申請(qǐng)日2016.07.20

　　公開(kāi)(公告)日2016.10.12

　　IPC分類(lèi)號(hào)C02F9/14; C02F103/28

　　摘要

　　本發(fā)明公開(kāi)了一種去除造紙廢水中纖維素的處理方法，廢水依次通過(guò)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、凈水池進(jìn)行處理。本發(fā)明創(chuàng)造性的利用了纖維素在某些弱酸物質(zhì)存在下會(huì)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)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(jìn)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(guò)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(yīng)，生成一種具備空間化學(xué)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，實(shí)現(xiàn)同時(shí)去除造紙廢水中纖維素和COD的效果。

　　權(quán)利要求書(shū)

　　1.一種去除造紙廢水中纖維素的處理方法，其特征在于，含有纖維素的造紙廢水通過(guò)廢水管線(xiàn)進(jìn)入集水井，集水井的出口通過(guò)廢水管線(xiàn)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(guò)廢水管線(xiàn)連接一次沉淀池，在此進(jìn)一步去除廢水中的不溶物質(zhì)，一次沉淀池的出口通過(guò)廢水管線(xiàn)連接pH值調(diào)節(jié)池，pH值調(diào)節(jié)池出水的pH值范圍約為6.5~8.0，以滿(mǎn)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(guò)廢水管線(xiàn)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(guò)廢水管線(xiàn)連接曝氣池，在此通過(guò)好氧曝氣過(guò)程對(duì)廢水中剩余的COD進(jìn)行初步氧化分解處理，曝氣池的出口通過(guò)廢水管線(xiàn)連接生物氧化濾池，在此對(duì)廢水殘留的COD進(jìn)行最后的深度凈化處理，生物氧化濾池的出口通過(guò)廢水管線(xiàn)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8的出口通過(guò)廢水管線(xiàn)連接凈水池。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理方法，其中，超聲波催化交聯(lián)-纖維素壓濾分離系統(tǒng)由加藥預(yù)混區(qū)、超聲波催化交聯(lián)反應(yīng)區(qū)和壓濾罐三部分組成，最前端設(shè)有進(jìn)水閥門(mén)，進(jìn)水閥門(mén)通過(guò)管道連接至加藥預(yù)混區(qū)，該區(qū)域頂部設(shè)有3支加藥噴頭，中部安裝有1支攪拌槳葉，加藥預(yù)混區(qū)通過(guò)管道連接至超聲波催化交聯(lián)反應(yīng)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(yīng)區(qū)通過(guò)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(dòng)推泥裝置，右側(cè)設(shè)有污泥排口，其下方安裝有1套不銹鋼細(xì)濾網(wǎng)，罐體最下端設(shè)有排水閥門(mén)。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，經(jīng)過(guò)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(guò)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(jìn)水閥門(mén)進(jìn)入本系統(tǒng)，廢水首先進(jìn)入加藥預(yù)混區(qū)，此時(shí)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(guò)管道進(jìn)入超聲波催化交聯(lián)反應(yīng)區(qū)，此區(qū)域的管道直徑明顯變小，會(huì)使廢水的壓強(qiáng)顯著增大，同時(shí)6部超聲波發(fā)生器開(kāi)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(qiáng)以及超聲波的三重催化作用下，其中的纖維素會(huì)與檸檬酸發(fā)生環(huán)酐-酯化反應(yīng)，生成一種具備空間化學(xué)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(huì)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(jìn)入壓濾罐，當(dāng)壓濾罐中蓄積足夠的廢水時(shí)，位于其頂部的活塞式壓濾裝置啟動(dòng)，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(wú)法通過(guò)不銹鋼細(xì)濾網(wǎng)，壓濾過(guò)程中，會(huì)被截留在不銹鋼細(xì)濾網(wǎng)之上，而經(jīng)過(guò)壓濾處理后的廢水，其COD含量顯著下降，通過(guò)不銹鋼細(xì)濾網(wǎng)及出水閥門(mén)排出壓濾罐，進(jìn)入下一處理工序，同時(shí)截留于不銹鋼細(xì)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(guò)壓濾脫水后，會(huì)形成半干狀污泥，通過(guò)位于罐體左下方的電動(dòng)推泥裝置推動(dòng)，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。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理方法，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，噴射壓力范圍約為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%。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理方法，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(shuō)明書(shū)

　　一種去除造紙廢水中纖維素的處理方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及一種去除造紙廢水中纖維素的處理方法，屬于環(huán)境保護(hù)中的廢水處理領(lǐng)域。

　　背景技術(shù)

　　造紙工業(yè)是我國(guó)傳統(tǒng)的用水大戶(hù)，也是造成水污染的重要污染源之一。目前，我國(guó)造紙工業(yè)廢水排放量及COD排放量均居各類(lèi)工業(yè)排放量的首位，造紙工業(yè)對(duì)水環(huán)境的污染最為嚴(yán)重，它不僅是我國(guó)造紙工業(yè)污染防治的首要問(wèn)題，還是我國(guó)工業(yè)廢水進(jìn)行達(dá)標(biāo)處理的首要問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)縣及縣以上造紙及紙制品工業(yè)廢水排放量占全國(guó)工業(yè)總排放量的18.6%，其中處理排放達(dá)標(biāo)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(gè)工段，廢水種類(lèi)多，所含污染物種類(lèi)復(fù)雜，如不加以嚴(yán)格治理，它們都將會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的污染。若廢水不經(jīng)處理直接排入江河中不僅嚴(yán)重污染水源，也會(huì)造成大量的資源浪費(fèi)。

　　造紙工業(yè)生產(chǎn)分為兩個(gè)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(lái)，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(xiàng)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(yán)重。洗漿時(shí)排出廢水呈黑褐色，稱(chēng)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(dá)5000～40000mg/L，纖維總量有時(shí)高達(dá)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(jī)前端排出的廢水，稱(chēng)為白水，其中含有大量纖維和在生產(chǎn)過(guò)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(diǎn)是其中含有大量的纖維素和木質(zhì)素，其不溶于水和有機(jī)溶劑，并且很難被生物降解。目前，我國(guó)造紙工業(yè)中較常見(jiàn)的纖維素處理方法包括：撈漿工藝和厭氧酸化反應(yīng)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(jī)，這兩種方法都是通過(guò)物理過(guò)濾方式，濾除廢水中較大體積的纖維素結(jié)塊，但難以過(guò)濾較小體積纖維素，對(duì)排水水質(zhì)的總體改善貢獻(xiàn)不大。

　　(2)厭氧酸化反應(yīng)：

　　厭氧酸化反應(yīng)是利用產(chǎn)甲烷菌等厭氧細(xì)菌的生物作用，通過(guò)對(duì)反應(yīng)容器內(nèi)溫度的控制，使厭氧細(xì)菌增殖并使廢水迅速得以酸化，對(duì)纖維素進(jìn)行生物代謝，從而將之降解為小分子有機(jī)物和無(wú)機(jī)物。但此方法需要較為復(fù)雜的工藝流程，同時(shí)還需要較大的設(shè)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(shù)路線(xiàn)單一、處理效果不理想、工藝和設(shè)備復(fù)雜、成本高、易造成二次污染等問(wèn)題。因此，有必要擺脫現(xiàn)有的處理技術(shù)思路，開(kāi)辟出處理造紙廢水中纖維素的新途徑，進(jìn)而開(kāi)發(fā)一種全新形式的造紙廢水中纖維素處理技術(shù)。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　為解決現(xiàn)有技術(shù)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方法，含有纖維素的造紙廢水通過(guò)廢水管線(xiàn)進(jìn)入集水井，集水井的出口通過(guò)廢水管線(xiàn)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(guò)廢水管線(xiàn)連接一次沉淀池，在此進(jìn)一步去除廢水中的不溶物質(zhì)，一次沉淀池的出口通過(guò)廢水管線(xiàn)連接pH值調(diào)節(jié)池，pH值調(diào)節(jié)池出水的pH值范圍為6.5~8.0，以滿(mǎn)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(guò)廢水管線(xiàn)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(guò)廢水管線(xiàn)連接曝氣池，在此通過(guò)好氧曝氣過(guò)程對(duì)廢水中剩余的COD進(jìn)行初步氧化分解處理，曝氣池的出口通過(guò)廢水管線(xiàn)連接生物氧化濾池，在此對(duì)廢水殘留的COD進(jìn)行最后的深度凈化處理，生物氧化濾池的出口通過(guò)廢水管線(xiàn)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8的出口通過(guò)廢水管線(xiàn)連接凈水池，凈水池的出口通過(guò)廢水管線(xiàn)將經(jīng)過(guò)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(yù)混區(qū)、超聲波催化交聯(lián)反應(yīng)區(qū)和壓濾罐三部分組成，該系統(tǒng)最前端設(shè)有進(jìn)水閥門(mén)，進(jìn)水閥門(mén)通過(guò)管道連接至加藥預(yù)混區(qū)，該區(qū)域頂部設(shè)有3支加藥噴頭，中部安裝有1支攪拌槳葉，加藥預(yù)混區(qū)通過(guò)管道連接至超聲波催化交聯(lián)反應(yīng)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(yīng)區(qū)通過(guò)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(dòng)推泥裝置，右側(cè)設(shè)有污泥排口，其下方安裝有1套不銹鋼細(xì)濾網(wǎng)，罐體最下端設(shè)有排水閥門(mén);經(jīng)過(guò)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(guò)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(jìn)水閥門(mén)進(jìn)入本系統(tǒng)，廢水首先進(jìn)入加藥預(yù)混區(qū)，此時(shí)，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(guò)管道進(jìn)入超聲波催化交聯(lián)反應(yīng)區(qū)，此區(qū)域的管道直徑明顯變小，會(huì)使廢水的壓強(qiáng)顯著增大，同時(shí)，6部超聲波發(fā)生器開(kāi)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(qiáng)、以及超聲波的三重催化作用下，其中的纖維素會(huì)與檸檬酸發(fā)生環(huán)酐-酯化反應(yīng)，生成一種具備空間化學(xué)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(huì)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(jìn)入壓濾罐，當(dāng)壓濾罐中蓄積足夠的廢水時(shí)，位于其頂部的活塞式壓濾裝置啟動(dòng)，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(wú)法通過(guò)不銹鋼細(xì)濾網(wǎng)，壓濾過(guò)程中，會(huì)被截留在不銹鋼細(xì)濾網(wǎng)之上，而經(jīng)過(guò)壓濾處理后的廢水，其COD含量顯著下降，通過(guò)不銹鋼細(xì)濾網(wǎng)及出水閥門(mén)排出壓濾罐，進(jìn)入下一處理工序，同時(shí)，截留于不銹鋼細(xì)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(guò)壓濾脫水后，會(huì)形成半干狀污泥，通過(guò)位于罐體左下方的電動(dòng)推泥裝置推動(dòng)，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(guò)一次沉淀的廢水pH值調(diào)節(jié)至6.5~8.0，以滿(mǎn)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(guò)好氧曝氣過(guò)程對(duì)廢水中剩余的COD進(jìn)行初步氧化分解處理;其中，生物氧化濾池的作用是對(duì)廢水殘留的COD進(jìn)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(guò)本系統(tǒng)處理后的廢水，其纖維素的去除效率可達(dá)97.8%。

　　本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

　　(1)本發(fā)明擺脫了現(xiàn)有的造紙廢水中纖維素處理技術(shù)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(huì)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的特性，使用適當(dāng)?shù)慕宦?lián)反應(yīng)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(yīng)，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(guò)壓濾操作，即可有效去除廢水中的纖維素，其處理效率可達(dá)到97.8%。

　　(2)由于纖維素交聯(lián)反應(yīng)生成的凝膠物質(zhì)具有絮凝特性，其在反應(yīng)生成之時(shí)即可與廢水中所含的COD發(fā)生絮凝沉淀反應(yīng)，使廢水中的COD含量顯著降低，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)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)本發(fā)明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(wú)毒無(wú)害，從而消除了引入新的、危害更大的污染物的風(fēng)險(xiǎn)。

　　(4)本發(fā)明原理簡(jiǎn)單易行，設(shè)計(jì)施工成本較低，并且處理效果較好，運(yùn)行維護(hù)成本很低，有利于大范圍推廣應(yīng)用。