一种造纸车间多余白水资源化回收纸浆和水的方法
【专利摘要】本发明涉及造纸白水资源化利用【技术领域】，具体是一种造纸车间多余白水资源化回收纸浆和水的方法，该方法不需要预处理，将车间高浓度和高温的多余白水直接通过碳化硅膜过滤分离，截留纸浆纤维、填料和大分子助剂回收纸浆，同时过滤液浊度低、污染物浓度低，可以作为回用水，达到同时回收纸浆和水的目的。本发明方法具有源头回收、不引入二次污染、清洁低碳、效果稳定、流程简单、投资和运行费用低、占地面积小、布置灵活的优点。
【专利说明】一种造纸车间多余白水资源化回收纸浆和水的方法
所属【技术领域】
[0001]本发明专利涉及制浆造纸清洁生产领域，特别涉及白水资源化利用【技术领域】，具体为一种造纸车间多余白水资源化回收纸浆和水的方法。
【背景技术】
[0002]造纸工业是一个技术密集、工艺复杂、资源消耗量大、产生污染物多的工业，造纸行业是耗水和排污大户，造纸企业有水量超标和水质超标双重压力，在环保形势日益严格的今天，面临越来越大的清洁生产压力。清洁生产是着眼于污染预防，最大限度地减少资源和能源的消耗，提高资源和能源的利用率。清洁生产是减少工业污染、保护环境和资源可持续利用的根本措施。在造纸工艺生产过程的源头上实行清洁生产，从而实现节水和水资源的有效利用，是造纸工业废水再生利用首先要考虑的处理技术。
[0003]膜分离技术是一门新兴的多学科交叉的高新技术，膜分离技术的应用涉及到各个行业，应用范围广、产业关联度大。与其他分离技术比较，它具有高效、节能、过程易控制、操作方便、环境友好、便于放大、占地小、易与其他技术集成等优点。在当今世界上能源短缺、水资源匮乏和环境污染日益严重的情况下，膜技术更得到世界各国的高度重视，已成为推动国家支柱产业发展、改善人类生存环境、提高人们生活质量的共性技术。
[0004]造纸废水膜处理工艺作为一种全新的处理造纸废水的中水回用工艺，为造纸废水处理和回用提供了解决方案。目前造纸废水膜处理工艺主要作为造纸废水的深度处理，一般应用在气浮、絮凝沉淀和生化处理之后，属于末端治理，并且需要砂滤、多介质过滤等粗过滤作为保安过滤，整个处理流程长、投资大、运行成本高、操作要求高，回收目标以回用水为主，而纸浆纤维、填料转移到污泥中，造成浪费和二次污染，不能满足更高的清洁生产要求。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对现有膜法处理造纸废水的各种不足:如末端治理、处理前需要对废水进行复杂预处理以及以回收水为目的而不能有效回收纸浆的现状，提供一种造纸车间多余白水资源化回收纸浆和水的方法，该方法解决思路是从源头出发，直接采用高通量、高稳定性、抗污染、结构坚固的碳化硅膜过滤车间多余白水，将浆浓度低的多余白水浓缩至Iwt% _6?1:%的造纸回用衆。
[0006]本发明要解决的另一个问题是:避免现有膜分离技术应用在水处理末端、预处理流程长、投资和运行成本高的情况，提供一种直接在车间内应用膜分离技术处理高浓度多余白水的技术，将末端治理变成源头回收，属于清洁生产的范畴。
[0007]本发明还要解决的一个问题是:改善现有膜分离材料对高温白水适应性差的情况，提供一种耐受20_75°C高温白水膜处理的方法。
[0008]为解决多余白水膜处理中存在的技术问题，本发明技术方案如下:
[0009]一种造纸车间多余白水资源化回收纸浆和水的方法，在造纸车间多余白水产生环节，直接采用碳化硅膜错流过滤系统过滤高浓度和高温度的多余白水，截留多余白水中的纸浆纤维、填料和大分子助剂，产生过滤清液和浓缩液，达到同时回收多余白水中有价值的纸浆成分和可回用清水的目的。
[0010]具体实施步骤如下:
[0011](I)多余白水的收集
[0012]将造纸车间抄纸工段产生的多余白水收集在一个收集罐中，该收集罐仅起到调节流量的作用，不需要投加絮凝剂以及气浮预处理。
[0013](2)碳化硅膜错流过滤系统
[0014]碳化硅膜错流过滤系统由给料泵、循环泵、管路和碳化硅膜组件以及配套阀门、流量计、压力表、温度计和控制系统构成，其中循环泵、管路和碳化硅膜组件形成循环回路；收集的多余白水通过给料泵将一定压力的液体输送到循环泵进口，循环泵将给料泵进液和管路浓缩液输送到碳化硅膜组件，过滤清液在膜组件上产生，浓缩液在组件后端产生；控制系统可采用手动或自动运行，能够在线反冲和化学清洗。
[0015](3)在线反冲再生程序
[0016]随着过滤的进行，膜污染逐步加剧，当膜通量降低到初始通量的50-70%时，或者间隔固定时间，开始在线反冲再生，反冲液为过滤液，由压缩空气或反冲泵提供反冲压力，反冲时循环泵持续运行，进料泵通过变频控制，反冲前先降低泵流量至初始值的10% -50%，然后关闭清液。
[0017](4)化学清洗和再生程序
[0018]当反冲前后膜通量变化不大时，开始化学清洗程序，首先停机排空过滤系统，然后进行自来水洗，清水洗后采用1000ppm-4000ppm次氯酸钠溶液进行清洗，清洗时间控制在30-120min ;然后再用自来水清洗1_3遍；再用pH值为0.5-3的硝酸、盐酸、磷酸中的一种或一种以上混合酸进行清洗，清洗时间30-60min ;然后再用自来水清洗2_3遍，即可完成化学清洗和再生，清洗后膜通量恢复在99%以上。清洗前通过给料泵添加自来水或次氯酸钠溶液或酸液，过滤系统加满后停止给料泵，关闭进料和出料阀门，启动循环泵使清洗液在系统内循环流动进行浸泡和清洗。
[0019]作为优选，一种造纸车间多余白水资源化回收纸浆和水的方法，所述的步骤
(2)中碳化硅膜组成为纯质碳化硅，膜结构是非对称结构或对称结构，膜表征孔径值在0.01 μ m_5 μ m 间。
[0020]作为优选，一种造纸车间多余白水资源化回收纸浆和水的方法，所述的步骤(2)中膜组件是单芯或多芯，组件数量是一组或多组，组件排列形式是并联、串联或并联串联的组合。
[0021]作为优选，一种造纸车间多余白水资源化回收纸浆和水的方法，所述的步骤(2)中进料泵扬程在10-60m，流量根据处理量确定；循环泵扬程在10-30m，流量是处理量的2_6倍。
[0022]作为优选，一种造纸车间多余白水资源化回收纸浆和水的方法，所述的步骤(3)中反冲压力在0.3-lMPa，反冲时间在0.1-1Os0
[0023]本发明的一种造纸车间多余白水资源化回收纸浆和水的方法技术方案有如下的有益效果:[0024]1.本发明所述的造纸车间多余白水资源化回收纸浆和水的方法，可以不经预处理，直接通过膜处理车间内高浓度和高温的多余白水，属于源头处理的清洁技术，流程简单，能够显著降低膜分离投资和运行成本，并且易于管理。
[0025]2.本发明所述的造纸车间多余白水资源化回收纸浆和水的方法，不会引入絮凝齐U、阻垢剂等二次污染物，处理后浓缩液成分是原有纸浆纤维素、填料和大分子助剂等有效成分，可直接回用于造纸生产；处理后清液浊度低于3NTU，并且C0D&大幅降低，能够替代清水回用于冲网、冲毯、密封等生产用水环节，并且可以作为车间冲洗水。该方法能够同时回收纸浆和水资源，产生更大的经济效益和社会效益。
[0026]3.本发明所述的造纸车间多余白水资源化回收纸浆和水的方法，采用高通量、高稳定性、抗污染、结构坚固的碳化硅膜，相对有机膜具有使用寿命长、不需要预处理、投资和运行成本均低的优点。
[0027]4.本发明所述的造纸车间多余白水资源化回收纸浆和水的方法，流程简单、占地面积小，可直接建在造纸车间内，不会对现有造纸设备造成影响，适合新建项目或现有项目改造，可广泛用于各种造纸企业的白水处理。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1 一种造纸车间多余白水资源化回收纸浆和水的方法及装置示意图，附图标记说明:多余白水入口 1、收集罐2、自来水入口 3、化学清洗药剂入口 4、清洗罐5、进料泵6、压力表7、流量计8、循环泵9、膜组件10、浓缩液排放口 11、反冲罐12、压缩空气进口 13、过滤清液出口 14。
【具体实施方式】:
[0029]下面结合实例进一步说明本发明，但并不受本
【发明内容】
范围的任何限制。
[0030]实施例1
[0031]针对某卫生纸造纸企业车间多余白水设计如附图1所示，所述装置包括多余白水收集罐2、化学清洗罐5、进料泵6、压力表7、流量计8、循环泵9、膜组件10、反冲罐12 ;进出口包括多余白水进口 1、浓缩液排放口 11、过滤层清液出口 14、清洗自来水入口 3、化学清洗药剂入口 4、压缩空气入口 13 ;膜组件采用两并两串组合，共4组。
[0032]以上组成采用不锈钢304管道连接，其中多余白水入口 I接入收集罐2，收集罐2下端与进料泵6连接，进料泵前接一个阀门控制的旁路管道到清洗罐5下方，清洗罐5上方开自来水入口 3和化学清洗药剂入口 4 ;进料泵6前安装压力表7和流量计8，进料泵6通过变频器控制，进料泵6出口接入循环泵9进口，循环泵9出口安装压力表7和流量计8，循环泵9出口接入膜组件10，膜组件10采用两串两并式组合，膜组件10后设置浓缩液排出口11，后与循环泵9连接形成环路；膜组件10清液排出口相连接入反冲罐12，反冲罐12上方设置压缩空气13接入口，上侧开口为清液排出口 14。
[0033]具体处理步骤如下:
[0034](I)多余白水的收集
[0035]将造纸车间抄纸工段产生的多余白水收集到收集罐中，收集罐容积确定为60分钟停留时间的处理量。[0036](2)碳化硅膜错流过滤
[0037]膜过滤系统选取0.2微米的碳化硅膜，组合形式为两串两并。由进料泵6将多余白水输送至循环泵9、管路和碳化硅膜组件10形成循环回路，通过变频器控制进料压力表7在0.3MPa;多余白水通过循环泵9输送到碳化硅膜组件10，膜面流速控制为2.5m / s，过滤清液在膜组件上产生，通过管路在反冲罐12上收集后通过清液排出口 14排出系统；碳化硅膜组件10后端设置浓缩液出口 11，通过阀门开度调整浓缩倍数，可将多余白水浆浓度由0.3%浓缩至3% ;整个系统多余白水不断输入，而浓缩液排出口 11和清液排出口 14不断排出，实现纸浆的回收和过滤清液的产生。
[0038](3)在线反冲再生程序
[0039]随着过滤的进行，膜污染逐步加剧，当膜通量降低到初始通量的70%时准备开始在线反冲再生，反冲前先降低进料泵6流量至初始值的20%，关闭清液侧出口阀门，再打开压缩空气入口 13，实现反冲，反冲时间为ls，反冲时循环泵持续运行，反冲时间到后关闭压缩空气入口 13，再打开清液侧出口阀门继续过滤。
[0040](4)化学清洗和再生程序
[0041]当反冲前后膜通量变化不大时，开始化学清洗程序，首先停机排空过滤系统，然后关闭收集罐出口阀门，打开自来水入口 3，排入一定量清水，然后通过进料泵6泵入清水，待循环系统水满后关闭进料泵和阀门，再打开循环泵9进行清水洗，清洗时间为5分钟，然后排空整个系统，完成清水洗，化学清洗过程以上描述相似，只是在自来水加入过程中，同时投加一定量的次氯酸钠或硝酸；化学清洗过程是先清水洗3次，再次氯酸钠清洗I次，再清水洗2次，然后再硝酸清洗I次，最后再清水洗2次，其中次氯酸钠清洗次氯酸钠溶液浓度为2500ppm，硝酸酸洗溶液pH为2，清洗后膜通量恢复在99%以上。
[0042]处理前白水浆浓度为0.3%，SS浓度为3000mg / 1，CODcr为IlOOmg / 1，经碳化硅膜错流过滤系统处理后过滤液浊度为0.5NTU, SS为0.3mg/l, CODcr为60mg/l，满足冲网冲毯用水标准；浓缩液浆浓度为3%，可作为浓白水回用造纸生产；以上处理达到同时回收纸浆和水的效果。
[0043]实施例2
[0044]与实施例1不同之处在于:
[0045]针对某高档文化纸生产企业，采用0.08 μ m碳化硅膜过滤车间白水，工艺流程如附图1所示，控制跨膜压差为0.45MPa，膜面流速为3m / s ;处理前车间多余白水浆浓度为0.45%, SS浓度为4500mg/l，CODcr为1000mg/l，经碳化硅膜错流过滤系统处理后过滤液浊度为0.3NTU, SS为0.2mg/l, CODcr为50mg/l，满足造纸回用水标准；浓缩液浆浓度为4%，可作为浓白水直接回用造纸生产；以上处理达到同时回收纸浆和水的效果。
[0046]以上所述，仅为本发明专利较佳实施例而已，不能依次限定本发明实施的范围，SP依本发明专利范围及说明书内容所着的等效变化及修饰，皆应属于本发明涵盖的范围内。
【权利要求】
1.一种造纸车间多余白水资源化回收纸浆和水的方法，其特征在于:在造纸车间多余白水产生环节，直接采用碳化硅膜错流过滤系统过滤高浓度和高温度的多余白水，截留多余白水中的纸浆纤维、填料和大分子助剂，产生过滤清液和浓缩液，达到同时回收多余白水中有价值的纸浆成分和可回用清水的目的。 具体实施步骤如下: (1)多余白水的收集 将造纸车间抄纸工段产生的多余白水收集在一个收集罐中，该收集罐起到调节流量的作用。 (2)碳化硅膜错流过滤系统 碳化硅膜错流过滤系统由给料泵、循环泵、管路和碳化硅膜组件以及配套阀门、流量计、压力表、温度计构成，其中循环泵、管路和碳化硅膜组件形成循环回路；收集的多余白水通过给料泵将一定压力的液体输送到循环泵进口，循环泵将给料泵进液和管路浓缩液输送到碳化硅膜组件，过滤清液在膜组件上产生，浓缩液在组件后端产生。 (3)在线反冲再生程序 随着过滤的进行，膜污染逐步加剧，当膜通量降低到初始通量的50-70%时，或者间隔固定时间，开始在线反冲再生，反冲液为过滤液，由压缩空气推动，反冲时循环泵持续运行，进料泵通过变频控制，反冲前先降低泵流量至初始值的10% _50%，然后关闭清液。 (4)化学清洗和再生程序 当反冲前后膜通量变化 不大时，开始化学清洗程序，首先停机排空过滤系统，然后进行自来水洗，清水洗后采用1000ppm-4000ppm次氯酸钠溶液进行清洗，清洗时间控制在30-120min ;然后再用自来水清洗1_3遍；再用pH值为0.5-3的硝酸、盐酸、硫酸、磷酸中的一种或一种以上混合酸进行清洗，清洗时间30-60min ;然后再用自来水清洗2_3遍，即可完成化学清洗和再生，清洗后膜通量恢复在99%以上。清洗前通过给料泵添加自来水或次氯酸钠溶液或酸液，过滤系统加满后停止给料泵，关闭进料和出料阀门，启动循环泵使清洗液在系统内循环流动进行浸泡和清洗。
2.根据权利要求1所述的一种车间多余白水资源化回收纸浆和水的方法，其特征在于:所述方法不需要对车间多余白水进行气浮或絮凝沉淀或粗过滤预处理，可直接进入膜分离系统，不会对造纸浆水系统引入新的化学物质造成二次污染。
3.根据权利要求1所述的一种车间多余白水资源化回收纸浆和水的方法，其特征在于:膜分离系统采用碳化硅膜错流过滤系统，碳化硅膜孔径在0.01-5 u m，跨膜压差在0.1-0.6MPa，膜面流速在l-6m / s，操作温度在20_70°C，膜组件为考虑流体优化的多并多串组合。
4.根据权利要求1所述的一种车间多余白水资源化回收纸浆和水的方法，其特征在于:通过调节进料泵、清液出口阀门和浓液出口阀门，可将多余白水浓液浆浓度浓缩至1-6%间，形成可直接生产回用新纸浆；同时产生浊度在3NTU以内的清液，可回用做网部冲洗水、密封水、冷却水和工艺水；实现纸浆、清水的同时回收和资源化。
5.根据权利要求1所述的一种车间多余白水资源化回收纸浆和水的方法，其特征在于:针对膜污染设置在线反冲和化学清洗再生两种方法，其中在线反冲采用0.5-1.0MPa压缩空气做为动力，反冲时间在0.l-5s ;化学清洗采用无机酸和次氯酸钠，无机酸包括硝酸、盐酸、硫酸、磷酸中的一种或一种以上，无机酸pH值控制在0.5-3间，次氯酸钠溶液控制在.1000ppm-4000ppm 间。
【文档编号】C02F103/28GK103757971SQ201410023029
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月17日 优先权日:2014年1月17日
【发明者】张云飞, 沈红梅, 黄阿敏 申请人:杭州创享环境技术有限公司