一種去除造紙廢水中纖維素的處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種去除造紙廢水中纖維素的處理方法，廢水依次通過集水井、粗格柵、一次沉淀池、pH值調節(jié)池、超聲波催化交聯?纖維素壓濾分離系統(tǒng)、曝氣池、生物氧化濾池、二次沉淀池、凈水池進行處理。本發(fā)明創(chuàng)造性的利用了纖維素在某些弱酸物質存在下會發(fā)生交聯反應的特性，選用檸檬酸作為交聯劑，并選用檸檬酸三鈉作為催化劑，將其投加進含有大量天然纖維素的造紙廢水中并使其充分混合，再通過超聲波的催化活化作用，使檸檬酸與天然纖維素發(fā)生環(huán)酐?酯化反應，生成一種具備空間化學交聯結構的纖維素凝膠物質。該物質不溶于水并具有絮凝特性，實現同時去除造紙廢水中纖維素和COD的效果。
【專利說明】
一種去除造紙廢水中纖維素的處理方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種去除造紙廢水中纖維素的處理方法，屬于環(huán)境保護中的廢水處理領域。
【背景技術】
[0002]造紙工業(yè)是我國傳統(tǒng)的用水大戶，也是造成水污染的重要污染源之一。目前，我國造紙工業(yè)廢水排放量及⑶D排放量均居各類工業(yè)排放量的首位，造紙工業(yè)對水環(huán)境的污染最為嚴重，它不僅是我國造紙工業(yè)污染防治的首要問題，還是我國工業(yè)廢水進行達標處理的首要問題。據統(tǒng)計，我國縣及縣以上造紙及紙制品工業(yè)廢水排放量占全國工業(yè)總排放量的18.6%，其中處理排放達標量占造紙工業(yè)廢水總排放量的49.3%。造紙廢水產生于從備料到抄紙的各個工段，廢水種類多，所含污染物種類復雜，如不加以嚴格治理，它們都將會對環(huán)境產生嚴重的污染。若廢水不經處理直接排入江河中不僅嚴重污染水源，也會造成大量的資源浪費。
[0003]造紙工業(yè)生產分為兩個主要工藝階段，即制漿和抄紙。制漿是把植物原料中的纖維分離出來，制成漿料，再經漂白；抄紙則是把漿料稀釋、成型、壓榨、烘干、制成紙張。這兩項工藝都耗用大量的水，每生產I噸紙約需水100噸(木漿)至400噸(草漿)，其中大部分作為廢水排出。造紙廢水中含COD和懸浮物濃度很高。
[0004]制漿產生的廢水，污染最為嚴重。洗漿時排出廢水呈黑褐色，稱為黑液。每生產I噸紙漿，排出10波美度(10° Be7 )的黑液約10噸。黑液中的污染物濃度很高，BOD高達5000?40000mg/L，纖維總量有時高達產品總量15%以上。漂白工序排出的廢水中也含有酸、堿等物質。在抄紙工藝中，抄紙機前端排出的廢水，稱為白水，其中含有大量纖維和在生產過程中添加的填料和膠料，大多是有用物質。黑液和白水是造紙工業(yè)的主要廢水。
[0005]造紙廢水的另一大特點是其中含有大量的纖維素和木質素，其不溶于水和有機溶劑，并且很難被生物降解。目前，我國造紙工業(yè)中較常見的纖維素處理方法包括:撈漿工藝和厭氧酸化反應等。
[0006](I)撈漿工藝:
造紙廢水中所含有的大量纖維素，可以經回收后生產低檔紙箱板及包裝用紙。目前采用較多的撈漿方法是斜篩和纖維回收機，這兩種方法都是通過物理過濾方式，濾除廢水中較大體積的纖維素結塊，但難以過濾較小體積纖維素，對排水水質的總體改善貢獻不大。
[0007](2)厭氧酸化反應:
厭氧酸化反應是利用產甲烷菌等厭氧細菌的生物作用，通過對反應容器內溫度的控制，使厭氧細菌增殖并使廢水迅速得以酸化，對纖維素進行生物代謝，從而將之降解為小分子有機物和無機物。但此方法需要較為復雜的工藝流程，同時還需要較大的設備投資和占地面積，不適宜大范圍推廣使用。
[0008]目前，現有的處理造紙廢水中纖維素的方法存在技術路線單一、處理效果不理想、工藝和設備復雜、成本高、易造成二次污染等問題。因此，有必要擺脫現有的處理技術思路，開辟出處理造紙廢水中纖維素的新途徑，進而開發(fā)一種全新形式的造紙廢水中纖維素處理技術。

【發(fā)明內容】

[0009]為解決現有技術中存在的不足，本發(fā)明提供了一種去除造紙廢水中纖維素的處理方法，含有纖維素的造紙廢水通過廢水管線進入集水井，集水井的出口通過廢水管線連接粗格柵，在此去除廢水中的大直徑固體物質，粗格柵的出口通過廢水管線連接一次沉淀池，在此進一步去除廢水中的不溶物質，一次沉淀池的出口通過廢水管線連接pH值調節(jié)池，pH值調節(jié)池出水的pH值范圍為6.5?8.0，以滿足超聲波催化交聯-纖維素壓濾分離系統(tǒng)的入水PH值要求，pH值調節(jié)池的出口通過廢水管線連接超聲波催化交聯-纖維素壓濾分離系統(tǒng)，超聲波催化交聯-纖維素壓濾分離系統(tǒng)的出口通過廢水管線連接曝氣池，在此通過好氧曝氣過程對廢水中剩余的COD進行初步氧化分解處理，曝氣池的出口通過廢水管線連接生物氧化濾池，在此對廢水殘留的COD進行最后的深度凈化處理，生物氧化濾池的出口通過廢水管線連接二次沉淀池，在此將廢水中的剩余不溶物質全部除去，二次沉淀池8的出口通過廢水管線連接凈水池，凈水池的出口通過廢水管線將經過本系統(tǒng)處理后的凈化出水外排；
其中，超聲波催化交聯-纖維素壓濾分離系統(tǒng)由加藥預混區(qū)、超聲波催化交聯反應區(qū)和壓濾罐三部分組成，該系統(tǒng)最前端設有進水閥門，進水閥門通過管道連接至加藥預混區(qū)，該區(qū)域頂部設有3支加藥噴頭，中部安裝有I支攪拌槳葉，加藥預混區(qū)通過管道連接至超聲波催化交聯反應區(qū)，該區(qū)域并排安裝有6部超聲波發(fā)生器，超聲波催化交聯反應區(qū)通過管道連接至壓濾罐，其罐體采用不銹鋼材質，其頂部安裝有I套活塞式壓濾裝置，罐體下部左、右兩側分別裝有I支活塞限位器，活塞限位器下方左側安裝有I套電動推泥裝置，右側設有污泥排口，其下方安裝有I套不銹鋼細濾網，罐體最下端設有排水閥門；經過PH值調節(jié)處理后(處理后pH值為6.5?8.0 )的造紙廢水通過位于超聲波催化交聯-纖維素壓濾分離系統(tǒng)最前端的進水閥門進入本系統(tǒng)，廢水首先進入加藥預混區(qū)，此時，位于該區(qū)域頂部的3支加藥噴頭向廢水中添加檸檬酸與檸檬酸三鈉混合溶液，并在攪拌槳葉的攪拌下充分混合均勻，之后，廢水通過管道進入超聲波催化交聯反應區(qū)，此區(qū)域的管道直徑明顯變小，會使廢水的壓強顯著增大，同時，6部超聲波發(fā)生器開始工作，向管道內廢水發(fā)射特定頻率的超聲波，廢水在檸檬酸三鈉、較大壓強、以及超聲波的三重催化作用下，其中的纖維素會與檸檬酸發(fā)生環(huán)酐-酯化反應，生成一種具備空間化學交聯結構的纖維素凝膠物質，該物質不溶于水并具有絮凝特性，會在廢水中發(fā)生絮凝作用，吸附廢水中大量COD并形成懸濁物，其后隨廢水一同進入壓濾罐，當壓濾罐中蓄積足夠的廢水時，位于其頂部的活塞式壓濾裝置啟動，將罐體中廢水壓縮至活塞限位器位置，由于廢水中的纖維素凝膠物質體積較大，無法通過不銹鋼細濾網，壓濾過程中，會被截留在不銹鋼細濾網之上，而經過壓濾處理后的廢水，其COD含量顯著下降，通過不銹鋼細濾網及出水閥門排出壓濾罐，進入下一處理工序，同時，截留于不銹鋼細濾網之上的纖維素凝膠物質中吸附了廢水中大量C0D，經過壓濾脫水后，會形成半干狀污泥，通過位于罐體左下方的電動推泥裝置推動，從位于罐體右下方的污泥排口排出壓濾罐，經集中回收后另行處理;其中，PH值調節(jié)池的作用是將經過一次沉淀的廢水pH值調節(jié)至6.5?8.0，以滿足超聲波催化交聯-纖維素壓濾分離系統(tǒng)的入水pH值要求;其中，曝氣池的作用是通過好氧曝氣過程對廢水中剩余的COD進行初步氧化分解處理;其中，生物氧化濾池的作用是對廢水殘留的COD進行最后的深度凈化處理。
[0010]其中，超聲波催化交聯-纖維素壓濾分離系統(tǒng)，加藥噴頭的工作電壓為30V，噴射壓力范圍為10?35kg，其噴射的梓檬酸-梓檬酸三鈉混合溶液中，朽1檬酸的含量為18.3%，梓檬酸三鈉的含量為1.7%。
[0011]其中，超聲波催化交聯-纖維素壓濾分離系統(tǒng)的超聲波發(fā)生器的工作電壓為30V，能夠發(fā)出頻率范圍為25500?28200Hz的超聲波，其使用壽命大于llOOOh。
[0012]其中，超聲波催化交聯-纖維素壓濾分離系統(tǒng)，壓濾罐的有效容積為320m3，活塞式壓濾裝置的工作電壓為380V，額定功率為3.5kW。
[0013]通過本系統(tǒng)處理后的廢水，其纖維素的去除效率可達97.8%。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
(I)本發(fā)明擺脫了現有的造紙廢水中纖維素處理技術思路，創(chuàng)造性的利用了纖維素在某些弱酸物質存在下會發(fā)生交聯反應的特性，使用適當的交聯反應藥劑和催化劑，并利用了超聲波的催化活化作用，使纖維素發(fā)生環(huán)酐-酯化反應，生成一種不溶于水并具有絮凝特性的纖維素凝膠物質，再通過壓濾操作，即可有效去除廢水中的纖維素，其處理效率可達到97.8%o
[0015](2)由于纖維素交聯反應生成的凝膠物質具有絮凝特性，其在反應生成之時即可與廢水中所含的COD發(fā)生絮凝沉淀反應，使廢水中的COD含量顯著降低，實現了同時去除造紙廢水中纖維素和COD的效果，大大節(jié)約了廢水的后續(xù)處理成本。
[0016](3)本發(fā)明采用檸檬酸作為交聯劑，采用檸檬酸三鈉作為催化劑，兩種試劑均無毒無害，從而消除了引入新的、危害更大的污染物的風險。
[0017](4)本發(fā)明原理簡單易行，設計施工成本較低，并且處理效果較好，運行維護成本很低，有利于大范圍推廣應用。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的設備示意圖。
[0019]圖中:1-集水井、2-粗格柵、3-—次沉淀池、4-pH值調節(jié)池、5_超聲波催化交聯-纖維素壓濾分離系統(tǒng)、6-曝氣池、7-生物氧化濾池、8-二次沉淀池、9-凈水池
圖2是超聲波催化交聯-纖維素壓濾分離系統(tǒng)的示意圖。
[0020]51-進水閥門、52-加藥噴頭、53-攪拌槳葉、54-超聲波發(fā)生器、55-活塞式壓濾裝置、56-活塞限位器、57-電動推泥裝置、58-不銹鋼細濾網、59-污泥排口、510-排水閥門。
【具體實施方式】
[0021 ]如圖1所示，去除造紙廢水中纖維素的處理方法，含有纖維素的造紙廢水通過廢水管線進入集水井I，在此進行集中收集和初步穩(wěn)定調節(jié)，集水井I的出口通過廢水管線連接粗格柵2，在此去除廢水中的大直徑固體物質，粗格柵2的出口通過廢水管線連接一次沉淀池3，在此進一步去除廢水中的不溶物質，一次沉淀池3的出口通過廢水管線連接pH值調節(jié)池4，廢水在此進行pH值的精確調節(jié)，pH值調節(jié)池4出水的pH值范圍為6.5-8.0,以滿足超聲波催化交聯-纖維素壓濾分離系統(tǒng)5的入水pH值要求，pH值調節(jié)池4的出口通過廢水管線連接超聲波催化交聯-纖維素壓濾分離系統(tǒng)5，超聲波催化交聯-纖維素壓濾分離系統(tǒng)5的出口通過廢水管線連接曝氣池6，在此通過好氧曝氣過程對廢水中剩余的COD進行初步氧化分解處理，曝氣池6的出口通過廢水管線連接生物氧化濾池7，在此對廢水殘留的COD進行最后的深度凈化處理，生物氧化濾池7的出口通過廢水管線連接二次沉淀池8，在此將廢水中的剩余不溶物質全部除去，二次沉淀池8的出口通過廢水管線連接凈水池9，凈水池9的出口通過廢水管線將經過本系統(tǒng)處理后的凈化出水外排;其中，超聲波催化交聯-纖維素壓濾分離系統(tǒng)5由加藥預混區(qū)、超聲波催化交聯反應區(qū)和壓濾罐三部分組成，該系統(tǒng)最前端設有進水閥門51，進水閥門51通過管道連接至加藥預混區(qū)，該區(qū)域頂部設有3支加藥噴頭52，中部安裝有I支攪拌槳葉53，加藥預混區(qū)通過管道連接至超聲波催化交聯反應區(qū)，該區(qū)域并排安裝有6部超聲波發(fā)生器54，超聲波催化交聯反應區(qū)通過管道連接至壓濾罐，其罐體采用不銹鋼材質，其頂部安裝有I套活塞式壓濾裝置55，罐體下部左、右兩側分別裝有I支活塞限位器56，活塞限位器56下方左側安裝有I套電動推泥裝置57，右側設有污泥排口 59，其下方安裝有I套不銹鋼細濾網58，罐體最下端設有排水閥門510;經過pH值調節(jié)處理后(處理后pH值為6.5?8.0)的造紙廢水通過位于超聲波催化交聯-纖維素壓濾分離系統(tǒng)5最前端的進水閥門51進入本系統(tǒng)，廢水首先進入加藥預混區(qū)，此時，位于該區(qū)域頂部的3支加藥噴頭52向廢水中添加檸檬酸與檸檬酸三鈉混合溶液，并在攪拌槳葉53的攪拌下充分混合均勻，之后，廢水通過管道進入超聲波催化交聯反應區(qū)，此區(qū)域的管道直徑明顯變小，會使廢水的壓強顯著增大，同時，6部超聲波發(fā)生器54開始工作，向管道內廢水發(fā)射特定頻率的超聲波，廢水在檸檬酸三鈉、較大壓強、以及超聲波的三重催化作用下，其中的纖維素會與檸檬酸發(fā)生環(huán)酐-酯化反應，生成一種具備空間化學交聯結構的纖維素凝膠物質，該物質不溶于水并具有絮凝特性，會在廢水中發(fā)生絮凝作用，吸附廢水中大量COD并形成懸濁物，其后隨廢水一同進入壓濾罐，當壓濾罐中蓄積足夠的廢水時，位于其頂部的活塞式壓濾裝置55啟動，將罐體中廢水壓縮至活塞限位器56位置，由于廢水中的纖維素凝膠物質體積較大，無法通過不銹鋼細濾網58，壓濾過程中，會被截留在不銹鋼細濾網58之上，而經過壓濾處理后的廢水，其COD含量顯著下降，通過不銹鋼細濾網58及出水閥門510排出壓濾罐，進入下一處理工序，同時，截留于不銹鋼細濾網58之上的纖維素凝膠物質中吸附了廢水中大量C0D，經過壓濾脫水后，會形成半干狀污泥，通過位于罐體左下方的電動推泥裝置57推動，從位于罐體右下方的污泥排口 59排出壓濾罐，經集中回收后另行處理;其中，pH值調節(jié)池4的作用是將經過一次沉淀的廢水PH值調節(jié)至6.5?8.0，以滿足超聲波催化交聯-纖維素壓濾分離系統(tǒng)5的入水pH值要求；其中，曝氣池6的作用是通過好氧曝氣過程對廢水中剩余的COD進行初步氧化分解處理;其中，生物氧化濾池7的作用是對廢水殘留的COD進行最后的深度凈化處理，其中，超聲波催化交聯-纖維素壓濾分離系統(tǒng)5，其加藥噴頭52的工作電壓為30V，噴射壓力范圍為10~35kg，其噴射的梓檬酸-梓檬酸三鈉混合溶液中，朽1檬酸的含量為18.3 %，梓檬酸三鈉的含量為1.7 %;其中，超聲波催化交聯-纖維素壓濾分離系統(tǒng)5，其超聲波發(fā)生器54的工作電壓為30V，能夠發(fā)出頻率范圍為25500?28200Hz的超聲波，其使用壽命大于IlOOOh;其中，超聲波催化交聯-纖維素壓濾分離系統(tǒng)5，其壓濾罐的有效容積為320m3，其活塞式壓濾裝置55的工作電壓為380V，額定功率為3.5kW。
[0022 ]通過本系統(tǒng)處理后的廢水，其纖維素的去除效率可達97.8%。
【主權項】
1.一種去除造紙廢水中纖維素的處理方法，其特征在于，含有纖維素的造紙廢水通過廢水管線進入集水井，集水井的出口通過廢水管線連接粗格柵，在此去除廢水中的大直徑固體物質，粗格柵的出口通過廢水管線連接一次沉淀池，在此進一步去除廢水中的不溶物質，一次沉淀池的出口通過廢水管線連接pH值調節(jié)池，pH值調節(jié)池出水的pH值范圍約為6.5-8.0,以滿足超聲波催化交聯-纖維素壓濾分離系統(tǒng)的入水pH值要求，pH值調節(jié)池的出口通過廢水管線連接超聲波催化交聯-纖維素壓濾分離系統(tǒng)，超聲波催化交聯-纖維素壓濾分離系統(tǒng)的出口通過廢水管線連接曝氣池，在此通過好氧曝氣過程對廢水中剩余的COD進行初步氧化分解處理，曝氣池的出口通過廢水管線連接生物氧化濾池，在此對廢水殘留的COD進行最后的深度凈化處理，生物氧化濾池的出口通過廢水管線連接二次沉淀池，在此將廢水中的剩余不溶物質全部除去，二次沉淀池8的出口通過廢水管線連接凈水池。2.根據權利要求1所述的處理方法，其中，超聲波催化交聯-纖維素壓濾分離系統(tǒng)由加藥預混區(qū)、超聲波催化交聯反應區(qū)和壓濾罐三部分組成，最前端設有進水閥門，進水閥門通過管道連接至加藥預混區(qū)，該區(qū)域頂部設有3支加藥噴頭，中部安裝有I支攪拌槳葉，加藥預混區(qū)通過管道連接至超聲波催化交聯反應區(qū)，該區(qū)域并排安裝有6部超聲波發(fā)生器，超聲波催化交聯反應區(qū)通過管道連接至壓濾罐，其頂部安裝有I套活塞式壓濾裝置，罐體下部左、右兩側分別裝有I支活塞限位器，活塞限位器下方左側安裝有I套電動推泥裝置，右側設有污泥排口，其下方安裝有I套不銹鋼細濾網，罐體最下端設有排水閥門。3.根據權利要求1所述的處理方法，其特征在于，經過pH值調節(jié)處理后(處理后pH值為6.5?8.0)的造紙廢水通過位于超聲波催化交聯-纖維素壓濾分離系統(tǒng)最前端的進水閥門進入本系統(tǒng)，廢水首先進入加藥預混區(qū)，此時位于該區(qū)域頂部的3支加藥噴頭向廢水中添加檸檬酸與檸檬酸三鈉混合溶液，并在攪拌槳葉的攪拌下充分混合均勻，之后廢水通過管道進入超聲波催化交聯反應區(qū)，此區(qū)域的管道直徑明顯變小，會使廢水的壓強顯著增大，同時6部超聲波發(fā)生器開始工作，向管道內廢水發(fā)射特定頻率的超聲波，廢水在檸檬酸三鈉、較大壓強以及超聲波的三重催化作用下，其中的纖維素會與檸檬酸發(fā)生環(huán)酐-酯化反應，生成一種具備空間化學交聯結構的纖維素凝膠物質，該物質不溶于水并具有絮凝特性，會在廢水中發(fā)生絮凝作用，吸附廢水中大量COD并形成懸濁物，其后隨廢水一同進入壓濾罐，當壓濾罐中蓄積足夠的廢水時，位于其頂部的活塞式壓濾裝置啟動，將罐體中廢水壓縮至活塞限位器位置，由于廢水中的纖維素凝膠物質體積較大，無法通過不銹鋼細濾網，壓濾過程中，會被截留在不銹鋼細濾網之上，而經過壓濾處理后的廢水，其COD含量顯著下降，通過不銹鋼細濾網及出水閥門排出壓濾罐，進入下一處理工序，同時截留于不銹鋼細濾網之上的纖維素凝膠物質中吸附了廢水中大量C0D，經過壓濾脫水后，會形成半干狀污泥，通過位于罐體左下方的電動推泥裝置推動，從位于罐體右下方的污泥排口排出壓濾罐，經集中回收后另行處理。4.根據權利要求1所述的處理方法，其特征在于，超聲波催化交聯-纖維素壓濾分離系統(tǒng)的加藥噴頭的工作電壓為30V，噴射壓力范圍約為10~35kg，其噴射的檸檬酸-檸檬酸三鈉混合溶液中，梓檬酸的質量含量為18.3%，梓檬酸三鈉的質量含量為1.7%。5.根據權利要求1所述的處理方法，其特征在于，壓濾罐的有效容積為320m3，活塞式壓濾裝置的工作電壓為380V，額定功率為3.5kW。
【文檔編號】C02F9/14GK106007230SQ201610570602
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月20日
【發(fā)明人】張哲夫
【申請人】張哲夫