專利名稱：一種棉漿黑液的處理方法及其電解裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種黑液的處理方法，特別是堿法棉短絨制漿過(guò)程中所生黑液的處理方法，屬污水處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
棉短絨制漿是獲得優(yōu)質(zhì)人造纖維的重要途徑之一。造紙行業(yè)中多采用減法制漿工藝，棉短絨制漿也采用減法制漿工藝。無(wú)論是木漿、草漿或棉漿在蒸煮過(guò)程中均會(huì)產(chǎn)生大量的黑液，黑液中含有有機(jī)物質(zhì)如木質(zhì)素、半纖維素、纖維降解產(chǎn)物，還含有無(wú)機(jī)物質(zhì)如各種鈉鹽、游離的氫氧化鈉等。黑液呈堿性，PH值約為9～14，如不加處理隨意排放，會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，同時(shí)由于堿液流失也會(huì)造成生產(chǎn)成本的提高。迄今為止，國(guó)內(nèi)外比較成熟并業(yè)已工業(yè)化的黑液處理方法為黑液蒸發(fā)燃燒苛化法，此方法適合于木漿、草漿，而棉漿中由于木質(zhì)素含量遠(yuǎn)低于木漿、草漿，而堿含量又高，使用上述方法顯然不妥。目前，對(duì)于棉漿黑液的處理方法有酸析木素加生化處理法，化學(xué)沉淀、混凝加生化處理法等等。這些方法在技術(shù)、設(shè)備、工藝、生產(chǎn)成本等方面尚不夠成熟，如酸析木素時(shí)要大量加酸，沉淀過(guò)濾過(guò)程對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，過(guò)濾出的酸液需再進(jìn)行處理，工藝流程長(zhǎng)、堿不能回收。目前，大部分生產(chǎn)廠家的棉漿黑液不能實(shí)現(xiàn)真正的達(dá)標(biāo)排放，造成環(huán)境污染。因此，開(kāi)發(fā)實(shí)用的處理棉漿黑液的新技術(shù)是十分重要的且具有現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是克服現(xiàn)有處理技術(shù)的缺陷而提供一種可充分回收棉漿黑液中的堿和木素、實(shí)現(xiàn)終端達(dá)標(biāo)排放的棉漿黑液的處理方法。
本發(fā)明另一個(gè)所要解決的問(wèn)題是提供該處理方法所用的電解裝置。
本發(fā)明的問(wèn)題是由以下技術(shù)方案解決的一種棉漿黑液的處理方法，其特別之處是它包含如下工序a.過(guò)濾洗滌工序?qū)⒄糁笾茲{產(chǎn)生的棉漿和黑液擠壓、過(guò)濾、洗滌，得到黑液；b.黑液電解工序?qū)⒚逎{擠壓過(guò)濾出的原黑液和棉漿經(jīng)一次洗滌后擠壓過(guò)濾的濃黑液合并作為陽(yáng)極液，用清水或極稀的堿溶液作為陰極液，分別引入電解裝置內(nèi)進(jìn)行電解后陰極回收氫氣和堿溶液，然后將堿溶液回送至制漿配堿工序；上述棉漿黑液的處理方法，在電解工序之后增設(shè)混凝、固液分離工序，所述混凝、固液分離工序?qū)㈦娊夂箨?yáng)極發(fā)生部分氧化、PH值呈中性或酸性的黑液，引入反應(yīng)器中加沉淀劑和混凝劑，反應(yīng)后過(guò)濾，濾餅風(fēng)干后焚燒，濾液回送到制漿配堿工序。
上述棉漿黑液的處理方法，所述棉漿過(guò)濾洗滌工序包括如下步驟a.將蒸煮制漿產(chǎn)生的棉漿和黑液擠壓過(guò)濾，擠壓出原黑液；b.將擠壓后的棉漿進(jìn)行第一次洗滌，洗滌后擠壓過(guò)濾出濃黑液；c.將進(jìn)行第一次洗滌后的棉漿進(jìn)行第二次洗滌，洗滌后擠壓過(guò)濾出稀黑液；d.將進(jìn)行第二次洗滌后的棉漿進(jìn)行第三次洗滌，洗滌后擠壓過(guò)濾出極稀黑液；在上述步驟中，棉漿進(jìn)行第一次洗滌所用選滌液使用的是前次棉漿進(jìn)行第二次過(guò)濾洗滌出的稀黑液；棉漿進(jìn)行第二次洗滌所用選滌液使用的是前次棉漿進(jìn)行第三次洗滌過(guò)濾出的極稀黑液；棉漿進(jìn)行第三次洗滌所用洗滌液使用的是清水。
上述棉漿黑液的處理方法，所述電解工序中電解溫度為30-95℃，電流密度為100-1000A.m-2，電解時(shí)間為1·4小時(shí)。
一種棉漿黑液處理電解裝置，其特別之處是所述電解槽為隔膜式電解槽，所用隔膜為石棉隔膜或素瓷隔膜或陽(yáng)離子交換膜，所述電解槽陰極可以采用鐵網(wǎng)、鐵板、不銹鋼網(wǎng)、不銹鋼板、不銹鋼活性涂層等，電解槽陽(yáng)極可以采用鐵板、IrO-Ta2O5/Ti、石墨板、TiO2-RuO2/Ti和銅板。
上述棉漿黑液處理電解裝置，所述各電解槽之間可為并聯(lián)、串聯(lián)、或混聯(lián)，電解槽陽(yáng)極室和陰極室的下部設(shè)置進(jìn)液口，上部設(shè)置出液口。
本發(fā)明與現(xiàn)有棉漿黑液處理方法相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1.通過(guò)對(duì)棉漿的幾次洗滌擠壓過(guò)濾可以最大限度的把棉漿中黑液提取出來(lái)，從而使粗漿進(jìn)入下一工序時(shí)殘留的黑液極少，使終端水排放完全達(dá)標(biāo)。
2.通過(guò)黑液電解實(shí)現(xiàn)了堿的部分回收。
3.電解后的黑液可以較容易地實(shí)現(xiàn)固液分離，濾液回用制漿，濾餅焚燒回收熱能，全部黑液進(jìn)行了處理。
4.回收的堿和氫氣可以基本上抵消電能的費(fèi)用，而焚燒木素產(chǎn)生的熱能可以進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用，獲得新的經(jīng)濟(jì)效益。


圖1為電解裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
本發(fā)明所述方法由棉漿擠壓過(guò)濾洗滌、黑液電解、黑液沉淀混凝固液分離三個(gè)主要工序組成。其中，棉漿過(guò)濾洗滌工序是治理黑液污染的重要環(huán)節(jié)，在這一環(huán)節(jié)中要盡可能將棉漿中的黑液洗凈擠出，使進(jìn)入下一道工序的粗漿中黑液殘留量微少，保證終端水排放達(dá)標(biāo)。蒸煮后的棉漿與黑液組成一個(gè)液態(tài)懸濁物系，黑液大部分分布于棉漿纖維之間的空隙中，少部分存在于細(xì)胞腔內(nèi)，提取黑液需依靠外力的充分?jǐn)D壓過(guò)濾。本發(fā)明采用的三次洗滌擠壓過(guò)濾法可以使棉漿中的黑液提取率大于95％，遠(yuǎn)高出現(xiàn)用方法的提取率80％。在洗滌過(guò)程中，一次洗滌液、二次洗滌液分別使用前次洗滌過(guò)濾出的稀黑液或極稀黑液，此法可以實(shí)現(xiàn)洗滌過(guò)程中水源的循環(huán)使用，無(wú)污液排放。擠漿機(jī)可使用螺旋擠漿機(jī)、網(wǎng)式擠漿機(jī)、真空擠漿機(jī)等設(shè)備。
本發(fā)明的黑液電解工序是回收黑液中堿的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。擠壓過(guò)濾的原黑液和一次洗滌的濃黑液合并進(jìn)入電解槽的陽(yáng)極，電解槽的陰極為水或極稀的堿液(PH值7.5～8)。優(yōu)選電解溫度70～80℃，優(yōu)選電流密度400～600A.m-2，電解時(shí)間1～3小時(shí)。電解過(guò)程中陰極回收氫氣，電解完畢陰極堿液增濃，回收大部分氫氧化鈉，此堿溶液即可作為下次制漿配堿之用。陽(yáng)極黑液經(jīng)電解后發(fā)生氧化反應(yīng)，黑液的PH值降至5～6，將其引入反應(yīng)器中進(jìn)入下一步驟。此步驟中電解槽隔膜優(yōu)選陽(yáng)離子交換膜，陰極優(yōu)選不銹鋼網(wǎng)、板或不銹鋼活性涂層電極，陽(yáng)極優(yōu)選以鈦為基體帶催化涂層的電極。附圖1給出了電解槽的結(jié)構(gòu)示意圖，在圖中1為電解槽隔膜，2為陰極，3為陰室，4為陽(yáng)極，5為陽(yáng)室6、7、8為密封件。陰室和陽(yáng)室各設(shè)有進(jìn)液口和出液口，可通過(guò)管道將多個(gè)電解槽串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)使用。
本發(fā)明的混凝、固液分離工序可從電解后的黑液中提取木素。經(jīng)過(guò)電解后的黑液呈酸性或中性，加少量沉淀劑及混凝劑稍加以處理即可較容易的沉淀出木素、半纖維素，實(shí)現(xiàn)固液分離。固體濾餅風(fēng)干后焚燒回收熱能，余液中COD含量降解70％左右，可以用作下一次制漿配液中。至此，棉漿黑液全部處理利用。
本發(fā)明所述處理方法的實(shí)驗(yàn)室實(shí)施例如下用容積為5升的蒸球蒸煮制取棉漿。蒸球中加入500克風(fēng)干棉短絨，折合絕干棉短絨450克，氫氧化鈉120克，清水2700毫升。加熱到180℃，保溫330分鐘，自然冷卻到50℃左右，取出棉漿和黑液的混合物，稱重3270克。用聚酯濾網(wǎng)手工擠壓過(guò)濾，壓出原黑液1800毫升，加入熱水1400毫升，進(jìn)行一次洗滌。充分混勻洗滌后擠壓過(guò)濾出濃黑夜1400毫升，再加入熱水1400毫升進(jìn)行二次洗滌。充分混勻洗滌后擠壓過(guò)濾出稀黑液1400毫升，第三次加入熱水1400毫升進(jìn)行三次洗滌。充分混勻洗滌后擠壓過(guò)濾出極稀黑夜1400毫升。經(jīng)過(guò)三次洗滌所得漿為粗漿，烘干后稱重332克。將原黑液1800毫升與一次洗滌后濾出的濃黑夜1400毫升合并共計(jì)3200毫升，進(jìn)入電解槽陽(yáng)極，陰極加水1000毫升，在60℃、電流密度400A.m-2條件下電解2.9小時(shí)結(jié)束。陰極剩余700毫升堿溶液(蒸發(fā)300毫升)，堿濃2.25mol.L-1，回收堿63克。陽(yáng)極液剩余2800毫升，加CaO14克，F(xiàn)eCl33克，反應(yīng)20分鐘后過(guò)濾，得濾液1950毫升。濾餅烘干稱重86克。
制第二球漿，500克風(fēng)干棉短絨，陽(yáng)極濾液1950毫升、陰極液700毫升(含堿63克)、加水50毫升、加堿57克，溫度和時(shí)間與第一球相同蒸煮。蒸煮后取出棉漿和黑液混合物，稱重3272克，與第一球基本相同。用聚酯濾網(wǎng)手工擠壓過(guò)濾，壓出原黑液1800毫升。然后用第一球的二次洗漿過(guò)濾出的稀黑液對(duì)第二球漿進(jìn)行第一次洗滌，洗后擠壓過(guò)濾出1400毫升濃黑液。用第一球三次洗滌過(guò)濾出的極稀黑液對(duì)第二球漿進(jìn)行二次洗滌，洗后擠壓過(guò)濾出1400毫升稀黑液。最后用1400毫升熱水對(duì)第二球漿進(jìn)行三次洗滌，洗后擠壓過(guò)濾出1400毫升極稀黑液。所得粗漿烘干稱重342克。合并第二球制漿所得的原黑液、濃黑液共計(jì)3200毫升進(jìn)行電解，電解條件和上次相同，回收堿66克。
制第三球漿，500克風(fēng)干棉短絨，第二次電解的陽(yáng)極濾液加上陰極液再加少量水共2700毫升液體，補(bǔ)充堿至總量120克。用與第一球相同的溫度、時(shí)間蒸煮。漿的洗滌方法與第二球漿相同。所得粗漿烘干稱重343克，電解液回收68克。
按上述方法連續(xù)制漿到第7球，每球粗漿基本穩(wěn)定在345克，堿回收穩(wěn)定在70克左右。堿的總回收率接近60％。按堿回收量計(jì)算電解能耗為4.5KWh/Kg左右。
本發(fā)明所說(shuō)沉淀劑可采用氫氧化鈣或氧化鈣，混凝劑可使用氯化鋁或氯化鐵。
權(quán)利要求
1.一種棉漿黑液的處理方法，其特征在于它包含如下工序a.過(guò)濾洗滌工序?qū)⒄糁笾茲{產(chǎn)生的棉漿和黑液擠壓、過(guò)濾、洗滌，得到黑液；b.黑液電解工序?qū)⒚逎{擠壓過(guò)濾出的原黑液和棉漿經(jīng)一次洗滌后擠壓過(guò)濾的濃黑液合并作為陽(yáng)極液，用清水或極稀的堿溶液作為陰極液，分別引入電解裝置內(nèi)進(jìn)行電解后，陰極回收氫氣和堿溶液，然后將堿溶液回送至制漿配堿工序；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的棉漿黑液的處理方法，其特征在于在黑液電解工序之后增設(shè)混凝、固液分離工序，該工序?qū)㈦娊夂箨?yáng)極發(fā)生部分氧化、PH值呈中性或酸性的黑液，引入反應(yīng)器中加沉淀劑和混凝劑，反應(yīng)后過(guò)濾，濾餅風(fēng)干后焚燒，濾液回送至制漿配堿工序。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的棉漿黑液的處理方法，其特征在于所述棉漿過(guò)濾洗滌工序包括如下步驟a.將蒸煮制漿產(chǎn)生的棉漿和黑液擠壓過(guò)濾，擠壓出原黑液；b.將擠壓后的棉漿進(jìn)行第一次洗滌，洗滌后擠壓過(guò)濾出濃黑液；c.將進(jìn)行第一次洗滌后的棉漿進(jìn)行第二次洗滌，洗滌后擠壓過(guò)濾出稀黑液；d.將進(jìn)行第二次洗滌后的棉漿進(jìn)行第三次洗滌，洗滌后擠壓過(guò)濾出極稀黑液；在上述步驟中，棉漿進(jìn)行第一次洗滌液使用的是前次棉漿進(jìn)行第二次過(guò)濾洗滌出的稀黑液；棉漿進(jìn)行第二次洗滌液使用的是前次棉漿進(jìn)行第三次過(guò)濾洗滌出的極稀黑液；棉漿進(jìn)行第三次洗滌液使用的是清水。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的棉漿黑液的處理方法，其特征在于所述電解工序中電解溫度為30-95℃，電流密度為100-1000A.m-2。
5.一種棉漿黑液處理電解裝置，其特征在于所述電解槽為隔膜式電解槽，所用隔膜(1)為石棉隔膜或素瓷隔膜或陽(yáng)離子交換膜，所述電解槽陰極(2)采用鐵網(wǎng)、鐵板、不銹鋼網(wǎng)、不銹鋼板、不銹鋼活性涂層等，電解槽陽(yáng)極(4)采用鐵板、銅板、石墨板、TiO2-RuO2/Ti和IrO-Ta2O5/Ti。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的棉漿黑液處理電解裝置，其特征在于所述各電解槽之間為并聯(lián)、串聯(lián)、或混聯(lián)，電解槽陽(yáng)極室和陰極室的下部設(shè)置進(jìn)液口，上部設(shè)置出液口。
全文摘要
一種棉漿黑液的處理方法，屬污水處理技術(shù)領(lǐng)域，用于解決回收黑液中堿和木素、實(shí)現(xiàn)終端水排放達(dá)標(biāo)的問(wèn)題。其技術(shù)方案包括a.過(guò)濾洗滌工序?qū)⒄糁笾茲{產(chǎn)生的棉漿和黑液擠壓、過(guò)濾、洗滌，得到黑液；b.黑液電解工序棉漿擠壓過(guò)濾出的原黑液和棉漿一次洗滌后擠壓過(guò)濾的濃黑液合并為陽(yáng)極液，清水或極稀堿溶液為陰極液，引入電解裝置內(nèi)電解后，陰極回收氫氣，將堿溶液回送至制漿配堿工序。本發(fā)明將棉漿黑液全部處理，實(shí)現(xiàn)了達(dá)標(biāo)排放。堿回收率高于傳統(tǒng)方法，回收的氫氣和木素可焚燒，回用熱能亦可以進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用，獲得新的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)D21C11/00GK1528976SQ03134928
公開(kāi)日2004年9月15日 申請(qǐng)日期2003年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月30日
發(fā)明者郭子成, 梁植林, 郝建朝 申請(qǐng)人:河北科技大學(xué)