專利名稱：一種堿法草漿黑液的處理方法
技術領域：
本發明屬于造紙廢水的處理方法，尤其適用于堿法草漿黑液的處理。
我國造紙工業制漿原料70%為草類，且規模小(5000噸漿/年以下)，制漿工藝多為堿法，在蒸煮過程中產生的廢液(稱黑液)，是我國目前水環境的主要污染源之一。
黑液中的主要污染因子是COD(化學需氧量)，它主要由兩部分構成一是難以生物降解的有機物(主要是木質素);二是可生物降解的有機物(主要是木糖、木醇等)。兩者約各占50%左右。
目前處理堿法草漿黑液的方法有酸析木素法、厭氧消化法、厭氧-酸析法等。
酸析木素法是利用黑液中的木質素在酸性條件下不溶于水的特性，向黑液中加酸，調節黑液的pH在3以下，其中的木質素則會析出，然后可分離去除。但由于木質素的含量只占黑液COD的50%左右，因此，酸析木素法的COD去除率最高只能達到50%左右。同時酸析木素常呈膠體狀態，需在60℃以上才較易結塊分離。另外，經酸析后的黑液還需加堿，重新調節至pH為7，才能排放。
厭氧消化法是在厭氧條件下利用微生物將黑液中可生物降解物質降解去除，并同時產生沼氣。同樣因為黑液中可生物降解物質僅占黑液COD的一半左右，因此黑液直接厭氧消化時，其COD的降解率最高僅能達到50%。可是由于木質素對厭氧微生物具有一定的抑制性(Lettinga，J.Chem，Technol&Biotechnol.50，443(1991))，實際的COD降解率將會更低。
厭氧-酸析法是將厭氧消化和酸析木素結合起來試圖提高黑液的COD總去除率的處理方法(雷寤初、李彥春，水和廢水技術研究，650(1992))，但由于其厭氧在先，酸析在后，因此其厭氧消化過程類似于單純厭氧消化;而酸析過程則由于部分木質素在厭氧消化過程中化學結構發生了變化，不能析出，因此其COD去除率則相應降低，因此厭氧-酸析法COD總去除率為70～80%。處理后的黑液在排放前仍要加堿重調。
本發明的任務在于尋找一條合理、經濟的堿法草漿黑液處理工藝，使黑液經該工藝處理后，其主要污染物COD以及色度等能得到大幅度地削減，而其基建投資和運行費用又較低。
根據黑液中COD的組成，其合理的處理工藝應為先去除黑液中的木質素，然后進行厭氧消化，這樣不但木質素的去除較為完全，而且由于木質素的預先去除，消除了其對厭氧微生物的抑制作用，因此厭氧消化部分的COD去除率也能提高。從而使得總去除率大大提高。但是由于現行去除木質素采用的是酸析法，因此要首先去除黑液中的木質素，必須先加酸調節黑液的pH小于3，待木素析出分離后，又必須再加堿重新調節pH在7以上，才能進行厭氧消化。這樣反復調節pH，不但增加了運行費用，而且黑液中的含鹽量增加會降低厭氧消化過程的處理效果。另外，加酸時，如加硫酸，則由于SO＝4存留在黑液中，SO＝4的大量存在將對黑液的厭氧消化產生嚴重的干擾，嚴重時將引起厭氧處理的失敗;如采用鹽酸，雖可以克服采用硫酸帶來的厭氧消化過程的干擾問題，但由于等當量的HCl的價格是H2SO4價格的2～3倍，因此其運行費用勢必增加2～3倍。所以水處理專業人員普遍認為，黑液處理過程中先去除木質素，再進行厭氧消化是不可能(加硫酸時)或不經濟的(加鹽酸時)，致使在黑液處理中至今尚無先去除木質素，再進行厭氧消化的先例。
本發明克服了長期存在的對先去除木質素，然后進行厭氧消化過程處理堿法草漿黑液的技術偏見，在研究了堿法草漿黑液中木質素的結構，分子量分布以及其析出的具體條件后，提出了采用凝析-厭氧消化法處理堿法草漿黑液的方法。
所謂凝析是向黑液中投加一種藥劑(凝析劑)，使其與黑液中的木質素進行凝析反應，形成不溶于水，且尺度較大的沉淀物，從而可分離去除。
采用凝析-厭氧消化法處理堿法草漿黑液，是在常規的厭氧消化工藝之前加上凝析工藝。本發明采用了溶藥池、計量泵組成的凝析劑投加系統;凝析反應罐、凝析分離池組成的木質素分離系統;厭氧反應器、沼氣收集裝置組成的厭氧處理系統;污泥泵、過濾器組成的泥渣脫水系統，構成了整個凝析-厭氧消化處理工藝，創造了木素析出、分離和厭氧消化同時在最佳狀態下工作的條件和環境，使黑液中的難生物降解物質(木質素)和可生物降解物質(木糖、木醇等)同時得到高效地去除，從而可大幅度地減黑液的有機污染。
控制的技術參數如下凝析劑投量0.5～2g/l凝析pH7～10凝析溫度30～50℃凝析反應時間5～10分鐘凝析分離池停留時間2～4小時厭氧消化溫度33～35℃厭氧反應器停留時間24～48小時在上述較寬范圍的技術條件下，黑液中的木質素可在較高的pH值，較低的溫度下，被凝析、分離去除，COD去除率可達30～50%;經凝析處理后的黑液不需進行任何pH調節，可直接進入厭氧反應器進行消化，由于預先去除了木質素，消除了黑液對厭氧微生物的抑制作用，同時殘留在黑液中的少量凝析劑對厭氧微生物的活性還有促進作用，因此其COD去除率可高達80%以上，從而使整個工藝COD去除率高達90%以上。
本發明與現有的厭氧-酸析技術相比較具有以下優點(1).工藝流程簡單。厭氧-酸析法實質上是三個操作單元，即厭氧、酸析和最終排放前的中和(將pH從3重新調整到7)。而本發明只需凝析和厭氧兩個操作單元。
(2).處理效率高。由于厭氧-酸析法中的厭氧和酸析均非在最佳狀態下工作，因此，其COD去除率僅70～80%;而本發明中的凝析和厭氧均在最佳狀態下工作，而且凝析劑的殘留成份對厭氧消化過程還同時具有促進作用，因此，凝析和厭氧部分分別能最大限度地去除黑液中的木質素和可生物降解物質。因此COD總去除率高達90%以上。
(3).基建費用低。由于厭氧-酸析法中的厭氧段中，存在著木質素的抑制作用，因此容積負荷較低(2.5～4kgCOD/M3.d)，去除負荷僅1.5～3kgCOD/M3.d，相應的水力停留時間長達48～72小時;而本發明中的厭氧段預先消除了木質素的抑制作用，其容積負荷高(5～8kgCOD/M3.d)，去除負荷達4～6kgCOD/M3.d，相應的水力停留時間縮短至24～48小時，因此厭氧段可節省基建投資1/3以上。凝析段的基建投資與酸析段基本相近，但省去了最終pH調節設備。因此本發明的工藝其基建投資比厭氧-酸析法可節省1/3以上。
(4).運行費用低。本發明中所采用的凝析劑來源豐富，價格與硫酸相當，而用量僅為酸析法中硫酸用量的2/3，而且無需加堿重調pH。單位黑液在厭氧段的沼氣產生率也較厭氧-酸析法段高1/4。因此其總運行費用較厭氧-酸析法低1/3以上。
(5).減少環境污染。
實施例1某年產3000T堿法草漿造紙廠黑液的組成為pH10.2COD14000mg/l色度1600倍采用凝析-厭氧消化法進行試驗，控制條件為凝析劑投量1.5g/l凝析溫度44℃凝析反應時間6分鐘凝析分離池停留時間2.5小時厭氧消化溫度34℃厭氧反應器水力停留時間36小時黑液經凝析處理后，COD去除率為42%，pH為9.2，色度去除率為85%;經凝析處理后黑液直接進入厭氧消化反應器，厭氧處理COD去除率84%，COD總去除率91%。
本發明可廣泛用于造紙廠對草漿黑液的綜合處理。
權利要求
1.一種堿法草漿黑液處理方法，首先向黑液中投加一種藥劑，其特征在于使其中的木質素形成沉淀，分離去除，然后對溶液進行厭氧消化。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于形成沉淀的pH為7～10，溫度為30～50℃。
全文摘要
本發明屬于造紙廢水的處理方法，尤其適用于堿法草漿黑液的處理。采用該方法處理黑液時，首先向黑液中投加0.5～2g/l的凝析劑，使黑液中的木質素在pH7～10、溫度30～50℃的條件下凝析，然后分離去除，經凝析后的黑液，不經任何pH調節，直接進行厭氧消化。凝析過程能達到酸析同樣的效果，而形成的木質素易于分離。該方法工藝簡單，基建投資小，運行費用低，對黑液中的COD和色度的去除率可分別達到90％以上，具有積極的環境和經濟效果。
文檔編號C02F3/28GK1089921SQ9310088
公開日1994年7月27日 申請日期1993年1月18日 優先權日1993年1月18日
發明者彭黨聰, 金奇庭 申請人:西安冶金建筑學院