申请日2010.11.30
公开(公告)日2011.06.22
IPC分类号C02F103/28; C02F9/06
摘要
一种造纸深度废水处理循环利用装置，涉及一种造纸废水的处理。提供一种基于纳米催化电解技术与膜技术相结合，成本较低，效能较高，使之达到循环利用的造纸深度废水处理循环利用装置。设有纳米催化电解系统、膜过滤分离系统和膜清洗再生系统。纳米催化电解系统设有截止阀、水泵、纳米催化电解罐、缓冲沉淀罐和过滤罐;膜过滤分离系统设有截止阀、水泵、安保过滤器、高压泵、反渗透过滤膜系统和透析液贮罐;膜清洗再生系统设有清洗液罐和联接管道。
权利要求书
1.一种造纸深度废水处理循环利用装置，其特征在于设有纳米催化电解系统、膜过滤分离系统和膜清洗再生系统;
纳米催化电解系统用于造纸深度废水的纳米催化电解、缓冲沉淀和过滤处理，纳米催化电解系统设有截止阀、水泵、纳米催化电解罐、缓冲沉淀罐和过滤罐，截止阀进口外接造纸废水二沉池排放口，水泵进口接截止阀出口，水泵出口接纳米催化电解罐进口，纳米催化电解罐出口与缓冲沉淀罐进口联接，缓冲沉淀罐出口经过水泵与过滤罐进口联接;
膜过滤分离系统用于将纳米催化电解系统所得造纸处理废水过滤、分离得透析液和浓缩液，膜过滤分离系统设有截止阀、水泵、安保过滤器、高压泵、反渗透过滤膜系统和透析液贮罐，截止阀的进口接纳米催化电解系统的过滤罐的净化废水出口，截止阀出口依次经水泵、安保过滤器和高压泵进入反渗透过滤膜系统，反渗透过滤膜系统的透析液出口经阀门接透析液贮罐的进口;膜过滤分离系统将纳米催化电解系统所得造纸净化废水经安保过滤后用高压泵泵入膜过滤分离系统，经膜过滤分离得透析液和浓缩液，透析液进入贮罐得循环使用水;浓缩液一部分回流进行循环膜过滤分离，一部分回流进入纳米催化电解工序循环使用，多余部分排放;
膜清洗再生系统用于清洗膜过滤分离系统，膜清洗再生系统设有清洗液罐和联接管道，清洗液罐的进口经截止阀和三通与接透析液贮罐的出口管道联接，清洗液罐的一路出口经阀门和截止阀接反渗透过滤膜系统;清洗液罐的另一路出口经阀门后，一路经截止阀和水泵接安保过滤器，另一路经阀门接透析液贮罐，反渗透过滤膜系统的浓缩液出口的一路经截止阀回流接纳米催化电解罐重复利用，另一路直接排放。
2.如权利要求1所述的一种造纸深度废水处理循环利用装置，其特征在于所述膜过滤分离系统选自反渗透膜过滤分离系统、纳滤膜过滤分离系统、超滤膜过滤分离系统中的一种。
3.如权利要求2所述的一种造纸深度废水处理循环利用装置，其特征在于所述反渗透膜过滤系统的反渗透膜采用对氯化钠截留率为98%的反渗透膜，膜组件的结构为卷式膜组件。
4.如权利要求2所述的一种造纸深度废水处理循环利用装置，其特征在于所述纳滤膜过滤分离系统的纳滤膜采用对硫酸镁截留率为98%的纳滤膜，膜组件为卷式膜组件。
5.如权利要求2所述的一种造纸深度废水处理循环利用装置，其特征在于所述超滤膜过滤分离系统的膜组件采用管式膜组件或卷式膜组件。
说明书
一种造纸深度废水处理循环利用装置
技术领域
本实用新型涉及一种造纸废水的处理，特别是涉及一种基于纳米催化电解技术和膜技术的造纸深度废水处理循环利用装置。
背景技术
制浆造纸废水是指化学法制浆产生的蒸煮废液(又称黑液、红液)，洗浆漂白过程中产生的中段水及抄纸工序中产生的白水。一般每生产1t硫酸盐浆就有1t有机物和400kg碱类、硫化物溶解于黑液中;生产1t亚硫酸盐浆约有900kg有机物和200kg氧化物(钙、镁等)与硫化物溶于红液中。废液排入江河中不仅严重污染水源，而且造成大量的资源浪费。造纸业是传统的用水大户，也是造成水污染的重要污染源之一。目前，我国造纸工业废水排放量及COD排放量均居我国各类工业排放量的首位，造纸工业对水环境的污染最为严重，它不但是我国造纸工业污染防治的首要问题，也是全国工业废水进行达标处理和节水的首要问题。据统计，我国县及县以上造纸及纸制品工业废水排放量占全国工业总排放量的18.6%，其中处理排放达标量占造纸工业废水总排放量的49.3%，排放废水中COD约占全国工业COD总排放量的44.0%。因此，如何消除造纸废水污染并使废液中的宝贵资源得到利用是一项具有重大社会意义和经济价值的工作，应当十分重视。随着经济的发展，我国日益面临淡水资源短缺、原料匮乏的问题，而另一方面，水污染也越来越严重。近年来，经多方不懈努力，造纸工业水污染防治已经取得了一定的成绩，虽然纸及纸板产量逐年增加，但是排放废水中的COD却逐年降低。但是，目前造纸行业约占排放总量50%的废水尚未进行达标处理，造纸废水处理后再循环利用的更是少之又少，因此，造纸废水污染防治和循环使用任务还相当繁重。
造纸废水成分复杂，可生化性差，属于较难处理的工业废水，其来源和特点是：
1、蒸煮工段废液
即碱法制浆产生的黑液和酸法制浆产生的红液。绝大部分造纸厂采用碱法制浆而产生黑液。黑液中所含污染物占到了造纸工业污染排放总量的90%以上，且具有高浓度和难降解的特性，它的治理一直是一大难题。黑液中的主要成分有3种，即木质素、聚戊糖和总碱。木质素是一类无毒的天然高分子物质，作为化工原料具有广泛的用途，聚戊糖可用作牲畜饲料。
2、中段水
制浆中段废水是指经黑液提取后的蒸煮浆料在筛选、洗涤、漂白等过程中排出的废水，颜色呈深黄色，占造纸工业污染排放总量的8%～9%，吨浆COD负荷310kg左右。中段水浓度高于生活污水，BOD和COD的比值在0.20到0.35之间，可生化性较差，有机物难以生物降解且处理难度大。中段水中的有机物主要是木质素、纤维素、有机酸等，以可溶性COD为主。其中，对环境污染最严重的是漂白过程中产生的含氯废水，例如氯化漂白废水、次氯酸盐漂白废水等。次氯酸盐漂白废水主要含三氯甲烷，还含有40多种其他有机氯化物，其中以各种氯代酚为最多，如二氯代酚、三氯代酚等。此外，漂白废液中含有毒性极强的致癌物质二恶英，对生态环境和人体健康造成了严重威胁。
3、白水
白水即抄纸工段废水，它来源于造纸车间纸张抄造过程。白水主要含有细小纤维、填料、涂料和溶解了的木材成分，以及添加的胶料、湿强剂、防腐剂等，以不溶性COD为主，可生化性较低，其加入的防腐剂有一定的毒性。白水水量较大，但其所含的有机污染负荷远远低于蒸煮黑液和中段废水。现在几乎所有的造纸厂造纸车间都采用了部分或全封闭系统以降低造纸耗水量，节约动力消耗，提高白水回用率，减少多余白水排放。
目前，用于造纸废水处理的方法主要有：物理过滤法、混凝沉淀法、吸附法、高级氧化法、气浮法、加酸吸收法、催化氧化法、生化法等，每种方法都具有各自的优缺点。由于单一的处理方法很难达到效果，在实际运用中，通常是根据要处理废水的实际情况，将几种方法结合使用，典型的生产工艺是将造纸废水经过过滤等物理处理，然后经过絮凝沉淀后再经生化处理后达标排放。
中国专利CN101708927A公开一种投资小、工艺简单、污染物去除率高、运行费用低廉的氧化降解+絮凝沉淀+砂滤的造纸废水深度处理方法。经该方法处理后COD<70mg/L，BOD5<20mg/L，SS<30mg/L。
中国专利CN1420091公开一种造纸废水的生态处理和资源化循环利用方法，它是利用生态工程技术，造纸综合废水在沉淀池内进行BOD5∶CODCr的比值调整，然后进入串联厌氧塘和兼性塘消化，排水在调节池内进行CODCr∶N∶P比值调整后，通过输配水系统布入多组并联的地表径流湿地，出水优于造纸工业水污染物排放的一级标准，可经好氧塘储留、补充调节池所需清水，回流到地表径流湿地进行深度再处理。该方法克服了造纸废水营养结构不平衡、可生化性差的缺点，可稳定有效地实现造纸废水的生态处理和资源化循环利用。
中国专利CN101337752公开一种造纸废水深度处理工艺，该工艺包括以下步骤：将经二级生化处理后的造纸废水引入微曝气铁还原床，在微曝气铁还原床中装填铁屑，造纸废水在微曝气铁还原床中进行还原反应;将步骤①处理后的出水引入混凝池中，在混凝池中加入混凝剂和助凝剂，促使水中的颗粒凝聚;将步骤②处理后的出水引入沉淀池中进行泥水分离;将沉淀池的出水引入过滤池中进行过滤，过滤后的出水经杀菌消毒后，引入回用水管网;将沉淀池中的污泥以及过滤池中的反冲洗排污水引入污泥浓缩池，经脱水后外运处置;同时，脱水滤液和污泥浓缩池中的溢流液引入混凝池中进行再处理。本实用新型工艺简单、脱色效果好而且成本低廉。
发明内容
本实用新型的目的在于针对现有的造纸废水处理方法中所存在的成本较高、效能较低、处理后的废水多为排放、没有深度处理循环利用、浪费水资源等问题，提供一种基于纳米催化电解技术与膜技术相结合，成本较低，效能较高，使之达到循环利用的造纸深度废水处理循环利用装置。
本实用新型设有纳米催化电解系统、膜过滤分离系统和膜清洗再生系统;
纳米催化电解系统用于造纸深度废水的纳米催化电解、缓冲沉淀和过滤处理，纳米催化电解系统设有截止阀、水泵、纳米催化电解罐、缓冲沉淀罐和过滤罐，截止阀进口外接造纸废水二沉池排放口，水泵进口接截止阀出口，水泵出口接纳米催化电解罐进口，纳米催化电解罐出口与缓冲沉淀罐进口联接，缓冲沉淀罐出口经过水泵与过滤罐进口联接;
膜过滤分离系统用于将纳米催化电解系统所得造纸处理废水过滤、分离得透析液和浓缩液，膜过滤分离系统设有截止阀、水泵、安保过滤器、高压泵、反渗透过滤膜系统和透析液贮罐，截止阀的进口接纳米催化电解系统的过滤罐的净化废水出口，截止阀出口依次经水泵、安保过滤器和高压泵进入反渗透过滤膜系统，反渗透过滤膜系统的透析液出口经阀门接透析液贮罐的进口;膜过滤分离系统将纳米催化电解系统所得造纸净化废水经安保过滤后用高压泵泵入膜过滤分离系统，经膜过滤分离得透析液和浓缩液，透析液进入贮罐得循环使用水;浓缩液一部分回流进行循环膜过滤分离，一部分回流进入纳米催化电解工序循环使用，多余部分排放;
膜清洗再生系统用于清洗膜过滤分离系统，膜清洗再生系统设有清洗液罐和联接管道。清洗液罐的进口经截止阀和三通与接透析液贮罐的出口管道联接，清洗液罐的一路出口经阀门和截止阀接反渗透过滤膜系统;清洗液罐的另一路出口经阀门后，一路经截止阀和水泵接安保过滤器，另一路经阀门接透析液贮罐，反渗透过滤膜系统的浓缩液出口的一路经截止阀回流接纳米催化电解罐重复利用，另一路直接排放。
所述膜过滤分离系统可选自反渗透膜过滤分离系统、纳滤膜过滤分离系统、超滤膜过滤分离系统等中的一种。
所述反渗透膜过滤系统的反渗透膜可采用对氯化钠截留率为98%的反渗透膜，膜组件的结构为卷式膜组件。
所述纳滤膜过滤分离系统的纳滤膜可采用对硫酸镁截留率为98%的纳滤膜，膜组件为卷式膜组件。
所述超滤膜过滤分离系统的膜组件可采用管式膜组件或卷式膜组件。
采用本实用新型进行造纸深度废水处理循环利用的方法，包括以下步骤：
1)将造纸废水经水泵提取，输入纳米催化电解罐中进行纳米催化电解后，输入过滤罐进行过滤，除去废水中的固体杂质、浮游生物、细菌、胶体，得净化废水;
所述净化废水的SDI值最好小于5;所述纳米催化电解的工作电压可为2～500V，两个极板间的电压差可为2～18V，最佳电压差为4～10V，电流密度可为5～300mA/cm2，最佳电流密度为50～200mA/cm2;造纸废水在所述纳米催化电解罐中的停留时间可为2～4min;所述过滤为砂滤、多介质过滤、微滤等中的一种，将催化电解所得废水经过砂滤、多介质过滤或微滤，其所得废水的色度为1～6，COD为50～300mg/l，氨氮为0～10mg/l，SS为0～10mg/l。
2)将步骤1)所得的净化废水经过膜过滤分离系统过滤分离成透析液和浓缩液，透析液用于循环利用，浓缩液一部分回流入纳米催化电解系统，一部分直接排放。
所述膜过滤分离系统可选自反渗透膜过滤分离系统、纳滤膜过滤分离系统、超滤膜过滤分离系统等中的一种;所述反渗透膜过滤系统的反渗透膜可采用对氯化钠截留率为98%的反渗透膜，膜组件的结构为卷式膜组件，其工作条件是：常温～45℃，工作压力为7～25bar。
如上所述，经过反渗透膜过滤的透析液(回用水)的得率为70%～80%，为无色流动液体，COD小于10mg/l，氨氮不得检出，SS不得检出，脱盐率大于95%。
所述纳滤膜过滤分离系统的纳滤膜可采用对硫酸镁截留率为98%的纳滤膜，膜组件为卷式膜组件，其工作条件是：常温～45℃，工作压力为3～20bar。
如上所述，经过纳滤膜过滤的透析液(回用水)的得率为75%～85%，色度小于或等于2，COD小于50mg/l，氨氮小于3mg/l，SS小于1mg/l，二价盐脱盐率大于95%，一价盐脱除率大于50%。
所述超滤膜过滤分离系统的膜组件可采用管式膜组件、卷式膜组件等中的一种，超滤膜的膜材料为陶瓷膜、金属膜、有机膜等中的一种，其截留分子量为500～100000MWCO，进压3.0～12.0bar，出压2.0～11.0bar，压差1.0～2.0bar;
如上所述，经过超滤膜过滤的透析液(回用水)的得率为75%～90%，色度为1～10，COD小于60mg/l，氨氮小于20mg/l，SS小于1mg/l。
所述造纸废水的氯化钠含量可为6‰～30‰，最好为0.6‰～1.3‰，氯化钠含量不够时可添加工业氯化钠补充至6‰～50‰。
造纸深度处理废水经过电解产生初生态的强氧化性物质氧化分解氧化分解废水中的有机物，脱除色度，絮凝沉降杂质、降低COD和杀灭微生物。采用纳米催化电解具有如下突出效果：(1)用纳米催化电解产生的初生态的强氧化性物质杀灭废水中微生物，使废水中微生物活体下降到30个/ml以下，消除微生物对膜材料的污染。(2)氧化分解废水中的有机物，残留染料快速分解脱色和降低CODCr。(3)使废水中的悬浮物、胶体、带电微粒在电场作用下凝聚形成较大颗粒后，经过多介质过滤去除使水废水净化。(4)废水中的重金属离子向电解罐的阴极移动，在阴极形成沉淀，从而降低废水中的重金属离子含量。
经过生化、化学、物化等多种方法处理后的深度处理废水的还有较深的颜色和较高的CODCr，一般的化学处理方法很难进一步脱色和降低CODCr，在自然环境下，即使经过数十天，也不会退色。采用纳米催化电解对深度处理废水进行处理，能在2～5min内，使废水脱色和大幅度降低CODCr。
所述纳米催化电解是将造纸深度处理废水经过纳米催化，废水在电解罐中的停留时间2～4min，电解使之生成初生态的强氧化性物质，用以氧化分解废水中的有机物，杀灭废水中微生物，同时，在电场作用下使废水中的悬浮物、胶体、带电微粒凝聚形成较大颗粒。
本实用新型既克服了单用膜过滤分离处理或吸附处理成本过高的缺陷，又克服了常规的造纸废水方法的处理效果不理想，排放的废水污染环境等缺陷，并可化腐朽为神气，变废物为资源，将现有的造纸深度处理废水净化及回收循环利用。与现有技术比较，具有以下突出优点：
(1)大量减少絮凝剂量的用量，减少单位产品化学药剂的消耗和节约药剂成本。
(2)大量减少污泥的排放量，减少污泥处理成本。
(3)废水经过处理，70%～85%可以再生循环利用，既减少废水排放，避免废水对环境污染，又减少水资源浪费，还可以使再生的循环水成本低于自来水价格，经济合理，产生较好的经济效益。
(4)生化后造纸废水经过纳米催化电解，进一步降低COD，一是可以使废水的回用率提高，既减少废水排放，避免废水对环境污染，又减少水资源浪费;二是能杀灭废水中的细菌等微生物，根除膜的生物污染，大幅度减少膜的清洗次数，降低膜清洁再生成本，提高膜的使用效率，延长膜的使用寿命，减少膜更换成本。
(5)大幅度降低造纸废水COD的总排放量，使深度处理后废水的水COD的总排放量与二沉池直接排放比较下降25%～40%。
(6)大幅度降低吨纸的水消耗指标和废水排放指标，提高企业经济技术指标。
本实用新型所称造纸深度处理废水是造纸废水经过传统的过滤、絮凝和生化处理后二沉池达到排放三级以上标准的废水。
