实现木浆造纸黑液处理及回收的集成装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种实现木浆造纸黑液处理及回收的集成装置，包括通过管道依次连接的木浆造纸黑液收集罐、热交换器、砂滤器、自清洗过滤器、黑液中间罐、保安过滤器和耐碱纳滤膜机组，所述耐碱纳滤膜机组包括多级纳滤膜组件，各级纳滤膜组件的滤出液出口汇总并与回收碱液储罐连接，上一级纳滤膜组件的浓水出口与下一级纳滤膜组件的进口连接，最下一级纳滤膜组件的浓水出口与蒸发浓缩罐连接，最下一级纳滤膜组件的进口还通过透析水泵与第一外部水源连接。本实用新型能较好地解决地木浆造纸黑液面临的治理难题，能实现对黑液中木质素及碱等有用成分的回收与利用，可对木浆造纸黑液实现资源化利用。
【专利说明】实现木浆造纸黑液处理及回收的集成装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于废水处理【技术领域】，具体涉及一种实现木浆造纸黑液处理及回收的集成装置。
【背景技术】
[0002]在我国，造纸废水总量仅次于冶金废水与石化废水居于第三位，造纸废水的环境污染问题十分严重。其中，造纸黑液中的污染物约占造纸废水中污染物总量的90%左右，黑液中含有难降解的木质素及其降解衍生物，木质素为带芳香结构的立体网状聚合物，具有综合利用价值。而造纸黑液同时也是一种高碱性的复杂污染体系，易引起水体污染和生态环境的严重破坏。因此，如何合理有效地处理及利用好造纸黑液是解决造纸废水污染物排放的最关键性问题。
[0003]虽然我国多年以来一直对造纸黑液的综合治理及开发利用上进行了积极探索，并取得了一些实际成果，但目前在我国主要采用的造纸黑液处理方法仍比较传统与落后，如碱回收法、酸析法、絮凝沉淀法、化学氧化法、生物处理法等，这些方法都有一定局限，往往投入较高、过程复杂、能耗高、综合利用效率低等，并不能比较彻底解决造纸黑液的问题。
[0004]不同造纸厂的黑液性质有较大差别。通常可根据造纸厂生产用纤维素原料的区另O，分为木浆造纸与非木纤维类造纸(如非木纤维类造纸可根据生产原料采用麦草和稻草、棉花或竹子等，分为草浆造纸、棉浆造纸、竹浆造纸等)，不同生产原料所产生的造纸黑液于成分与特性上均存在一定差异，因而在处理方法上也将有所不同。
[0005]膜分离技术作为一门新兴的多学科交叉的高科技分离技术，具有分离精度高、过程可控性强、节能降耗、环保高效及易于工程放大等优点。我们通过将膜分离技术用于不同原料类型的造纸黑液的处理利用上，经过试验研究与对比分析后，提出了一种专门对木浆造纸黑液进行开发利用的新装置，以作为一种解决实际问题的可行途径来实现木浆造纸黑液的有效处理与资源化利用。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的在于提供一种可有效解决上述问题的实现木浆造纸黑液处理及回收的集成装置，它能较好地解决地木浆造纸黑液面临的治理难题，能实现对黑液中木质素及碱(苛性钠)等有用成分的回收，可对木浆造纸黑液实现资源化利用。
[0007]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0008]提供一种实现木浆造纸黑液处理及回收的集成装置，该装置包括:通过管道依次连接的木浆造纸黑液收集罐、热交换器、砂滤器、自清洗过滤器、黑液中间罐、保安过滤器和耐碱纳滤膜机组，所述耐碱纳滤膜机组包括多级纳滤膜组件，将各级纳滤膜组件的滤出液出口汇总后并与回收碱液储罐连接，上一级纳滤膜组件的浓水出口与下一级纳滤膜组件的进口连接，最下一级纳滤膜组件的浓水出口与蒸发浓缩罐连接，最下一级纳滤膜组件的进口还通过透析水泵与第一外部水源连接。
[0009]按上述技术方案，所述纳滤膜组件包括循环泵和纳滤膜元件，所述纳滤膜元件为卷式膜、管式膜、板式膜、中空纤维膜中的一种或多种的组合。
[0010]按上述技术方案，所述纳滤膜元件的膜材质为无机膜或高分子有机膜。
[0011]按上述技术方案，所述木浆造纸黑液收集罐与热交换器之间安装有输送泵，所述黑液中间罐与保安过滤器之间安装有进料泵，所述回收碱液储罐与回收碱液输送泵连接。
[0012]按上述技术方案，所述砂滤器为外源反洗式砂滤器，所述外源反洗式砂滤器与第二外部水源连接，所述第二外部水源用于提供反洗水。
[0013]按上述技术方案，所述砂滤器内设的集水管上均匀分布有用于收集经过砂滤后出水的水帽。
[0014]本实用新型，具有以下有益效果:该装置针对木浆造纸黑液中存在的有害成份及污染物类型，整合了多项水处理单元技术，实现了装置系统的集成与优化，以我国木浆造纸黑液的处理现状与真实需求为出发点，以实现污染物的节能减排与回收利用为根本目的，能较好地解决地木浆造纸黑液面临的治理难题，能实现对黑液中木质素及碱(苛性钠)等有用成分的回收，可对木浆造纸黑液实现资源化利用，本实用新型对木浆造纸黑液的适用范围广、技术先进、流程简单、技术可靠，具有实际推广应用价值，能产生比较明显的社会、经济及环境效益。
[0015]具体的，(I)将造纸生产中的木浆造纸黑液收集至木质造纸黑液收集罐内；(2)通过热交换器将待处理的造纸黑液进行换热，并将温度控制在2(T50°C范围；(3)用砂滤器对造纸黑液进行粗滤；(4)用自清洗过滤器对粗滤后的造纸黑液进行精密过滤；(5)精滤后的造纸黑液进入黑液中间罐，再通过耐碱纳滤膜机组对精滤后的造纸黑液进行膜过滤处理，该耐碱纳滤膜机组采用多级分段方式，可有效实现分级浓缩，使木浆黑液中的木质素浓度能被逐步提高，使最终排出浓缩液中的木质素能达到方便利用的所需高含量，另外，由于最下一级的木质素浓度高，该级膜的渗透通量很低，运行效率较低，因此特别对最下一级纳滤膜组件采用加水渗析方式，这在不影响木质素截留的情况下，通过加水能提高运行膜通量，并可以将高浓度碱液尽量洗脱，这在相当程度上优化该膜机组的实际运行效果；(6)将呈碱性的纳滤膜滤出液输送至回收碱液储罐，再通过回收碱液输送泵将滤出液返至造纸生产中的蒸煮工段循环使用，来实现对造纸黑液中碱的回收利用；(7)将富含木质素等固形物的纳滤膜浓缩液输送至蒸发浓缩罐，进行蒸发浓缩后，可再开发利用加工制成其它工业产品(如混凝土添加剂、土壤改良剂等)，实现变废为宝。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中:
[0017]图1是本实用新型实施例的结构示意图；
[0018]图2是耐碱纳滤膜机组的结构示意图；
[0019]图3是砂滤器的结构示意图；
[0020]图4是砂滤器反洗状态的结构示意图。
[0021]图中:1_木浆造纸黑液收集罐、2-输送泵、3-热交换器、4-砂滤器、401-集水管、402-水帽、5自清洗过滤器、6-黑液中间罐、7-进料泵、8-保安过滤器、9-耐碱纳滤膜机组、901-循环泵、902-纳滤膜兀件、903-透析水泵、10-蒸发浓缩罐、11-回收碱液储罐、12-回收碱液输送泵。
【具体实施方式】
[0022]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0023]在本实用新型的较佳实施例中，如图1、图2所示，一种实现木浆造纸黑液处理及回收的集成装置，该装置包括:通过管道依次连接的木浆造纸黑液收集罐1、热交换器3、砂滤器4、自清洗过滤器5、黑液中间罐6、保安过滤器8和耐碱纳滤膜机组9，耐碱纳滤膜机组9包括多级纳滤膜组件，将各级纳滤膜组件的滤出液出口汇总并与回收碱液储罐11连接，上一级纳滤膜组件的浓水出口与下一级纳滤膜组件的进口连接，最下一级纳滤膜组件的浓水出口与蒸发浓缩罐10连接，最下一级纳滤膜组件的进口还通过透析水泵903与第一外部水源连接。
[0024]在本实用新型的优选实施例中，如图2所示，纳滤膜组件包括循环泵901和纳滤膜元件902，纳滤膜元件902为卷式膜、管式膜、板式膜、中空纤维膜中的一种或多种的组合，优选的，纳滤膜元件的膜材质为无机膜或高分子有机膜，选用的纳滤膜截留分子量范围为20(Γ1500之间。因膜过滤的工作原理，绝大部分木质素等固形物会被纳滤膜所截留，在纳滤膜的浓缩液中，而大部水与氢氧化钠会透过膜，在纳滤膜的滤出液侧。
[0025]在本实用新型的优选实施例中，如图1所示，木浆造纸黑液收集罐I与热交换器3之间安装有输送泵2，黑液中间罐6与保安过滤器8之间安装有进料泵7，回收碱液储罐11与回收碱液输送泵12连接。
[0026]在本实用新型的优选实施例中，如图3、图4所示，砂滤器4为外源反洗式砂滤器，外源反洗式砂滤器与第二外部水源连接，第二外部水源用于提供反洗水，砂滤器4内设的集水管401上均匀分布有用于收集经过砂滤后出水的水帽402。该砂滤器工作时分为运行状态与反洗状态，当进出水侧的压差达到一定程度需要反洗时，系统自动切入反洗状态，由外部水源提供反洗水，将污染物反洗顶出。本装置中对该砂滤器采用外源反洗方式有较好效果，能使原砂滤器较长时间处于稳定工作状态。
[0027]本实用新型的工作流程是:
[0028](I)将60m3/h处理量的木浆造纸黑液(黑液pH为12.5?13.5，固形物浓度为1(Γ12%，悬浮物含量小于30mg/L)收集在木浆造纸黑液收集罐内；
[0029](2)由于木浆造纸黑液为制浆蒸煮工段中产生，其温度较高，宜通过热交换器将待处理的造纸黑液进行换热，控制温度在2(T50°C范围，以满足后续膜过滤过程的温度要求，这主要是因为本优选实施例中后序采用的是高分子材质纳滤膜，其对温度有一定限制性要求，如果采用的是耐高温型高分子膜和无机膜等比较特殊的膜品种，则可将进膜温度范围适当放宽以能满足膜正常运行的温度要求即可；
[0030](3)将换热后的60m3/h木浆造纸黑液用I台砂滤器进行粗滤，以去除水中的悬浮物及部分胶体杂质，该砂滤器采用碳钢内衬硬质橡胶的防腐壳体，内部装填有特种砂石滤料，该特种滤料为含稀有金属的非金属熔体经破碎后制成的细小颗粒(粒径为0.6-0.7mm),该颗粒硬度高、耐磨，且表面带电荷，能吸附水中的细小颗粒和大分子有机物，具有过滤效果好，出水澄清等优点，该砂滤器总过滤面积为4.52m2，特种砂石滤料的滤层高度为50cm，其运行设计参数可控制在如下范围:进水压力0.2^0.6MPa，反洗压力0.2^0.6MPa，滤速l(T20m/h，反冲洗间隔时间约4?20h，反冲洗流速3(T50m/h，冲洗时间I?3min ；
[0031](4)用自清洗过滤器对粗滤后的造纸黑液进行精密过滤，所选用自清洗过滤器采用PP材质叠片，过滤精度为20μπΓ?00μπι，过滤器壳体为SS316材质，按60m3/h处理量计共需选用6个4寸过滤单元并联组合，该叠片式过滤器分“过滤与反洗”两种运行工况，在过滤状态时，原液从外面通过叠片，杂质颗粒截留在叠片交叉点，当到达一定压差时或时间，系统自动进入反洗状态，控制器控制阀门改变水流方向，反冲水压拉升弹簧使叠片松开，将截留在叠片上的杂质冲洗甩出，该过滤器的运行参数可控制在如下范围:运行压力
0.Γ1.0MPa，采用外源式反冲洗，反洗压力0.5^1.0MPa，反洗流量50m3/h，反冲洗间隔时间约2-6h，对各个过滤单元按顺次逐个反冲洗，每单元反冲洗时间约10-20秒，每单元反冲洗间隔约5?10秒；
[0032](5)精滤后的造纸黑液进入黑液中间罐，再通过耐碱纳滤膜机组对“砂滤+自清洗过滤”预过滤之后的造纸黑液进行膜过滤集中处理，该耐碱纳滤膜机组采用多级分段方式，由内部各级循环泵与各级纳滤膜元件、管阀等组合而成，可有效实现分级浓缩，使木浆黑液中的木质素浓度能被逐步提高，使最终排出浓缩液中的木质素能达到方便利用的所需高含量，另外，由于最下一级的木质素浓度高，该级膜的渗透通量很低，运行效率较低，因此特别对最下一级纳滤膜组件采用加水渗析方式，这在不影响木质素截留的情况下，通过加水能提高运行膜通量，并可以将高浓度碱液尽量洗脱，这在相当程度上优化该膜机组的实际运行效果，选用的纳滤膜为高分子材质的卷式膜元件，其截留分子量范围为20(Γ1500之间，由于纳滤膜的分离原理，绝大部分木质素等固形物能被纳滤膜所截留，而大部分水与氢氧化钠会透过膜，这就实现了将木质素的富集与碱液的回收，本优选实施例中，对纳滤过程的运行参数可控制在如下范围:运行压力1.5^3.0MPa，温度2(T50°C，过程浓缩比约5倍，纳滤过程平均膜通量约2(T40Lmh。经纳滤膜分离后，膜浓缩液中的固形物浓度达到22?25%，对木质素的回收率大于96% ；
[0033](6)将呈碱性的纳滤膜滤出液输送至回收碱液储罐，再通过回收碱液输送泵将滤出液返至造纸生产中的蒸煮工段循环使用，来实现对造纸黑液中碱的回收利用；
[0034](7)将富含木质素等固形物的纳滤膜浓缩液输送至蒸发浓缩罐，进行蒸发浓缩后，再进行深加工处理后可制成其它工业产品(如混凝土添加剂、油田表面活性剂、土壤改良齐U、工业用分散剂和粘合剂等)，实现了对造纸黑液中主要污染物-木质素的资源化利用，实现了变废为宝。
[0035]步骤(3)和(4)中，“砂滤+自清洗过滤器”的过滤组合为木浆造纸黑液的预过滤过程，其作用是保护后续分离孔径更小、更为精密的膜分离过程，用来降低膜的污染负荷以保障膜系统能平稳正常运行。
[0036]本实用新型针对木浆造纸黑液中存在的有害成份及污染物类型，整合了多项水处理单元技术，实现了装置系统的集成与优化，以我国木浆造纸黑液的处理现状与真实需求为出发点，以实现污染物的节能减排与回收利用为根本目的，能较好地解决地木浆造纸黑液面临的治理难题，能实现对黑液中木质素及碱(苛性钠)等有用成分的回收与利用，可对木浆造纸黑液实现资源化利用，本实用新型对木浆造纸黑液的适用范围广、技术先进、流程简单、技术可靠，具有实际推广应用价值，能产生比较明显的社会、经济及环境效益。
[0037]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种实现木浆造纸黑液处理及回收的集成装置，其特征在于，该装置包括:通过管道依次连接的木浆造纸黑液收集罐、热交换器、砂滤器、自清洗过滤器、黑液中间罐、保安过滤器和耐碱纳滤膜机组，所述耐碱纳滤膜机组包括多级纳滤膜组件，将各级纳滤膜组件的滤出液出口汇总后并与回收碱液储罐连接，上一级纳滤膜组件的浓水出口与下一级纳滤膜组件的进口连接，最下一级纳滤膜组件的浓水出口与蒸发浓缩罐连接，最下一级纳滤膜组件的进口还通过透析水泵与第一外部水源连接。
2.根据权利要求1所述的集成装置，其特征在于，所述纳滤膜组件包括循环泵和纳滤膜元件，所述纳滤膜元件为卷式膜、管式膜、板式膜、中空纤维膜中的一种或多种的组合。
3.根据权利要求2所述的集成装置，其特征在于，所述纳滤膜元件的膜材质为无机膜或高分子有机膜。
4.根据权利要求1所述的集成装置，其特征在于，所述木浆造纸黑液收集罐与热交换器之间安装有输送泵，所述黑液中间罐与保安过滤器之间安装有进料泵，所述回收碱液储罐与回收碱液输送泵连接。
5.根据权利要求1所述的集成装置，其特征在于，所述砂滤器为外源反洗式砂滤器，所述外源反洗式砂滤器与第二外部水源连接，所述第二外部水源用于提供反洗水。
6.根据权利要求1所述的集成装置，其特征在于，所述砂滤器内设的集水管上均匀分布有用于收集经过砂滤后出水的水帽。
【文档编号】D21C11/04GK204080531SQ201420532499
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月17日 优先权日:2014年9月17日
【发明者】谢雄, 李念, 王洪, 杨鉴 申请人:武汉钢铁(集团)公司