专利名称：一种棉浆黑液的处理方法及其电解装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种黑液的处理方法，特别是碱法棉短绒制浆过程中所生黑液的处理方法，属污水处理技术领域。
背景技术：
棉短绒制浆是获得优质人造纤维的重要途径之一。造纸行业中多采用减法制浆工艺，棉短绒制浆也采用减法制浆工艺。无论是木浆、草浆或棉浆在蒸煮过程中均会产生大量的黑液，黑液中含有有机物质如木质素、半纤维素、纤维降解产物，还含有无机物质如各种钠盐、游离的氢氧化钠等。黑液呈碱性，PH值约为9～14，如不加处理随意排放，会造成严重的环境污染，同时由于碱液流失也会造成生产成本的提高。迄今为止，国内外比较成熟并业已工业化的黑液处理方法为黑液蒸发燃烧苛化法，此方法适合于木浆、草浆，而棉浆中由于木质素含量远低于木浆、草浆，而碱含量又高，使用上述方法显然不妥。目前，对于棉浆黑液的处理方法有酸析木素加生化处理法，化学沉淀、混凝加生化处理法等等。这些方法在技术、设备、工艺、生产成本等方面尚不够成熟，如酸析木素时要大量加酸，沉淀过滤过程对设备腐蚀严重，过滤出的酸液需再进行处理，工艺流程长、碱不能回收。目前，大部分生产厂家的棉浆黑液不能实现真正的达标排放，造成环境污染。因此，开发实用的处理棉浆黑液的新技术是十分重要的且具有现实意义。
发明内容
本发明所要解决的问题是克服现有处理技术的缺陷而提供一种可充分回收棉浆黑液中的碱和木素、实现终端达标排放的棉浆黑液的处理方法。
本发明另一个所要解决的问题是提供该处理方法所用的电解装置。
本发明的问题是由以下技术方案解决的一种棉浆黑液的处理方法，其特别之处是它包含如下工序a.过滤洗涤工序将蒸煮制浆产生的棉浆和黑液挤压、过滤、洗涤，得到黑液；b.黑液电解工序将棉浆挤压过滤出的原黑液和棉浆经一次洗涤后挤压过滤的浓黑液合并作为阳极液，用清水或极稀的碱溶液作为阴极液，分别引入电解装置内进行电解后阴极回收氢气和碱溶液，然后将碱溶液回送至制浆配碱工序；上述棉浆黑液的处理方法，在电解工序之后增设混凝、固液分离工序，所述混凝、固液分离工序将电解后阳极发生部分氧化、PH值呈中性或酸性的黑液，引入反应器中加沉淀剂和混凝剂，反应后过滤，滤饼风干后焚烧，滤液回送到制浆配碱工序。
上述棉浆黑液的处理方法，所述棉浆过滤洗涤工序包括如下步骤a.将蒸煮制浆产生的棉浆和黑液挤压过滤，挤压出原黑液；b.将挤压后的棉浆进行第一次洗涤，洗涤后挤压过滤出浓黑液；c.将进行第一次洗涤后的棉浆进行第二次洗涤，洗涤后挤压过滤出稀黑液；d.将进行第二次洗涤后的棉浆进行第三次洗涤，洗涤后挤压过滤出极稀黑液；在上述步骤中，棉浆进行第一次洗涤所用选涤液使用的是前次棉浆进行第二次过滤洗涤出的稀黑液；棉浆进行第二次洗涤所用选涤液使用的是前次棉浆进行第三次洗涤过滤出的极稀黑液；棉浆进行第三次洗涤所用洗涤液使用的是清水。
上述棉浆黑液的处理方法，所述电解工序中电解温度为30-95℃，电流密度为100-1000A.m-2，电解时间为1·4小时。
一种棉浆黑液处理电解装置，其特别之处是所述电解槽为隔膜式电解槽，所用隔膜为石棉隔膜或素瓷隔膜或阳离子交换膜，所述电解槽阴极可以采用铁网、铁板、不锈钢网、不锈钢板、不锈钢活性涂层等，电解槽阳极可以采用铁板、IrO-Ta2O5/Ti、石墨板、TiO2-RuO2/Ti和铜板。
上述棉浆黑液处理电解装置，所述各电解槽之间可为并联、串联、或混联，电解槽阳极室和阴极室的下部设置进液口，上部设置出液口。
本发明与现有棉浆黑液处理方法相比具有如下优点1.通过对棉浆的几次洗涤挤压过滤可以最大限度的把棉浆中黑液提取出来，从而使粗浆进入下一工序时残留的黑液极少，使终端水排放完全达标。
2.通过黑液电解实现了碱的部分回收。
3.电解后的黑液可以较容易地实现固液分离，滤液回用制浆，滤饼焚烧回收热能，全部黑液进行了处理。
4.回收的碱和氢气可以基本上抵消电能的费用，而焚烧木素产生的热能可以进一步开发利用，获得新的经济效益。
图1为电解装置结构示意图。
具体实施例方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详述。
本发明所述方法由棉浆挤压过滤洗涤、黑液电解、黑液沉淀混凝固液分离三个主要工序组成。其中，棉浆过滤洗涤工序是治理黑液污染的重要环节，在这一环节中要尽可能将棉浆中的黑液洗净挤出，使进入下一道工序的粗浆中黑液残留量微少，保证终端水排放达标。蒸煮后的棉浆与黑液组成一个液态悬浊物系，黑液大部分分布于棉浆纤维之间的空隙中，少部分存在于细胞腔内，提取黑液需依靠外力的充分挤压过滤。本发明采用的三次洗涤挤压过滤法可以使棉浆中的黑液提取率大于95％，远高出现用方法的提取率80％。在洗涤过程中，一次洗涤液、二次洗涤液分别使用前次洗涤过滤出的稀黑液或极稀黑液，此法可以实现洗涤过程中水源的循环使用，无污液排放。挤浆机可使用螺旋挤浆机、网式挤浆机、真空挤浆机等设备。
本发明的黑液电解工序是回收黑液中碱的关键环节。挤压过滤的原黑液和一次洗涤的浓黑液合并进入电解槽的阳极，电解槽的阴极为水或极稀的碱液(PH值7.5～8)。优选电解温度70～80℃，优选电流密度400～600A.m-2，电解时间1～3小时。电解过程中阴极回收氢气，电解完毕阴极碱液增浓，回收大部分氢氧化钠，此碱溶液即可作为下次制浆配碱之用。阳极黑液经电解后发生氧化反应，黑液的PH值降至5～6，将其引入反应器中进入下一步骤。此步骤中电解槽隔膜优选阳离子交换膜，阴极优选不锈钢网、板或不锈钢活性涂层电极，阳极优选以钛为基体带催化涂层的电极。附图1给出了电解槽的结构示意图，在图中1为电解槽隔膜，2为阴极，3为阴室，4为阳极，5为阳室6、7、8为密封件。阴室和阳室各设有进液口和出液口，可通过管道将多个电解槽串联、并联或混联使用。
本发明的混凝、固液分离工序可从电解后的黑液中提取木素。经过电解后的黑液呈酸性或中性，加少量沉淀剂及混凝剂稍加以处理即可较容易的沉淀出木素、半纤维素，实现固液分离。固体滤饼风干后焚烧回收热能，余液中COD含量降解70％左右，可以用作下一次制浆配液中。至此，棉浆黑液全部处理利用。
本发明所述处理方法的实验室实施例如下用容积为5升的蒸球蒸煮制取棉浆。蒸球中加入500克风干棉短绒，折合绝干棉短绒450克，氢氧化钠120克，清水2700毫升。加热到180℃，保温330分钟，自然冷却到50℃左右，取出棉浆和黑液的混合物，称重3270克。用聚酯滤网手工挤压过滤，压出原黑液1800毫升，加入热水1400毫升，进行一次洗涤。充分混匀洗涤后挤压过滤出浓黑夜1400毫升，再加入热水1400毫升进行二次洗涤。充分混匀洗涤后挤压过滤出稀黑液1400毫升，第三次加入热水1400毫升进行三次洗涤。充分混匀洗涤后挤压过滤出极稀黑夜1400毫升。经过三次洗涤所得浆为粗浆，烘干后称重332克。将原黑液1800毫升与一次洗涤后滤出的浓黑夜1400毫升合并共计3200毫升，进入电解槽阳极，阴极加水1000毫升，在60℃、电流密度400A.m-2条件下电解2.9小时结束。阴极剩余700毫升碱溶液(蒸发300毫升)，碱浓2.25mol.L-1，回收碱63克。阳极液剩余2800毫升，加CaO14克，FeCl33克，反应20分钟后过滤，得滤液1950毫升。滤饼烘干称重86克。
制第二球浆，500克风干棉短绒，阳极滤液1950毫升、阴极液700毫升(含碱63克)、加水50毫升、加碱57克，温度和时间与第一球相同蒸煮。蒸煮后取出棉浆和黑液混合物，称重3272克，与第一球基本相同。用聚酯滤网手工挤压过滤，压出原黑液1800毫升。然后用第一球的二次洗浆过滤出的稀黑液对第二球浆进行第一次洗涤，洗后挤压过滤出1400毫升浓黑液。用第一球三次洗涤过滤出的极稀黑液对第二球浆进行二次洗涤，洗后挤压过滤出1400毫升稀黑液。最后用1400毫升热水对第二球浆进行三次洗涤，洗后挤压过滤出1400毫升极稀黑液。所得粗浆烘干称重342克。合并第二球制浆所得的原黑液、浓黑液共计3200毫升进行电解，电解条件和上次相同，回收碱66克。
制第三球浆，500克风干棉短绒，第二次电解的阳极滤液加上阴极液再加少量水共2700毫升液体，补充碱至总量120克。用与第一球相同的温度、时间蒸煮。浆的洗涤方法与第二球浆相同。所得粗浆烘干称重343克，电解液回收68克。
按上述方法连续制浆到第7球，每球粗浆基本稳定在345克，碱回收稳定在70克左右。碱的总回收率接近60％。按碱回收量计算电解能耗为4.5KWh/Kg左右。
本发明所说沉淀剂可采用氢氧化钙或氧化钙，混凝剂可使用氯化铝或氯化铁。
权利要求
1.一种棉浆黑液的处理方法，其特征在于它包含如下工序a.过滤洗涤工序将蒸煮制浆产生的棉浆和黑液挤压、过滤、洗涤，得到黑液；b.黑液电解工序将棉浆挤压过滤出的原黑液和棉浆经一次洗涤后挤压过滤的浓黑液合并作为阳极液，用清水或极稀的碱溶液作为阴极液，分别引入电解装置内进行电解后，阴极回收氢气和碱溶液，然后将碱溶液回送至制浆配碱工序；
2.根据权利要求1所述的棉浆黑液的处理方法，其特征在于在黑液电解工序之后增设混凝、固液分离工序，该工序将电解后阳极发生部分氧化、PH值呈中性或酸性的黑液，引入反应器中加沉淀剂和混凝剂，反应后过滤，滤饼风干后焚烧，滤液回送至制浆配碱工序。
3.根据权利要求1或2所述的棉浆黑液的处理方法，其特征在于所述棉浆过滤洗涤工序包括如下步骤a.将蒸煮制浆产生的棉浆和黑液挤压过滤，挤压出原黑液；b.将挤压后的棉浆进行第一次洗涤，洗涤后挤压过滤出浓黑液；c.将进行第一次洗涤后的棉浆进行第二次洗涤，洗涤后挤压过滤出稀黑液；d.将进行第二次洗涤后的棉浆进行第三次洗涤，洗涤后挤压过滤出极稀黑液；在上述步骤中，棉浆进行第一次洗涤液使用的是前次棉浆进行第二次过滤洗涤出的稀黑液；棉浆进行第二次洗涤液使用的是前次棉浆进行第三次过滤洗涤出的极稀黑液；棉浆进行第三次洗涤液使用的是清水。
4.根据权利要求3所述的棉浆黑液的处理方法，其特征在于所述电解工序中电解温度为30-95℃，电流密度为100-1000A.m-2。
5.一种棉浆黑液处理电解装置，其特征在于所述电解槽为隔膜式电解槽，所用隔膜(1)为石棉隔膜或素瓷隔膜或阳离子交换膜，所述电解槽阴极(2)采用铁网、铁板、不锈钢网、不锈钢板、不锈钢活性涂层等，电解槽阳极(4)采用铁板、铜板、石墨板、TiO2-RuO2/Ti和IrO-Ta2O5/Ti。
6.根据权利要求5所述的棉浆黑液处理电解装置，其特征在于所述各电解槽之间为并联、串联、或混联，电解槽阳极室和阴极室的下部设置进液口，上部设置出液口。
全文摘要
一种棉浆黑液的处理方法，属污水处理技术领域，用于解决回收黑液中碱和木素、实现终端水排放达标的问题。其技术方案包括a.过滤洗涤工序将蒸煮制浆产生的棉浆和黑液挤压、过滤、洗涤，得到黑液；b.黑液电解工序棉浆挤压过滤出的原黑液和棉浆一次洗涤后挤压过滤的浓黑液合并为阳极液，清水或极稀碱溶液为阴极液，引入电解装置内电解后，阴极回收氢气，将碱溶液回送至制浆配碱工序。本发明将棉浆黑液全部处理，实现了达标排放。碱回收率高于传统方法，回收的氢气和木素可焚烧，回用热能亦可以进一步开发利用，获得新的经济效益。
文档编号D21C11/00GK1528976SQ03134928
公开日2004年9月15日 申请日期2003年9月30日 优先权日2003年9月30日
发明者郭子成, 梁植林, 郝建朝 申请人:河北科技大学