专利名称：一种基于膜技术的造纸黑液高效综合处理方法
技术领域：
本发明涉及造纸黑液处理方法，具体为一种利用纳滤膜和反渗透膜系统对造纸黑 液进行高效综合处理的方法。
背景技术：
纤维素是造纸的主要原料，纤维素属碱不溶物，在蒸球内的碱液中，木质素和半纤 维素可溶解于碱液中形成黑液，因此，麦草或者木材在蒸球蒸煮过程中，木质素和半纤维素 被碱溶液溶解，形成含有水、残碱、纤维素、碱木素和半纤维素的原始浆液，原始浆液经浆液 分离，不被碱液溶解的纤维素(纸浆)被提取分离出来，送洗、选漂工序做进一步处理，提取 纸浆后，含有固形物的废液因颜色黑而被称作黑液，黑液中主要含有残碱、水和溶于碱液中 的碱木素、半纤维素及少量的无机盐等物质。含有大量木质素的黑液在造纸废水COD组成中约占47.9%，在色度组成中约占 59.4%,是造纸废水中主要污染源，半纤维素则是造纸废水中的另一主要污染源，它们约占 黑液污染物总量的90%以上，是造纸废水对环境污染的源头。目前正在使用的造纸黑液处理办法是浓缩烧掉黑液中的有机物，回收热能和碱。 主要方法有絮凝_沉淀法，微生物处理法，化学品回收或几种工艺结合的处理方法等，经这 些方法处理的废水水质不能满足排放标准，同时黑液中高附加值的木质素成分得不到回 收。中国专利公开号为CN111671A公开了一种造纸黑液处理和回收利用技术，其特征 是在常温、常压、中性条件下，用CY系列脱稳剂将造纸黑液中的悬浮物凝聚后过滤，滤液经 厌氧-好氧生物方法处理后排放；滤渣烘干后，送普通固体燃烧炉焚烧生产蒸汽；烧后残渣 加Ca(OH)2水溶液苛化回收碱。此方法使用大量的CY系列脱稳剂，操作复杂，不利于工业
化大生产。中国专利公开号为CN101402500A公开了造纸黑液膜处理方法。该发明包括将造 纸黑液经过滤袋过滤后，得到滤渣和滤液，滤液进入微滤膜分离装置，得到浓缩液和滤液， 滤液再进入纳滤膜分离装置，获得含碱的滤液和含木质素及半纤维素的浓缩液，滤渣和浓 缩液经蒸发器蒸发，而含碱滤液返回循环利用或送去溶解锅炉燃烧后的碱灰。此方法浓缩 液燃烧消耗大量的热能，同时黑液中的有效成分木质素无法得到回收利用。尽管上述方法有的已经投入使用，但是从生产上来说不具有较高的生产效率，其 缺点主要表现在1.沉淀剂的添加使黑液中的悬浮物及胶体等大颗粒沉淀，添加沉淀剂的 方法会增加资源的投入；2.初沉池、中沉池、终沉池的选用采用各种沉降池来沉降废水中 的污染物，占地面积大，目前用地紧缺的情况下，此方法不宜采用；3.生物方法的采用选用 生物方法来处理黑液，污泥培养时间长，不耐高冲压水，耗时长，不利于大型连续化作业； 4.直接黑液膜分离浓缩液量比较大直接燃烧消耗大量的热能，同时高附加值的木质素无法 回收。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种基于膜技术的造纸黑液高效综合处理方 法，以解决上述背景技术中的缺点。本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现一种基于膜技术的造纸黑液高效综合处理方法，利用一套膜技术首先分离市场价 值高的造纸黑液中的有价成分木质素，同时利用膜分离法实现酸析废液的达标排放，可以 减少废水排放，保护环境，节约水资源，其具体实施步骤为(1)用1 5μπι滤袋过滤造纸黑液，除掉其中的大颗粒杂质及悬浮物；(2)然后在一定温度和压力条件下，利用纳滤膜系统使黑液分离成为含碱的滤液 和含木质素及半纤维素的浓缩液，降低黑液中的碱含量及大量的小分子有机物，提高大分 子量的木质素产品质量，含碱滤液返回循环利用或送去溶解锅炉燃烧后的碱灰，含木质素 及半纤维素的浓缩液通过加酸搅拌，静置沉淀一段时间后，再分离出底部沉淀的木质素，同 时得到上清液即造纸黑液酸析废液；(3)造纸黑液酸析废液通过加入生石灰来调整溶液的ρΗ，同时去除溶液里的部分 二价盐，搅拌絮凝沉淀3小时左右，分离去除沉淀，得到酸析木质素废液；(4)利用膜组件处理酸析木质素废液，其中膜组件包括纳滤膜和反渗透膜，辅助设 备包括高压水泵，水箱和各种压力表。本发明中，步骤⑷具体实施步骤是a、首先用1 5μπι滤袋过滤酸析木质素废液，除掉其中的大颗粒杂质及悬浮物；b、然后在一定的压力、温度条件下使废液依次通过纳滤膜和反渗透膜。本发明中，所述步骤(2)中所述的含木质素及半纤维素的浓缩液需加入浓硫酸调 整ρΗ为2 4，沉淀时间为1 2小时。本发明中，所述步骤(3)中所述的造纸黑液酸析废液需加入生石灰调整ρΗ为8 10，沉淀时间为3小时左右。本发明中，纳滤膜系统工作时的操作温度为20_40°C，压力为1. 0-3. OMPa ；反渗透 膜系统工作时的操作温度为20-40°C，压力为1. 0-2. 5MPa。本发明中，膜组件的材料为有机高分子，其中膜面材料为纤维素衍生物类、聚砜类 和聚酰胺类，膜面支撑材料为聚酯类和聚烯烃类。本发明中，所述纳滤膜孔径Inm左右，反渗透膜孔径0. Inm lnm。本发明中，所述纳滤膜、反渗透膜为板式膜、卷式膜或管式膜的一种。经过以上2级膜处理后，透过液COD小于2000mg/L，SS含量几乎为零，这部分废水 可以进入传统的生化池生化处理，或者返回生产工艺中作为生产用水，从而实现水的回用； 滤渣和2级膜浓缩液总量较少，经传统的蒸发器蒸发后燃烧处理，由于浓缩液浓度高同时 相对总量较少，可以减少传统黑液直接蒸发燃烧的能耗。有益效果本发明可使造纸黑液中高附加值的木质素得到回收利用，同时部分水 进入生产上游，循环利用，减少废水的排放，保护环境。
图1为本发明流程的示意图
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合具体图示，进一步阐述本发明。实施例1将65升的造纸黑液通过Ιμπι滤袋进行初过滤，然后在温度为35°C，压力为
2.OMPa的条件下经过膜通量为17LMH的卷式耐碱的纳滤膜系统，得到含碱滤液和32升含 木质素及半纤维素的浓缩液，含碱滤液返回循环利用或送去溶解锅炉燃烧后的碱灰，32升 浓缩液加入浓硫酸调节到PH = 3，边加边搅拌，pH调节完毕后，将料液静置1. 5h，使用抽滤 机分离酸析后的木质素废液，得到造纸黑液酸析废液30L和木质素沉淀。造纸黑液酸析废 液中加入工业石灰调溶液PH = 8，搅拌絮凝沉淀，3h后，用滤袋过滤，分离去除沉淀，得到约 27L酸析木质素废液。酸析木质素废液通过Iym滤袋进行初过滤，然后再在温度为36°C， 压力为2. 20MPa的条件下经过膜通量为6LMH的卷式纳滤膜系统，滤出液再在温度为28°C， 压力为2. OOMPa的条件下经过膜通量为10LMH的反渗透膜系统。最终浓缩液体积为10升，送入传统的蒸发炉里燃烧；最终渗透液体积17升，COD 为1500mg/L，水质清澈，可满足工业用水。实施例2将30升的造纸黑液通过3μπι滤袋进行初过滤，然后在温度为20°C，压力为 1. OMPa的条件下经过膜通量为17LMH的板式耐碱的纳滤膜系统，得到含碱滤液和17升含木 质素及半纤维素的浓缩液，含碱滤液返回循环利用或送去溶解锅炉燃烧后的碱灰，17升浓 缩液加入浓硫酸调节到PH = 2，边加边搅拌，pH调节完毕后，将料液静置lh，使用抽滤机分 离酸析后的木质素废液，得到造纸黑液酸析废液15升和木质素沉淀。造纸黑液酸析废液中 加入工业石灰调溶液PH = 9，搅拌絮凝沉淀，3h后，用滤袋过滤，分离去除沉淀，得到约13 升酸析木质素废液。酸析木质素废液通过1 μ m滤袋进行初过滤，然后再在温度为20°C，压 力为1. OOMPa的条件下经过膜通量为6LMH的板式纳滤膜系统，滤出液再在温度为20°C，压 力为1. OOMPa的条件下经过膜通量为10LMH的反渗透膜系统。最终浓缩液体积为5升，送入传统的蒸发炉里燃烧；最终渗透液体积7升，COD为 1550mg/L,水质清澈，可满足工业用水。实施例3将50升的造纸黑液通过Ιμπι滤袋进行初过滤，然后在温度为40°C，压力为
3.OMPa的条件下经过膜通量为17LMH的管式耐碱的纳滤膜系统，得到含碱滤液和28升含木 质素及半纤维素的浓缩液，含碱滤液返回循环利用或送去溶解锅炉燃烧后的碱灰，28升浓 缩液加入浓硫酸调节到PH = 4，边加边搅拌，pH调节完毕后，将料液静置2h，使用抽滤机分 离酸析后的木质素废液，得到造纸黑液酸析废液25升和木质素沉淀。造纸黑液酸析废液 中加入工业石灰调溶液PH = 10，搅拌絮凝沉淀，3h后，用滤袋过滤，分离去除沉淀，得到约 20升酸析木质素废液。酸析木质素废液通过5 μ m滤袋进行初过滤，然后再在温度为40°C， 压力为3. OMPa的条件下经过膜通量为6LMH的管式纳滤膜系统，滤出液再在温度为40°C，压 力为2. 5MPa的条件下经过膜通量为10LMH的反渗透膜系统。最终浓缩液体积为8升，送入传统的蒸发炉里燃烧；最终渗透液体积10升，COD为1600mg/L,水质清澈，可满足工业用水。 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。
权利要求
一种基于膜技术的造纸黑液高效综合处理方法，其特征在于，具体实施步骤为(1)用1～5μm滤袋过滤造纸黑液，除掉其中的大颗粒杂质及悬浮物；(2)然后在一定温度和压力条件下，利用纳滤膜系统使黑液分离成为含碱的滤液和含木质素及半纤维素的浓缩液，降低黑液中的碱含量及大量的小分子有机物，提高大分子量的木质素产品质量，含碱滤液返回循环利用或送去溶解锅炉燃烧后的碱灰，含木质素及半纤维素的浓缩液通过加酸搅拌，静置沉淀一段时间后，再分离出底部沉淀的木质素，同时得到上清液即造纸黑液酸析废液；(3)造纸黑液酸析废液通过加入生石灰来调整溶液的pH，同时去除溶液里的部分二价盐，搅拌絮凝沉淀3小时左右，分离去除沉淀，得到酸析木质素废液；(4)利用膜组件处理酸析木质素废液，其中膜组件包括纳滤膜和反渗透膜，辅助设备包括高压水泵，水箱和各种压力表。
2.根据权利要求1所述的一种基于膜技术的造纸黑液高效综合处理方法，其特征在 于，步骤(4)具体实施步骤是a、首先用1 5μπι滤袋过滤调碱后的造纸黑液酸析废液，除掉其中的大颗粒杂质及悬 浮物；b、然后在一定的压力、温度条件下使废液依次通过纳滤膜和反渗透膜。
3.根据权利要求1所述的一种基于膜技术的造纸黑液高效综合处理方法，其特征在 于，步骤(2)中所述的含木质素及半纤维素的浓缩液需加入浓硫酸调整pH为2 4，沉淀时 间为1 2小时。
4.根据权利要求1所述的一种基于膜技术的造纸黑液高效综合处理方法，其特征在 于，步骤(3)中所述的造纸黑液酸析废液需加入生石灰调整pH为8 10，沉淀时间为3小 时左右。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于膜技术的造纸黑液高效综合处理方法，其特征 在于，纳滤膜系统工作时的操作温度为20-40°C，压力为1. 0-3. OMPa ；反渗透膜系统工作时 的操作温度为20-40°C，压力为1. 0-2. 5MPa。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于膜技术的造纸黑液高效综合处理方法，其特征 在于，膜组件的材料为有机高分子，其中膜面材料为纤维素衍生物类、聚砜类和聚酰胺类， 膜面支撑材料为聚酯类和聚烯烃类。
7.根据权利要求1或2所述的一种基于膜技术的造纸黑液高效综合处理方法，其特征 在于，所述纳滤膜孔径Inm左右，反渗透膜孔径0. Inm lnm。
全文摘要
一种基于膜技术的造纸黑液高效综合处理方法，其中膜组件包括纳滤膜和反渗透膜，所述的膜组件均为高分子有机膜，本发明公布了具体的实施方法，即造纸黑液依次通过耐碱的纳滤膜，浓缩液经过加酸析出高附加值的木质素，酸析木质素废水通过加石灰调pH，除二价盐，滤出液依次通过纳滤膜和反渗透膜，膜组件可更换清洗反复使用，最后的透过液进行生产回用或者生化处理。
文档编号C02F9/04GK101948192SQ201010266728
公开日2011年1月19日 申请日期2010年8月31日 优先权日2010年8月31日
发明者刘久清 申请人:长沙绿芯科技有限公司