专利名称：基于电化学和电渗析技术的造纸废水循环利用装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种造纸废水处理，特别是涉及一种基于电化学和电渗析技术的造纸废水循环利用装置及方法。
背景技术：
制浆造纸废水是指化学法制浆产生的蒸煮废液(又称黑液、红液)，洗浆漂白过程中产生的中段水及抄纸工序中产生的白水。一般每生产It硫酸盐浆就有It有机物和400kg 碱类、硫化物溶解于黑液中；生产It亚硫酸盐浆约有900kg有机物和200kg氧化物(钙、镁等)和硫化物溶于红液中。废液排入江河中不仅严重污染水源，而且会造成大量的资源浪费。造纸业是传统的用水大户，也是造成水污染的重要污染源之一。目前，我国造纸工业废水排放量及COD排放量均居我国各类工业排放量的首位，造纸工业对水环境的污染最为严重，它不但是我国造纸工业污染防治的首要问题，也是全国工业废水进行达标处理和节水的首要问题。据统计，我国县及县以上造纸及纸制品工业废水排放量占全国工业总排放量的18. 6%，其中处理排放达标量占造纸工业废水总排放量的49. 3%，排放废水中COD约占全国工业COD总排放量的44. 0%。因此，如何消除造纸废水污染并使废液中的宝贵资源得到利用是一项具有重大社会意义和经济价值的工作，应当十分重视。随着经济的发展，我国日益面临淡水资源短缺、原料匮乏的问题，而另一方面，水污染也越来越严重。近年来，经多方不懈努力，造纸工业水污染防治已经取得了一定的成绩，虽然纸及纸板产量逐年增加，但排放废水中的COD却逐年降低。但是，目前造纸行业约占排放总量50%的废水尚未进行达标处理，造纸废水处理后再循环利用的更是少之又少，因此，造纸废水污染防治和循环使用任务还相当繁重。造纸废水成分复杂，可生化性差，属于较难处理的工业废水，其来源和特点是1.蒸煮工段废液即碱法制浆产生的黑液和酸法制浆产生的红液。我国绝大部分造纸厂采用碱法制浆而产生黑液。黑液中所含的污染物占到了造纸工业污染排放总量的90%以上，且具有高浓度和难降解的特性，它的治理一直是一大难题。黑液中的主要成分有3种，即木质素、聚戊糖和总碱。木质素是一类无毒的天然高分子物质，作为化工原料具有广泛的用途，聚戊糖可用作牲畜饲料。2.中段水制浆中段废水是指经黑液提取后的蒸煮浆料在筛选、洗涤、漂白等过程中排出的废水，颜色呈深黄色，占造纸工业污染排放总量的8 % 9%，吨浆COD负荷310kg左右。中段水浓度高于生活污水，BOD和COD的比值在0. 20到0. 35之间，可生化性较差，有机物难以生物降解且处理难度大。中段水中的有机物主要是木质素、纤维素、有机酸等，以可溶性 COD为主。其中，对环境污染最严重的是漂白过程中产生的含氯废水，例如氯化漂白废水、次氯酸盐漂白废水等。次氯酸盐漂白废水主要含三氯甲烷，还含有40多种其他有机氯化物， 其中以各种氯代酚为最多，如二氯代酚、三氯代酚等。此外，漂白废液中含有毒性极强的致癌物质二恶英，对生态环境和人体健康造成了严重威胁。3.白水白水即抄纸工段废水，它来源于造纸车间纸张抄造过程。白水主要含有细小纤维、 填料、涂料和溶解了的木材成分，以及添加的胶料、湿强剂、防腐剂等，以不溶性COD为主， 可生化性较低，其加入的防腐剂有一定的毒性。白水水量较大，但其所含的有机污染负荷远远低于蒸煮黑液和中段废水。现在几乎所有的造纸厂造纸车间都采用了部分或全封闭系统以降低造纸耗水量，节约动力消耗，提高白水回用率，减少多余白水排放。目前，用于造纸废水处理的方法主要有物理过滤法、混凝沉淀法、吸附法、高级氧化法、气浮法、加酸吸收法、催化氧化法、生化法等，每种方法都具有各种的优缺点。由于单一的处理方法很难达到效果，在实际运用中，通常是根据要处理废水的实际情况，将几种方法结合使用，典型的生产工艺是将造纸废水经过过滤等物理处理，然后经过絮凝沉淀后再经生化处理后达标排放。有关造纸废水的处理已有一些报道，例如中国专利CNl 125696公开一种造纸废水处理及循环使用方法，是在常温、常压条件下，采用物理-化学的方法，将蒸煮黑液及漂白废水经预处理分离草浆——酸化分离——中和——酸碱分离脱色的处理过程，废水中的草浆、木质素、烧碱全部回收利用，处理后的水供蒸煮、漂白使用，在处理过程中，不产生二次污染，采用计算机测控的静态混合器，占地面积小，投资少，运行费用低，效率高，安装使用方便，适用于亚铵法之外的草类制浆企业。中国专利CN101205107公开一种对造纸废水处理并循环利用的方法，主要包括湿浆回收、混凝沉淀、三相厌氧处理、脱硫、生物铁法处理、 过滤消毒和循环回用等步骤。该发明先对造纸废水进行预处理，再对预处理过的出水进行生物铁法处理，使活性污泥形成结构紧密、颗粒细小、比表面积大、脱水性好的团粒状铁污泥，再利用A/0活性污泥处理系统进行生化作用，对生产高档纸的用水还采用微絮凝过滤技术进行深度处理，使出水水质更好。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的造纸废水处理方法所存在的成本较高、效能较低、 处理后的废水多为排放、没有深度处理循环利用、浪费水资源等问题，提供一种成本较低、 效能较高、可循环利用的基于电化学和电渗析技术的造纸废水循环利用装置及方法。本发明所述造纸废水是经过传统的过滤、絮凝和生化处理后二沉池达到排放三级以上排放标准的造纸废水。本发明所述基于电化学和电渗析技术的造纸废水循环利用装置设有纳米催化电解系统，纳米催化电解系统设有截止阀、水泵、纳米催化电解机、缓冲沉淀罐和过滤机；截止阀的进口外接造纸废水二沉池排放口，水泵的进口接截止阀的出口， 水泵的出口接纳米催化电解机的进口，纳米催化电解机的出口与缓冲沉淀罐的进口联接， 缓冲沉淀罐的出口经过水泵与过滤机的进口联接；浸没式超滤膜过滤分离系统浸没式超滤膜过滤分离系统用于将纳米催化电解系统所得的净化废水过滤、分离得透析水和浓缩水，浸没式超滤膜过滤分离系统设有截止阀、 浸没式超滤膜池、鼓风机、曝气器、超滤膜系统、抽吸泵和透析水贮罐，所述截止阀的进口经进水管与纳米催化电解系统的过滤机出口连接，截止阀出口接浸没式超滤膜池，超滤膜浸没在浸没式超滤膜池中的印染净化废水中，抽吸泵从超滤膜内侧将水负压抽吸过膜壁，产生的透析水通过抽吸泵收集到透析水贮罐用于进一步经过电渗析脱盐得供生产上循环利用的再生水。截止阀的进口接纳米催化电解系统沉淀罐的出口，截止阀的出口接浸没式超滤膜池的进口，浸没式超滤膜池的出口依次经过抽吸泵、截止阀进入透析水贮罐；超滤膜清洗系统超滤膜清洗系统用于清洗超滤膜过滤分离系统，超滤膜清洗系统设有清洗液罐、反冲洗泵、截止阀和联接管道，清洗液罐的出口接反冲洗泵的进口，反冲洗泵的出口接截止阀的进口，截止阀的出口接超滤膜系统；电渗析系统电渗析系统设有截止阀、供水泵、电渗析机、透析水贮罐和浓缩水贮罐；截止阀的进口接浸没式超滤膜过滤分离系统透析水贮罐的出口，截止阀的出口接供水泵的进口，供水泵的出口接电渗析机的进口，电渗析机的透析水出口接透析水贮罐，电渗析的浓缩水出口接浓缩水贮罐。所述浸没式超滤膜过滤系统可去除废水中的固体杂质、浮游生物、细菌、胶体等， 浸没式膜采用外压开放式过滤设计，可被直接浸入到废水中，因此系统的占地面积小。其工作条件是常温 45°C，工作压力为3 50kPa。所述电渗析系统可选用倒极电渗析系统(EDR)、液膜电渗析系统(EDLM)、填充电渗析系统(EDI)、双极性电渗析系统(EDMB)或无极水电渗析系统等。所述电渗析系统可以将经过浸没式超滤膜过滤分离系统所得透析水经过电渗析分离成透析水(脱盐水)和浓缩水，使其满足工业生产中不同的生产工艺用水的质量要求。 电渗析的工作条件为0. 5 3. Okg/cm2，操作电压为50 250V，电流强度为1 3A。所述电渗析系统可以根据废水中的含盐量进行一段脱盐、两段脱盐或三段脱盐， 从而使再生水的含盐量满足工业生产的工艺用水要求，其脱盐率可以达45 80%。本发明所述基于电化学和电渗析技术的造纸废水循环利用方法包括以下步骤1)纳米催化电解将造纸废水经水泵提取后，输入纳米催化电解机中进行催化微电解后，输入多介质过滤机进行过滤，除去废水中因固体杂质、浮游生物、细菌、胶体得净化废水，测定其SDI应小于5 ；在步骤1)中，所述造纸废水的氯化钠含量可为6%。 30%。，最好为0.6%。
1. 3%。，氯化钠含量不够时可添加工业氯化钠补充至6%。 50%。；所述纳米催化电解的工作电压可为2 500V，两个极板间的电压差为2 18V，最佳电压差为4 10V，电流密度可为 5 300mA/cm2，最佳电流密度为50 200mA/cm2，造纸深度处理废水经过电解产生初生态的强氧化性物质氧化分解氧化分解废水中的有机物，脱除色度，絮凝沉降杂质、降低COD和杀灭微生物；所述纳米催化电解是将造纸深度处理废水经过纳米催化，废水在电解罐中的停留时间2 ％iin，电解使之生成初生态的强氧化性物质，用以氧化分解废水中的有机物， 杀灭废水中微生物，同时，在电场作用下使废水中的悬浮物、胶体、带电微粒凝聚形成较大颗粒；所述过滤为砂滤或多介质过滤或微滤的一种。将催化电解所得废水经过砂滤、多介质过滤或微滤，其所得废水的色度为1 6，COD为50 300mg/L，氨氮为O 10mg/L，SS为 O 10mg/L。所述造纸深度处理废水是指造纸废水经过现有的造纸废水处理方法和设施进行处理，达到三级以上排放标准的处理后废水。2)浸没式超滤过滤将经过纳米催化电解系统系处理后的净化印染废水经管道流入浸没式超滤系统过滤处理，得透析水；
在步骤幻中，所述超滤系统过滤处理的工作条件可为常温 45°C，工作压力可为3 50kPa ；所得透析水的的色度为1 3，COD为20 100mg/L，氨氮为0 lmg/L，SS 为 0 lmg/L。3)电渗析将经过步骤2、的浸没式超滤过滤处理所得的透析水经过水泵送入电渗析系统，进行电渗析脱盐，得脱盐水和浓缩水。其所得脱盐水的的色度为1 2，COD为 10 50mg/L，氨氮不得检出，SS不得检出，总硬度小于350mg/L。在步骤3)中，所述电渗析系统的工作条件可为0. 5 3. Okg/cm2，操作电压可为 50 250V，电流强度可为1 3A。本发明既克服了单用膜过滤分离处理，又克服了常规的造纸废水方法的废水处理效果不理想，排放的废水污染环境的缺陷，并且可以化腐朽为神气，变废物为资源，将现有的造纸深度处理废水净化及回收循环利用。与现有技术比较，具有以下突出优点(1)大量减少絮凝剂量的用量，减少单位产品化学药剂的消耗和节约药剂成本；(2)大量减少污泥的排放量，减少污泥处理成本；(3)废水经过处理，70 85%可以再生循环利用，既减少废水排放，避免废水对环境污染，又减少水资源浪费，还可以使再生的循环水成本低于自来水价格，经济合理，产生较好的经济效益。(4)生化后造纸废水经过纳米催化电解，进一步降低C0D，一是可以使废水的回用率提高，既减少废水排放，避免废水对环境污染，又减少水资源浪费，二是能杀灭废水中的细菌等微生物，根除膜的生物污染，大幅度减少膜的清洗次数，降低膜清洁再生成本，提高膜的使用效率，延长膜的使用寿命，减少膜更换成本；(5)大幅度降低造纸废水COD的总排放量，使深度处理后废水的水COD的总排放量与二沉池直接排放比较下降25 40% ；(6)大幅度降低吨纸的水消耗指标和废水排放指标，提高企业经济技术指标；(7)采用电渗析技术部分脱盐替代反渗透脱盐，既可以使脱盐水满足造纸工艺用水的技术要求，又可以减少用电量，节省能源和降低成本；(8)采用电渗析技术脱盐替代反渗透脱盐，既可以减少固定资产投资，又可以提高废水利用率。(9)采用纳米催化电解具有如下突出效果1)用纳米催化电解产生的初生态的强氧化性物质杀灭废水中微生物，使废水中微生物活体下降到30个/ml以下，消除微生物对膜材料的污染。2)氧化分解废水中的有机物，残留染料快速分解脱色和降低C0D&。3)使废水中的悬浮物、胶体、带电微粒在电场作用下凝聚形成较大颗粒后，经过多介质过滤去除使水废水净化。4)废水中的重金属离子向电解罐的阴极移动，在阴极形成沉淀，从而降低废水中
的重金属离子含量。(10)经过了生化、化学、物化等多种方法处理后的深度处理废水的还有较深的颜色和较高的C0D&，一般的化学处理方法很难进一步脱色和降低C0D&，在自然环境下，很难退色。采用纳米催化电解对深度处理废水进行处理，能在2 5min内，使废水脱色和大幅度降低C0D&。
图1为本发明所述基于电化学和电渗析技术的造纸废水循环利用装置实施例的结构组成示意图。
具体实施例方式本发明是在对现有深度处理造纸废水的成份、性质和现有处理方案进行深入系统的对比研究之后完成的对深度处理后造纸废水的净化和再生循环利用工艺的设计，它通过纳米催化电解、过滤、浸没式超过滤、电渗析脱盐等方法的组合运用，从而形成一种特别适合于深度处理造纸废水的净化及再生循环利用方法。下面实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。参见图1，本发明所述基于电化学和电渗析技术的造纸废水循环利用装置实施例设有纳米催化电解系统纳米催化电解系统用于纳米催化电解、沉淀等处理步骤。纳米催化电解系统设有截止阀11、供水泵12、纳米催化电解机13、沉淀罐14 ；截止阀11的进口外接印染废水(二沉池)排出口，供水泵12的进口接截止阀11的出口，供水泵12的出口接纳米催化电解机13的进口，纳米催化电解罐13的出口接沉淀罐14的进口。浸没式超滤膜过滤分离系统浸没式超滤膜过滤分离系统用于将纳米催化电解系统所得印染净化废水过滤、分离得透析液(水)和浓缩液(水)。浸没式超滤膜过滤分离系统设有截止阀21、超滤膜系统22、鼓风机23、曝气器对、浸没式超滤膜池25、抽吸泵26、 截止阀27和透析液(水)贮罐28 ；截止阀21的进口接纳米催化电解系统沉淀罐14的出口，截止阀21的出口接浸没式超滤膜池25的进口，浸没式超滤膜池25的出口依次经过水泵沈、截止阀27进入透析液(水)贮罐28。超滤膜清洗系统超滤膜清洗系统用于清洗超滤膜过滤分离系统，设有清洗液罐 31、反冲洗泵32、截止阀33。清洗液罐31的出口接反冲洗泵32的进口，反冲洗泵32的出口接截止阀33的进口，截止阀33的出口接超滤膜系统22。电渗析系统电渗析系统设有截止阀41、供水泵42、电渗析机43、透析液(水)贮罐44、浓缩液(水)贮罐45。浸没式超滤系统所得印染净化废水通过截止阀41、供水泵42 进入电渗析机43，电渗析机43的透析液(水)出口接透析液(水)贮罐44，电渗析机43 的浓缩液(水)出口接浓缩液(水)贮罐45。以下给出采用图1所示的所述基于电化学和电渗析技术的造纸废水循环利用装置实施的造纸废水的净化再生循环利用方法。实施例1150吨/日造纸深度处理废水的净化再生循环利用方法。所述造纸深度处理废水经测定指标如表1所示。表 1
序号项目单位测定值序号项目单位测定值
权利要求
1.基于电化学和电渗析技术的造纸废水循环利用装置，其特征在于设有纳米催化电解系统，纳米催化电解系统设有截止阀、水泵、纳米催化电解机、缓冲沉淀罐和过滤机；截止阀的进口外接造纸废水二沉池排放口，水泵的进口接截止阀的出口，水泵的出口接纳米催化电解机的进口，纳米催化电解机的出口与缓冲沉淀罐的进口联接，缓冲沉淀罐的出口经过水泵与过滤机的进口联接；浸没式超滤膜过滤分离系统浸没式超滤膜过滤分离系统用于将纳米催化电解系统所得的净化废水过滤、分离得透析水和浓缩水，浸没式超滤膜过滤分离系统设有截止阀、浸没式超滤膜池、鼓风机、曝气器、超滤膜系统、抽吸泵和透析水贮罐，所述截止阀的进口经进水管与纳米催化电解系统的过滤机出口连接，截止阀出口接浸没式超滤膜池，超滤膜浸没在浸没式超滤膜池中的印染净化废水中，抽吸泵从超滤膜内侧将水负压抽吸过膜壁，产生的透析水通过抽吸泵收集到透析水贮罐用于进一步经过电渗析脱盐得供生产上循环利用的再生水；截止阀的进口接纳米催化电解系统沉淀罐的出口，截止阀的出口接浸没式超滤膜池的进口，浸没式超滤膜池的出口依次经过抽吸泵、截止阀进入透析水贮罐；超滤膜清洗系统超滤膜清洗系统用于清洗超滤膜过滤分离系统，超滤膜清洗系统设有清洗液罐、反冲洗泵、截止阀和联接管道，清洗液罐的出口接反冲洗泵的进口，反冲洗泵的出口接截止阀的进口，截止阀的出口接超滤膜系统；电渗析系统电渗析系统设有截止阀、供水泵、电渗析机、透析水贮罐和浓缩水贮罐； 截止阀的进口接浸没式超滤膜过滤分离系统透析水贮罐的出口，截止阀的出口接供水泵的进口，供水泵的出口接电渗析机的进口，电渗析机的透析水出口接透析水贮罐，电渗析的浓缩水出口接浓缩水贮罐。
2.如权利要求1所述的基于电化学和电渗析技术的造纸废水循环利用装置，其特征在于所述浸没式超滤膜过滤系统的工作条件是常温 45°C，工作压力为3 50kPa。
3.如权利要求1所述的基于电化学和电渗析技术的造纸废水循环利用装置，其特征在于所述电渗析系统选用倒极电渗析系统、液膜电渗析系统、填充电渗析系统、双极性电渗析系统或无极水电渗析系统。
4.如权利要求1所述的基于电化学和电渗析技术的造纸废水循环利用装置，其特征在于所述电渗析系统的工作条件为0. 5 3. Okg/cm2，操作电压为50 250V，电流强度为1 3A。
5.基于电化学和电渗析技术的造纸废水循环利用方法，其特征在于采用如权利要求 1所述基于电化学和电渗析技术的造纸废水循环利用装置，所述循环利用方法包括以下步骤1)纳米催化电解将造纸废水经水泵提取后，输入纳米催化电解机中进行催化微电解后，输入多介质过滤机进行过滤，除去废水中因固体杂质、浮游生物、细菌、胶体得净化废水；2)浸没式超滤过滤将经过纳米催化电解系统系处理后的净化印染废水经管道流入浸没式超滤系统过滤处理，得透析水；3)电渗析将经过步骤幻的浸没式超滤过滤处理所得的透析水经过水泵送入电渗析系统，进行电渗析脱盐，得脱盐水和浓缩水。
6.如权利要求5所述的基于电化学和电渗析技术的造纸废水循环利用方法，其特征在于在步骤1)中，所述造纸废水的氯化钠含量为6%。 30%。，最好为0. 6%。 1. 3%。，氯化钠含量不够时添加工业氯化钠补充至6%。 50%。。
7.如权利要求5所述的基于电化学和电渗析技术的造纸废水循环利用方法，其特征在于在步骤1)中，所述纳米催化电解的工作电压为2 500V，两个极板间的电压差为2 18V，最佳电压差为4 10V，电流密度为5 300mA/cm2，最佳电流密度为50 200mA/cm2。
8.如权利要求5所述的基于电化学和电渗析技术的造纸废水循环利用方法，其特征在于在步骤1)中，所述过滤为砂滤、多介质过滤或微滤。
9.如权利要求5所述的基于电化学和电渗析技术的造纸废水循环利用方法，其特征在于在步骤2)中，所述超滤系统过滤处理的工作条件为常温 45°C，工作压力为3 50kPao
10.如权利要求5所述的基于电化学和电渗析技术的造纸废水循环利用方法，其特征在于在步骤3)中，所述电渗析系统的工作条件为0. 5 3. Okg/cm2，操作电压为50 250V， 电流强度为1 3A。
全文摘要
基于电化学和电渗析技术的造纸废水循环利用装置及方法，涉及一种造纸废水处理。提供一种成本较低、效能较高、可循环利用的基于电化学和电渗析技术的造纸废水循环利用装置及方法。循环利用装置设有纳米催化电解系统、浸没式超滤膜过滤分离系统、超滤膜清洗系统和电渗析系统；纳米催化电解系统设有截止阀、水泵、纳米催化电解机、缓冲沉淀罐和过滤机；浸没式超滤膜过滤分离系统设有截止阀、浸没式超滤膜池、鼓风机、曝气器、超滤膜系统、抽吸泵和透析水贮罐；超滤膜清洗系统设有清洗液罐、反冲洗泵、截止阀和联接管道；电渗析系统设有截止阀、供水泵、电渗析机、透析水贮罐和浓缩水贮罐。先纳米催化电解；再浸没式超滤过滤；最后电渗析。
文档编号C02F103/28GK102295373SQ20111015979
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月15日 优先权日2011年6月15日
发明者张世文 申请人:波鹰(厦门)科技有限公司