专利名称：草浆黑液的碱回收新工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种草浆黑液碱回收处理的新工艺，采用在电渗析之前增加黑液扩散渗析处理过程，实现碱回收过程的连续性，提高碱回收效率。属于环境技术和电化学领域。
背景技术：
造纸行业废水排放量大，其中含有大量的纤维素、木质素以及相当的化学药品，耗氧量大，是人们所注目的污染源，它能引起整个水体污染和生态环境的严重破坏。其中蒸煮黑液的污染最为严重，占整个造纸工业污染的90％。目前，国内外处理这类废水的常用方法有传统碱回收法、酸析法、絮凝沉降法及厌氧处理法。采用传统碱回收法不仅可以大大降低黑液的高负荷污染，BOD可以减少80％～85％，还可以回收热能、化学品、降低成本、增加经济效益，但我国大多采用麦草、稻草、桔梗、芦苇、龙须草和蔗渣等草本植物为原料制浆，其产生的草浆黑液具有粘度大，热值低，燃烧困难等特点；另外，草浆中含硅量高，蒸发时易结垢堵塞管路，因此传统的燃烧碱回收方法并不能有效将其处理。酸析及絮凝沉降因为需要补加酸和絮凝剂，成本很高，而且酸析时的木素沉降效果很差。由于黑液中Na+对CH4菌具有毒副作用，高浓度硫化物对厌氧微生物也具有不利影响，另外，木素很难降解，因此，一般不适宜对草浆黑液直接进行厌氧处理。
电渗析方法提供了碱回收处理草浆黑液的可能性。陈长春等撰写的“电渗析法处理造纸黑液回收碱的实验研究”(环境污染与防治，1997，19(2)7-10)介绍了采用电渗析进行碱回收处理草浆黑液的方法。黑液通过阳极室循环，稀碱液通过阴极室循环大部分木质素能沉淀析出。单阳膜电渗析具有工艺流程简单，操作方便，设备投资少，易于自动化，不受硅干扰等特点。回收的阴极室稀碱液可直接回用于生产。但是利用电渗析处理黑液经常会遇到以下问题①碱回收率及回收浓度低，电耗较高；②电极不过关、易耗损，且选择合适的阳极材料困难，频繁更换、清洗电极，操作繁琐、费用高；③电渗析操作中还经常发生堵槽、堵膜及极化现象，限制了此渗析碱回收处理草浆黑液的实际应用范围。
发明内容
本发明针对现有技术处理草浆黑液的上述不足，设计提供了一种草浆黑液的碱回收新工艺，在电渗析之前增加黑液扩散渗析处理过程，实现碱回收过程的连续性，并选用新型的电极材料和膜材料，使之具有碱回收效率高，能耗较低，运行稳定的优点。
本发明工艺流程主要由两个环节组成扩散渗析过程和电渗析过程。扩散渗析器的构造由若干张隔板和离子交换膜相间放置组成。各个室的下方都布有曝气管，通入空气后，促进黑液的扩散效率，各槽室的下部有进水管，口部有排水管。扩散渗析得到的稀碱液作为电渗析过程阴极室的电解液，而经扩散渗析处理的草浆黑液在电渗析过程过程中可较容易地得到进一步酸化，析出木质素。
电渗析过程采用两室电解槽，并由单阳膜隔开。黑液通过阳极室循环，稀碱液通过阴极室循环。阳极采用石墨、二氧化铱、钛基涂铅或钛涂镣等不溶性阳极。阴极采用不锈钢电极。阳极室下方布有曝气管，通过控制曝气条件来促进黑液的循环与扩散。电渗析过程在常温常压下进行，外加直流电压8～10伏。电流强度控制在1安。电极间距离为2cm，阴极室稀碱液浓度控制在0.015～0.050mol/L。
扩散渗析是利用某种渗析膜把浓度不同的溶液隔开。溶质即从浓度高的一侧通过渗析膜扩散到浓度低的一侧。当膜两侧的浓度达到平衡时，渗析过程即停止进行。扩散渗析不需电极，只使用单一种膜，不消耗电能，操作管理简单。使用的渗析膜可以是离子交换膜、疏水氟膜、亲水氟膜等，其中尤以亲水氟膜的效果更好。草浆黑液中含有相当的氢氧化钠，pH值高达11～13。因此可利用扩散渗析回收其中的一部分碱。采用单阳膜电渗析的工艺一般采用循环式流程，黑液通过阳极室循环，稀碱液通过阴极室循环。在直流电场作用下，Na+通过阳膜进入阴极室，与电解产生的OH-结合生成NaOH而得以回收碱；阳极室黑液由于电解产生的H+，不断被酸化，到一定程度，大部分木质素将沉淀析出。
采用本发明的碱回收工艺处理草浆黑液，蒸煮黑液适宜于立即进行扩散渗析处理，而久置后黑液将不利于扩散渗析效果。在本发明工艺流程中，通过控制曝气条件，选用新型疏水氟膜及不溶性的二氧化铱阳极，较好地解决了碱回收率低，能耗高，选择膜材料及阳极材料困难及堵管堵膜等问题，实现了碱回收的连续性。
图1为本发明的工艺流程图。
如图所示，本发明采用在电渗析之前先进行扩散渗析，电渗析之后再进一步进行常规的酸析、生化处理和电催化氧化处理。在扩散渗析中，黑液中的碱通过扩散膜渗析到蒸馏水里，经扩散渗析后蒸馏水变成稀碱溶液，作为电渗析过程阴极室的电解液，对扩散渗析后的黑液再进行电渗析，由此得到的稀碱液作为增浓回收碱，回流到造纸原料处重复利用。对电渗析后的黑液酸析，加酸降低pH值，一方面使之析出一部分木质素，另一方面使其达到生化处理的酸度，进行生化处理。从生化处理池流出的废水再进行电催化氧化处理后，得到的水便可以排放或重复利用。
图2为本发明利用单阳膜电渗析处理造纸黑液的示意图。
如图所示，电渗析采用单阳膜隔成阳极室和阴极室，采用循环式流程，扩散渗析后的黑液通过阳极室循环，稀碱液通过阴极室循环。在直流电场作用下，Na+通过阳膜进入阴极室，与电解产生的OH-结合生成NaOH而得以回收碱；阳极室黑液由于电解产生的H+，不断被酸化，到一定程度，大部分酸化的木质素将沉淀析出。
具体实施例方式
表1离子交换膜扩散渗析和恒流处理黑液的结果
从中可以看出，黑液经扩散渗析后，CODCr去除率为14％，NaOH回收率为8.9％，电渗析联合处理后，回收了54.4％左右的Na+，并且有29.7％的CODCr去除率。
在扩散渗析及电渗析后，再经酸析、生化处理及电催化氧化处理，原黑液的CODCr降低到0.1360mg/L，达到了工业废水排放标准，并且，此水还可作为生产用水重复利用。
在此处理工艺中，由于增加了扩散渗析，使电渗析过程中节省了电能，酸析中减小了酸用量。
表2疏水氟膜扩散渗析和恒流处理黑液的结果
从中可以看出，黑液经扩散渗析后，CODCr去除率为16.3％，NaOH回收率为13.4％，电渗析联合处理后，回收了59.3％左右的Na+，并且有31.1％的CODCr去除率。
表3亲水氟膜扩散渗析和恒流处理黑液的结果
从中可以看出，黑液经扩散渗析CODCr去除率为17.2％，NaOH回收率为15.0％及电渗析联合处理后，回收了60％左右的Na+，CODCr去除率为33.19％。
由此得到(1)扩散渗析降低了约14％-15％的Na+，故节约了14％-15％的电耗。使这一部分的碱液得到重复利用，节约了造纸原料。并且在下一步的酸析过程中节省了酸用量。(2)去除了部分COD改善了与黑液的粘度等性质。(3)选用了多种膜，并发现新型价廉的氟膜效果更好。
而现有技术对黑液通过单阳膜电渗析方法回收碱，回收率为50％左右，而且其结果全部在耗电的条件下得到的。对比之下，本发明的效果更好。
权利要求
1.一种草浆黑液的碱回收新工艺，其特征在于先将蒸煮黑液进行扩散渗析，得到的稀碱液再作为电渗析过程中阴极室的电解液，电渗析采用单阳膜隔成阳极室和阴极室，采用循环式流程，黑液通过阳极室循环，稀碱液通过阴极室循环，电渗析过程在常温常压下进行，外加直流电压8～10伏，电流强度控制在1A，电极间距为2cm，阴极室稀碱液浓度控制在0.015～0.050mol/L，得到增浓回收碱后再对电渗析后的黑液进行酸析、生化处理、电催化氧化处理。
2.如权利要求1所说的一种草浆黑液的碱回收新工艺，其特征在于扩散渗析时采用曝气促进黑液的扩散效率。
3.如权利要求1所说的一种草浆黑液的碱回收新工艺，其特征在于扩散渗析采用亲水氟膜，电渗析采用疏水氟膜。
4.如权利要求1所说的一种草浆黑液的碱回收新工艺，其特征在于电渗析采用石墨、二氧化铱、钛基涂铅或钛涂镣等不溶性电极作为阳极。
全文摘要
一种草浆黑液的碱回收新工艺,先将蒸煮黑液进行扩散渗析,得到的稀碱液再作为电渗析过程中阴极室的电解液。电渗析采用单阳膜隔成阳极室和阴极室,采用循环式流程,黑液通过阳极室循环,稀碱液通过阴极室循环,电渗析过程在常温常压下进行,外加直流电压8～10伏,电流强度控制在1A,电极间距为2cm,阴极室稀碱液浓度控制在0.015～0.050mol/l,得到增浓回收碱后再对电渗析后的黑液进行酸析、生化处理、电催化氧化处理。本发明选用新型价廉的氟膜,提高了碱回收率,并降低了能耗,具有很好的应用前景。
文档编号C02F1/44GK1334376SQ01126588
公开日2002年2月6日 申请日期2001年8月30日 优先权日2001年8月30日
发明者贾金平, 叶建昌, 王亚林 申请人:上海交通大学