申請日2016.07.20

　　公開(公告)日2016.10.12

　　IPC分類號C02F9/14; C02F103/28

　　摘要

　　本發(fā)明公開了一種去除造紙廢水中纖維素的處理系統(tǒng)，包括集水井、粗格柵、一次沉淀池、pH值調(diào)節(jié)池、超聲波催化交聯(lián)‑纖維素壓濾分離系統(tǒng)、曝氣池、生物氧化濾池、二次沉淀池、凈水池。本系統(tǒng)創(chuàng)造性的利用了纖維素在某些弱酸物質(zhì)存在下會發(fā)生交聯(lián)反應的特性，選用檸檬酸作為交聯(lián)劑，并選用檸檬酸三鈉作為催化劑，將其投加進含有大量天然纖維素的造紙廢水中并使其充分混合，再通過超聲波的催化活化作用，使檸檬酸與天然纖維素發(fā)生環(huán)酐‑酯化反應，生成一種具備空間化學交聯(lián)結(jié)構(gòu)的纖維素凝膠物質(zhì)。該物質(zhì)不溶于水并具有絮凝特性，因此，還能同時對造紙廢水中的高濃度COD進行絮凝沉淀凈化，實現(xiàn)同時去除造紙廢水中纖維素和COD的效果。

　　權利要求書

　　1.一種去除造紙廢水中纖維素的處理系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括集水井、粗格柵、一次沉淀池、pH值調(diào)節(jié)池、超聲波催化交聯(lián)-纖維素壓濾分離系統(tǒng)、曝氣池、生物氧化濾池、二次沉淀池、凈水池等;其中，含有纖維素的造紙廢水通過廢水管線進入集水井，集水井的出口通過廢水管線連接粗格柵，粗格柵的出口通過廢水管線連接一次沉淀池，一次沉淀池的出口通過廢水管線連接pH值調(diào)節(jié)池，pH值調(diào)節(jié)池的出口通過廢水管線連接超聲波催化交聯(lián)-纖維素壓濾分離系統(tǒng)，超聲波催化交聯(lián)-纖維素壓濾分離系統(tǒng)的出口通過廢水管線連接曝氣池，曝氣池的出口通過廢水管線連接生物氧化濾池，生物氧化濾池的出口通過廢水管線連接二次沉淀池，二次沉淀池的出口通過廢水管線連接凈水池，凈水池的出口通過廢水管線將經(jīng)過本系統(tǒng)處理后的凈化出水外排;其中，超聲波催化交聯(lián)-纖維素壓濾分離系統(tǒng)由加藥預混區(qū)、超聲波催化交聯(lián)反應區(qū)和壓濾罐三部分組成，最前端設有進水閥門，進水閥門通過管道連接至加藥預混區(qū)，該區(qū)域頂部設有3支加藥噴頭，中部安裝有1支攪拌槳葉，加藥預混區(qū)通過管道連接至超聲波催化交聯(lián)反應區(qū)，該區(qū)域并排安裝有6部超聲波發(fā)生器，超聲波催化交聯(lián)反應區(qū)通過管道連接至壓濾罐，其頂部安裝有1套活塞式壓濾裝置，罐體下部左、右兩側(cè)分別裝有1支活塞限位器，活塞限位器下方左側(cè)安裝有1套電動推泥裝置，右側(cè)設有污泥排口，其下方安裝有1套不銹鋼細濾網(wǎng)，罐體最下端設有排水閥門。

　　2.根據(jù)權利要求1所述的去除造紙廢水中纖維素的處理系統(tǒng)，其特征在于，經(jīng)過pH值調(diào)節(jié)處理后(處理后pH值為6.5~8.0)的造紙廢水通過位于超聲波催化交聯(lián)-纖維素壓濾分離系統(tǒng)最前端的進水閥門進入本系統(tǒng)，廢水首先進入加藥預混區(qū)，此時位于該區(qū)域頂部的3支加藥噴頭向廢水中添加檸檬酸與檸檬酸三鈉混合溶液，并在攪拌槳葉的攪拌下充分混合均勻，之后廢水通過管道進入超聲波催化交聯(lián)反應區(qū)，此區(qū)域的管道直徑明顯變小，會使廢水的壓強顯著增大，同時6部超聲波發(fā)生器開始工作，向管道內(nèi)廢水發(fā)射特定頻率的超聲波，廢水在檸檬酸三鈉、較大壓強以及超聲波的三重催化作用下，其中的纖維素會與檸檬酸發(fā)生環(huán)酐-酯化反應，生成一種具備空間化學交聯(lián)結(jié)構(gòu)的纖維素凝膠物質(zhì)，該物質(zhì)不溶于水并具有絮凝特性，會在廢水中發(fā)生絮凝作用，吸附廢水中大量COD并形成懸濁物，其后隨廢水一同進入壓濾罐，當壓濾罐中蓄積足夠的廢水時，位于其頂部的活塞式壓濾裝置啟動，將罐體中廢水壓縮至活塞限位器位置，由于廢水中的纖維素凝膠物質(zhì)體積較大，無法通過不銹鋼細濾網(wǎng)，壓濾過程中，會被截留在不銹鋼細濾網(wǎng)之上，而經(jīng)過壓濾處理后的廢水，其COD含量顯著下降，通過不銹鋼細濾網(wǎng)及出水閥門排出壓濾罐，進入下一處理工序，同時截留于不銹鋼細濾網(wǎng)之上的纖維素凝膠物質(zhì)中吸附了廢水中大量COD，經(jīng)過壓濾脫水后，會形成半干狀污泥，通過位于罐體左下方的電動推泥裝置推動，從位于罐體右下方的污泥排口排出壓濾罐，經(jīng)集中回收后另行處理。

　　3.根據(jù)權利要求1所述的去除造紙廢水中纖維素的處理系統(tǒng)，其特征在于，超聲波催化交聯(lián)-纖維素壓濾分離系統(tǒng)的加藥噴頭的工作電壓為30V，噴射壓力范圍為10~35kg，其噴射的檸檬酸-檸檬酸三鈉混合溶液中，檸檬酸的質(zhì)量含量為18.3%，檸檬酸三鈉的質(zhì)量含量為1.7%。

　　4.根據(jù)權利要求1所述的去除造紙廢水中纖維素的處理系統(tǒng)，其特征在于，壓濾罐的有效容積為320m3，活塞式壓濾裝置的工作電壓為380V，額定功率為3.5kW。

　　說明書

　　一種去除造紙廢水中纖維素的處理系統(tǒng)

　　技術領域

　　本發(fā)明涉及一種去除造紙廢水中纖維素的處理系統(tǒng)，屬于環(huán)境保護中的廢水處理領域。

　　背景技術

　　造紙工業(yè)是我國傳統(tǒng)的用水大戶，也是造成水污染的重要污染源之一。目前，我國造紙工業(yè)廢水排放量及COD排放量均居各類工業(yè)排放量的首位，造紙工業(yè)對水環(huán)境的污染最為嚴重，它不僅是我國造紙工業(yè)污染防治的首要問題，還是我國工業(yè)廢水進行達標處理的首要問題。據(jù)統(tǒng)計，我國縣及縣以上造紙及紙制品工業(yè)廢水排放量占全國工業(yè)總排放量的18.6%，其中處理排放達標量占造紙工業(yè)廢水總排放量的49.3%。造紙廢水產(chǎn)生于從備料到抄紙的各個工段，廢水種類多，所含污染物種類復雜，如不加以嚴格治理，它們都將會對環(huán)境產(chǎn)生嚴重的污染。若廢水不經(jīng)處理直接排入江河中不僅嚴重污染水源，也會造成大量的資源浪費。

　　造紙工業(yè)生產(chǎn)分為兩個主要工藝階段，即制漿和抄紙。制漿是把植物原料中的纖維分離出來，制成漿料，再經(jīng)漂白;抄紙則是把漿料稀釋、成型、壓榨、烘干、制成紙張。這兩項工藝都耗用大量的水，每生產(chǎn)1噸紙約需水100噸(木漿)至400噸(草漿)，其中大部分作為廢水排出。造紙廢水中含COD和懸浮物濃度很高。

　　制漿產(chǎn)生的廢水，污染最為嚴重。洗漿時排出廢水呈黑褐色，稱為黑液。每生產(chǎn)1噸紙漿，排出10波美度(10°Be′)的黑液約10噸。黑液中的污染物濃度很高，BOD高達5000～40000mg/L，纖維總量有時高達產(chǎn)品總量15%以上。漂白工序排出的廢水中也含有酸、堿等物質(zhì)。在抄紙工藝中，抄紙機前端排出的廢水，稱為白水，其中含有大量纖維和在生產(chǎn)過程中添加的填料和膠料，大多是有用物質(zhì)。黑液和白水是造紙工業(yè)的主要廢水。

　　造紙廢水的另一大特點是其中含有大量的纖維素和木質(zhì)素，其不溶于水和有機溶劑，并且很難被生物降解。目前，我國造紙工業(yè)中較常見的纖維素處理方法包括：撈漿工藝和厭氧酸化反應等。

　　(1)撈漿工藝：

　　造紙廢水中所含有的大量纖維素，可以經(jīng)回收后生產(chǎn)低檔紙箱板及包裝用紙。目前采用較多的撈漿方法是斜篩和纖維回收機，這兩種方法都是通過物理過濾方式，濾除廢水中較大體積的纖維素結(jié)塊，但難以過濾較小體積纖維素，對排水水質(zhì)的總體改善貢獻不大。

　　(2)厭氧酸化反應：

　　厭氧酸化反應是利用產(chǎn)甲烷菌等厭氧細菌的生物作用，通過對反應容器內(nèi)溫度的控制，使厭氧細菌增殖并使廢水迅速得以酸化，對纖維素進行生物代謝，從而將之降解為小分子有機物和無機物。但此方法需要較為復雜的工藝流程，同時還需要較大的設備投資和占地面積，不適宜大范圍推廣使用。

　　目前，現(xiàn)有的處理造紙廢水中纖維素的方法存在技術路線單一、處理效果不理想、工藝和設備復雜、成本高、易造成二次污染等問題。因此，有必要擺脫現(xiàn)有的處理技術思路，開辟出處理造紙廢水中纖維素的新途徑，進而開發(fā)一種全新形式的造紙廢水中纖維素處理技術。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　為解決現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供了一種去除造紙廢水中纖維素的處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括集水井、粗格柵、一次沉淀池、pH值調(diào)節(jié)池、超聲波催化交聯(lián)-纖維素壓濾分離系統(tǒng)、曝氣池、生物氧化濾池、二次沉淀池、凈水池等;其中，含有纖維素的造紙廢水通過廢水管線進入集水井，在此進行集中收集和初步穩(wěn)定調(diào)節(jié)，集水井的出口通過廢水管線連接粗格柵，在此去除廢水中的大直徑固體物質(zhì)，粗格柵的出口通過廢水管線連接一次沉淀池，在此進一步去除廢水中的不溶物質(zhì)，一次沉淀池的出口通過廢水管線連接pH值調(diào)節(jié)池，廢水在此進行pH值的精確調(diào)節(jié)，pH值調(diào)節(jié)池出水的pH值范圍為6.5~8.0，以滿足超聲波催化交聯(lián)-纖維素壓濾分離系統(tǒng)的入水pH值要求，pH值調(diào)節(jié)池的出口通過廢水管線連接超聲波催化交聯(lián)-纖維素壓濾分離系統(tǒng)，超聲波催化交聯(lián)-纖維素壓濾分離系統(tǒng)的出口通過廢水管線連接曝氣池，在此通過好氧曝氣過程對廢水中剩余的COD進行初步氧化分解處理，曝氣池的出口通過廢水管線連接生物氧化濾池，在此對廢水殘留的COD進行最后的深度凈化處理，生物氧化濾池的出口通過廢水管線連接二次沉淀池，在此將廢水中的剩余不溶物質(zhì)全部除去，二次沉淀池的出口通過廢水管線連接凈水池，凈水池的出口通過廢水管線將經(jīng)過本系統(tǒng)處理后的凈化出水外排。

　　其中，超聲波催化交聯(lián)-纖維素壓濾分離系統(tǒng)由加藥預混區(qū)、超聲波催化交聯(lián)反應區(qū)和壓濾罐三部分組成，該系統(tǒng)最前端設有進水閥門，進水閥門通過管道連接至加藥預混區(qū)，該區(qū)域頂部設有3支加藥噴頭，中部安裝有1支攪拌槳葉，加藥預混區(qū)通過管道連接至超聲波催化交聯(lián)反應區(qū)，該區(qū)域并排安裝有6部超聲波發(fā)生器，超聲波催化交聯(lián)反應區(qū)通過管道連接至壓濾罐，其罐體采用不銹鋼材質(zhì)，其頂部安裝有1套活塞式壓濾裝置，罐體下部左、右兩側(cè)分別裝有1支活塞限位器，活塞限位器下方左側(cè)安裝有1套電動推泥裝置，右側(cè)設有污泥排口，其下方安裝有1套不銹鋼細濾網(wǎng)，罐體最下端設有排水閥門;經(jīng)過pH值調(diào)節(jié)處理后(處理后pH值為6.5~8.0)的造紙廢水通過位于超聲波催化交聯(lián)-纖維素壓濾分離系統(tǒng)最前端的進水閥門進入本系統(tǒng)，廢水首先進入加藥預混區(qū)，此時，位于該區(qū)域頂部的3支加藥噴頭向廢水中添加檸檬酸與檸檬酸三鈉混合溶液，并在攪拌槳葉的攪拌下充分混合均勻，之后，廢水通過管道進入超聲波催化交聯(lián)反應區(qū)，此區(qū)域的管道直徑明顯變小，會使廢水的壓強顯著增大，同時，6部超聲波發(fā)生器開始工作，向管道內(nèi)廢水發(fā)射特定頻率的超聲波，廢水在檸檬酸三鈉、較大壓強、以及超聲波的三重催化作用下，其中的纖維素會與檸檬酸發(fā)生環(huán)酐-酯化反應，生成一種具備空間化學交聯(lián)結(jié)構(gòu)的纖維素凝膠物質(zhì)，該物質(zhì)不溶于水并具有絮凝特性，會在廢水中發(fā)生絮凝作用，吸附廢水中大量COD并形成懸濁物，其后隨廢水一同進入壓濾罐，當壓濾罐中蓄積足夠的廢水時，位于其頂部的活塞式壓濾裝置啟動，將罐體中廢水壓縮至活塞限位器位置，由于廢水中的纖維素凝膠物質(zhì)體積較大，無法通過不銹鋼細濾網(wǎng)，壓濾過程中，會被截留在不銹鋼細濾網(wǎng)之上，而經(jīng)過壓濾處理后的廢水，其COD含量顯著下降，通過不銹鋼細濾網(wǎng)及出水閥門排出壓濾罐，進入下一處理工序，同時，截留于不銹鋼細濾網(wǎng)之上的纖維素凝膠物質(zhì)中吸附了廢水中大量COD，經(jīng)過壓濾脫水后，會形成半干狀污泥，通過位于罐體左下方的電動推泥裝置推動，從位于罐體右下方的污泥排口排出壓濾罐，經(jīng)集中回收后另行處理;其中，pH值調(diào)節(jié)池的作用是將經(jīng)過一次沉淀的廢水pH值調(diào)節(jié)至6.5~8.0，以滿足超聲波催化交聯(lián)-纖維素壓濾分離系統(tǒng)的入水pH值要求;其中，曝氣池的作用是通過好氧曝氣過程對廢水中剩余的COD進行初步氧化分解處理;其中，生物氧化濾池的作用是對廢水殘留的COD進行最后的深度凈化處理。

　　其中，超聲波催化交聯(lián)-纖維素壓濾分離系統(tǒng)，加藥噴頭的工作電壓為30V，噴射壓力范圍為10~35kg，其噴射的檸檬酸-檸檬酸三鈉混合溶液中，檸檬酸的含量為18.3%，檸檬酸三鈉的含量為1.7%。

　　其中，超聲波催化交聯(lián)-纖維素壓濾分離系統(tǒng)的超聲波發(fā)生器的工作電壓為30V，能夠發(fā)出頻率范圍為25500~28200Hz的超聲波，其使用壽命大于11000h。

　　其中，超聲波催化交聯(lián)-纖維素壓濾分離系統(tǒng)，壓濾罐的有效容積為320m3，活塞式壓濾裝置的工作電壓為380V，額定功率為3.5kW。

　　通過本系統(tǒng)處理后的廢水，其纖維素的去除效率可達97.8%。

　　本發(fā)明的優(yōu)點在于：

　　(1)本系統(tǒng)擺脫了現(xiàn)有的造紙廢水中纖維素處理技術思路，創(chuàng)造性的利用了纖維素在某些弱酸物質(zhì)存在下會發(fā)生交聯(lián)反應的特性，使用適當?shù)慕宦?lián)反應藥劑和催化劑，并利用了超聲波的催化活化作用，使纖維素發(fā)生環(huán)酐-酯化反應，生成一種不溶于水并具有絮凝特性的纖維素凝膠物質(zhì)，再通過壓濾操作，即可有效去除廢水中的纖維素，其處理效率可達到97.8%。

　　(2)由于纖維素交聯(lián)反應生成的凝膠物質(zhì)具有絮凝特性，其在反應生成之時即可與廢水中所含的COD發(fā)生絮凝沉淀反應，使廢水中的COD含量顯著降低，實現(xiàn)了同時去除造紙廢水中纖維素和COD的效果，大大節(jié)約了廢水的后續(xù)處理成本。

　　(3)本系統(tǒng)采用檸檬酸作為交聯(lián)劑，采用檸檬酸三鈉作為催化劑，兩種試劑均無毒無害，從而消除了引入新的、危害更大的污染物的風險。

　　(4)本系統(tǒng)原理簡單易行，設計施工成本較低，并且處理效果較好，運行維護成本很低，有利于大范圍推廣應用。