水送至制漿打漿；上層清水和底部濃水之間的流量比為1.5:1。所述混合菌活菌量為每ml濃白水3.5×104個(gè)；所述吸附層用量為塔體內(nèi)濃白水重量的15%。濃白水處理效果見表1。
表1實(shí)施例6濃白水處理效果
實(shí)施例7
利用實(shí)施例2處理造紙濃白水的方法，具體步驟與實(shí)施例6相同。濃白水處理效果見表2。
表2實(shí)施例7濃白水處理效果
實(shí)施例8
利用實(shí)施例3處理造紙濃白水的方法，具體步驟與實(shí)施例6相同。濃白水處理效果見表3。
表3實(shí)施例8濃白水處理效果
實(shí)施例9
利用實(shí)施例4處理造紙濃白水的方法，具體步驟與實(shí)施例6相同。濃白水處理效果見表4。
表4實(shí)施例9濃白水處理效果
實(shí)施例10
利用實(shí)施例5處理造紙濃白水的方法，具體步驟與實(shí)施例6相同。濃白水處理效果見表5。
表5實(shí)施例10濃白水處理效果
對(duì)以上實(shí)施例6～10白水處理效果分析：混合菌在濃白水中不斷生長(zhǎng)，消耗其中的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，使cod顯著下降，同時(shí)代謝產(chǎn)生的各種酶類又將白水中的陰離子垃圾降解成小分子，小分子再被混合菌生長(zhǎng)利用，如此形成良性循環(huán)。隨著混合菌的培養(yǎng)，膠體類物質(zhì)不斷的被果膠酶等分解成小分子物質(zhì)，在膠體類物質(zhì)是陰離子垃圾的主要貢獻(xiàn)者，陰離子垃圾不斷減少，同時(shí)其陽離子需求不斷下降，減少對(duì)昂貴的陽離子化學(xué)助劑的消耗。
分別繼續(xù)將實(shí)施例6～10用于濃白水封閉循環(huán)，并將所得紙漿在標(biāo)準(zhǔn)紙頁成型器上抄片(定量為200g/m2)，測(cè)白度及撕裂指數(shù)、耐破指數(shù)。白度根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)gb8940.1，采用數(shù)字白度儀yq-z-48b測(cè)定，裂斷長(zhǎng)采用裂斷長(zhǎng)測(cè)試儀zb-wl100進(jìn)行測(cè)試，抗張指數(shù)采用抗張強(qiáng)度測(cè)定儀rh-k300進(jìn)行測(cè)試，撕裂指數(shù)采用撕裂度儀zse-1000進(jìn)行測(cè)試，耐破指數(shù)采用耐破度儀rh-p1200進(jìn)行測(cè)試。具體測(cè)試結(jié)果見表6：
表6各實(shí)施例相關(guān)測(cè)試結(jié)果對(duì)比
本發(fā)明并不局限于上述具體實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可據(jù)此做出多種變化，但任何與本發(fā)明等同或者類似的變化都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求的范圍內(nèi)。