造纸黑液的处理方法及其处理设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种造纸废水的处理方法及设备，且特别是有关于一种以膜分离技术来回收碱水及浓缩黑液再利用，且能够使膜孔不易堵塞，而能有效降低操作成本的造纸黑液的处理方法及其处理设备。
【背景技术】
[0002]在造纸制浆过程中，原料在添加石灰或烧碱等药物进行蒸煮之后，只取其中有用的纤维以制成浆料，而剩余的木质素、半纤维素和烧碱，则形成色深且具恶臭的废液被抛弃，这种化学制浆所产生的蒸煮废液即“黑液”。
[0003]黑液是造纸工业废水的主要污染源之一，所产生的COD、BOD占制浆总过程污染物总量的90%以上，而黑液中70%的固体物为有机物，包括木质素、聚糖类、腐殖酸和纤维素降解产物等，而30%的固体物为无机物，包括游离的钠盐(碱)和含硅的化合物等。
[0004]以往对于造纸黑液的处理主要有碱回收法、酸析法、膜分离法、絮凝沉淀法以及生物处理法。
[0005]碱回收法是将黑液透过蒸发器来脱水，以产生浓缩黑液，由于浓缩黑液中仍存在着高比例的木质素与半纤维素，所以，只能通过碱炉进行焚烧，以将木质素等可燃物烧除，这时产生的灰烬主要成份为含碱的碳酸纳(Na2CO3),然后加水溶融后，形成含少量铁离子的绿液，接着再加入消石灰进行苛化，以生成碱水(NaOH)，最后再回到纸浆蒸煮的生产流程中利用。
[0006]由于碱回收法须先以蒸发器来进行脱水，而蒸发器又是以燃烧煤碳为动力，目前平均一吨的黑液至少需要120公斤的煤碳进行脱水处理，所以运行的费用高，对于中小规模的制浆厂很难适用，而且，燃烧过程也烧掉了许多有利用价值的有机物(如木质素、松节油、皂化物)，显然不是一种经济有效的处理方式。
[0007]酸析法的原理是在黑液中加入酸进行产酸发酵，以使木质素沉淀析出。根据木质素在酸性条件下可以从黑液中析出的原理，在黑液中透过CO2或盐酸、硫酸中和，以调节黑液的PH值至5以下，使木质素析出，并使木质素脱去纳，再经过沉淀和机械脱水，即可分离得到木质素。采用酸析法来脱出造纸黑液中的木质素，虽然可以有效地去除黑液中的有机污染物，降低污染物负荷，但是这种方法需要消耗大量的酸，相对的就需要使用耐酸设备，也会产生二次污染问题，所以使用上仍然受到一定的限制。
[0008]除了以酸析法来析出木质素之外，木质素的分离也可以通过添加各种药剂进行沉淀、絮凝，加上活性污泥曝气或厌氧发酵等生物处理技术等方式来达成，但这类技术投资也较大，且占地面积很大，处理时间长、运行费用高，对于污染治理效果也不是很理想。
[0009]此外，尚有采用膜分离法(Membrane Separat1n)来回收造纸黑液中的木质素,其方法是在一定的操作压力下，通过滤膜来截留黑液中的木质素及固形物，因此可以大幅降低放流液中的COD与BOD值，所以膜分离法具有高分离效能、相对低成本，以及占地面积小的优点，但是，因为黑液中固形物的含量高、黏度大，如果没有良好的前处理或操作条件，滤液流通量便会很快地衰减而产生浓度极化现象，造成滤膜表面严重结垢，甚至堵塞，严重时不得不停下来清洗，甚至只能换装新的滤膜，如此一来，既降低了木质素的回收效能，且增加成本又影响生产，目前虽已有学者针对膜容易堵塞的问题进行了相关的研究与改进，但都只是通过对膜的逆洗、改进操作压力、采用浓度不同的黑液或膜材料来实验，企图减少膜的结垢，但效果仍极为有限，所以，国内至今仍没有采用膜分离法来处理造纸黑液的实厂。
[0010]因此，针对造纸黑液采用膜分离技术所衍生的膜易污堵问题，如何寻求有效的膜清洗手段，以延长膜使用寿命、降低生产成本，一直是目前相关产业所迫切努力的目标。
【发明内容】
[0011]因此本发明所提供的一种造纸黑液的处理方法，是在进行膜分离过滤时，透过曝气扰动、膜旋转时的刷洗剪力，以及定时刮膜三种方式，来降低滤膜表面固形物的堆积与吸附，使得滤膜不容易产生堵塞，以延长滤膜的使用周期、降低成本，并且使后续的精滤处理能顺利地进行，符合环保回收效益。
[0012]本发明的另一目的，是在提供一种能够有效降低膜堵塞，以延长膜操作寿命，且能增加处理效率的造纸黑液的处理设备。
[0013]为达上述目的，本发明的解决方案是:
本发明所提出的一种造纸黑液的处理方法，包含以下步骤:步骤(A):将经过化学蒸煮后所排放出的废弃黑液引取至一处理槽中，该处理槽中设有至少一旋转式的圆型平板膜单元。步骤(B):对引入该处理槽内的黑液进行曝气浮除处理，以截除黑液中较大分子的短纤维与固形物。步骤(C):以真空压力差为驱动力，使黑液通过该圆型平板膜单元的超滤膜来进行固液分离，让黑液中的有机质固形物被截留在处理槽中，而通过超滤膜的渗透液则成为处理水。步骤(D):在该圆型平板膜旋转的同时，定时地对滤膜表面的黏着物层施以刮动，以降低滤膜表面固形物、胶体的堆积与吸附，进而防止滤膜表面产生结垢。步骤(E):将通过超滤膜的处理水再经过一纳滤膜的浓缩处理，以获得可供蒸煮制浆再利用的碱水，及含有高浓度木质素的可回收浓缩黑液。
[0014]依照上述本发明所述的造纸黑液的处理方法，其中，在步骤(B)中，是同步地对该处理槽内的圆型平板膜单元进行旋转动作，利用旋转剪切流，以提供对超滤膜的刷洗剪力。
[0015]依照上述本发明所述的造纸黑液的处理方法，其中，在步骤(E)之后，对通过纳滤浓缩处理的过滤液进行一逆透膜处理，使透析过逆渗透膜的过滤液能成为符合排放标准的排放水。
[0016]依照上述本发明所述的造纸黑液的处理方法，其中，在对过滤液进行逆透膜处理之前，更具有对过滤液进行热交换处理，以降低液温对逆透膜的影响。
[0017]依照上述本发明所述的造纸黑液的处理方法，其中，在步骤(B)中，共具有两段超滤膜分离的处理程序，设置在前段的超滤膜是以真空压力差为驱动力，而设置在后段的超滤膜则是以正压驱动水体进行膜过滤流程。
[0018]本发明所提出的一种造纸黑液的处理设备，包含有一处理槽、至少一旋转式圆型平板膜单元、一超滤产水槽、一刮膜单元及一纳滤膜单元。该处理槽，为一开放式的槽体，用以盛置制浆废弃黑液。该旋转式圆型平板膜单元，采卧式结构而浸入在该处理槽内，其上有多数个等间隔设置的圆形平板状的超滤膜，该等超滤膜中央水密地的轴接有一产水管，该产水管是受一动力单元的驱动而转动，并借由真空压力差为驱动力，促使黑液中的水体透过超滤膜，而形成处理水被泵送入该产水管。该超滤产水槽，接设在该圆型平板膜单元后方，且与该产水管连通，以汇集透析过超滤膜的处理水。该刮膜单元，包含多个枢设在前述超滤膜之间的转动盘、多个设在该转动盘上的刷体以及多个对应前述刷体的挡杆，且前述刷体是与超滤膜表面形成微接触，当超滤膜随着产水管转动时，刷体是受到挡杆的阻滞，而形成对超滤膜表面刮动的作用。该纳滤膜单元，接设在该超滤产水槽的后方，以将通过超滤膜的处理水进一步地分离为回收碱水及浓缩黑液。
[0019]依照上述本发明所述的造纸黑液的处理设备，更包含有一正压式的后段超滤膜单元，该后段超滤膜单元是接设在该圆型平板膜单元与该超滤产水槽之间，用以提纯黑液中的木质素。
[0020]依照上述本发明所述的造纸黑液的处理设备，更包含有一逆渗透膜单元，该逆渗透膜单元是接设在纳滤膜单元之后。
[0021]依照上述本发明所述的造纸黑液的处理设备，更包含有一热交换器，该热交换器是接设在该逆渗透膜单元之前。
[0022]依照上述本发明所述的造纸黑液的处理设备，其中，该处理槽底部更设有一曝气单元，该曝气单元可对黑液喷送出加压的微细气泡。
[0023]本发明所运用的处理方法及设备，不仅适用于造纸工业中的黑液浓缩，并能自黑液中分离出碱水回到煮浆制程再利用，又可取得木质素等副产物，以利后续的提纯与分解，更重要的是，黑液在进行超滤浓缩处理时，利用了曝气扰动、旋转膜的膜面剪切力，再加上定时扫动刮膜的三种特殊方式，来降低滤膜表面固形物的堆积与吸附，以达到防止滤膜结垢的生成，也因为膜不易结垢，所以滤膜对于黑液的耐浊度能力大幅增加，为后续的二次精滤与纳滤浓缩处理流程提供了良好的前处理作用，能保持滤液的流通量，有别于以往滤膜只能以逆洗方式来处理，膜也容易堵塞的问题。
【附图说明】
[0024]图1为本发明的造纸黑液的处理方法及其处理设备的方块流程；
图2为本发明该实施例的设备流程图；
图3为该刮膜单元对超滤膜进行刮垢处理的设备结构图；
图4为该后段超滤膜内部设有喷洗单元的剖视图；
图5本发明的另一实施样态的设备流程图。
[0025]【主要组件符号说明】
10 处理槽20 圆型平板膜单元
21 超滤膜22 产水管
23 动力单元30 曝气单元
40 负压抽水泵 50 后段超滤膜单元 51 后段超滤膜 52 膜管 60 超滤产水槽 70 刮膜单元 71 转动盘72 刷体
73 挡杆80 架体 90 纳滤膜单元 91 纳滤产水槽 100 逆渗透膜单元110热交换器。
【具体实施方式】
[0026]为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
[0027]参照图1与图2，本发明的造纸黑液的处理方法及其处理设备，包含有以下步骤: 步骤(A):将经过化学蒸煮后所排放出的废弃黑液引取至一处理槽10中，该处理槽10
为一顶面开放的槽体，其内设有至少一旋转式的圆型平板膜单元20，及一位于该