电渗式处理造纸黑液并回收碱和木质素的方法技术

本发明专利技术的电渗式处理造纸黑液并回收碱和木质素的方法，涉及造纸黑液中除去生物污染、化学污染并回收碱和纤维素的电渗式处理方法。旨在解决已有技术投资处理费高、有二次污染、回收效果差的问题。本方法在电渗处理器（３０）的有负电极和正电极的直流电源电场的电解室中设置半透膜（６），将电解室分隔为负极侧的电解室（７）和正极侧的电解室（８），将清水和造纸黑液分别流经负极侧的电解室和正极侧的电解室，获得从负极侧的电解室排出的碱溶液，从正极侧的电解室排出的在处理液，加入铝离子沉淀剂，经分离获得含木质素的有机物和清水。适用于分离工业废水中的某些有机污染物，如印染工业废水中的染料等。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及造纸废水处理和造纸原料的回收，特别涉及从城市生活造纸黑液中除去生物污染、化学污染并回收碱和纤维素的电渗式的处理方法。
技术介绍
造纸过程产生的工业废水，特别是造纸黑液，污染河川，破坏水源，危害极大。造纸黑液中的污染物主要是强碱和木质素，使用一般的化学方法或生物方法不能去除这类污染物。因此，处理造纸黑液去除碱和木质素，回收清水、碱、木质素，实现造纸废水零排放，是当今一大研究课题。已有的净化造纸黑液的多种处理方法的基本原理是干馏法。干馏法的缺点是耗能巨大，费用高。如碱法造纸，采用烧碱(NaOH)和纤维等为原料制造纸浆时，每生产1吨纸浆，便会产生5吨黑液。已有的较为彻底的从黑液中回收碱的方法，是将黑液加热蒸发成固体，经焚烧炉焚烧，将焚烧后的灰分加石灰溶解，再经沉淀，得到回收的液体烧碱，可再利用于造纸。这种方法的最大缺点是黑液处理设备的投资太高，每投资1亿元用于生产纸浆，需要投资4亿元用于黑液处理，即处理黑液的投资是生产纸浆投资的4倍，黑液的处理投资高。此外，黑液的处理费用也特别高，每吨黑液处理费用达400元人民币。另一个缺点是黑液的主要成分木质素不能得到回收利用，白白地被烧掉。目前，针对烧碱造纸浆的方法，已改进成为比较先进的用氨水代替烧碱的纸浆生产方法，采用这种方法生产纸浆所产生的造纸黑液的碱性成分含氨水，可以用锅炉产生的烟道气体通入造纸黑液，利用烟道气体中的二氧化碳来中和氨水，形成碳酸铵，再经蒸发黑液的水分后，得到碳酸铵和木质素的混合物，通常作为肥料使用。这种改进的蒸馏法仍然存在投资过高的问题，每投资1亿元制造纸浆，需要投资2.5亿元处理造纸黑液。每吨造纸黑液处理费用需要300元人民币。
技术实现思路
鉴于以上原因，本专利技术的目的是提供一种设备投资低、处理费用低、设备耗能低、使用寿命长、占地面积小、不造成二次污染、能去除并回收碱和木质素的。本专利技术根据电解、电渗、电离的原理，设置半透膜将电解室分隔成负极侧和正极侧的两个电解室，并分别送入清水和造纸黑液，在电场的作用下，造纸黑液中的化学污染物的金属离子向负电极方向泳动并渗过半透膜而分离并重新生成碱，与生物污染物的含木质素的有机物相分离来实现其目的。本专利技术的(参见附图)，在电渗处理器(30)的有负电极和正电极的直流电场的电解室中设置半透膜(6)，将电解室分隔为负极侧的电解室(7)和正极侧的电解室(8)，将清水和造纸黑液分别流经负极侧的电解室和正极侧的电解室，获得从负极侧的电解室排出的碱溶液，从正极侧的电解室排出的在处理液，加入铝离子沉淀剂或含三价金属离子的沉淀剂，经分离获得含木质素的有机物和清水。上述的半透膜(6)，可以是中性半透膜或阳离子膜，电解室中有绝缘的中空蜂窝状贯通形的支撑架(9)。上述的相邻电极板之间电场的电压为3.5～16伏特。上述的造纸黑液和清水送入电解室的压力为3～1O米水柱。上述使用的沉淀剂是含有铝离子的沉淀剂。可以是多聚三氯化铝或明矾(硫酸铝钾)，也可使用其它通常用于沉淀有机物的高效沉淀剂。如多聚三氯化铁。本专利技术的方法，参见图1、图2、图3进行说明。本专利技术基于造纸黑液的高度碱性是污染环境的主要因素，同时高碱性阻止了对造纸黑液中的木质素的化学沉淀方法的进行。如果能去除造纸黑液中的碱性成分，既可以最大限度地去除化学污染，又可以为沉淀而去除木质素创造条件。造纸黑液中的碱性成分主要是生产纸浆工艺中加入的烧碱(NaOH)形成的。本专利技术将清水和造纸黑液分别流经流道式的由半透膜6分隔的负极侧的电解室7和正极侧的电解室8时，由于在正侧极的电解室的造纸黑液中，NaOH多数为游离态的Na+，少数以离子键和有机物质结合，因此，在电场中，Na+受到负极电场的吸引，向负电极方向泳动。由于半透膜的隔离作用，当越过半透膜6后就不再回到造纸黑液中。当造纸黑液中的游离的Na+离子浓度降低以后，以离子键和有机物结合的Na+即以游离态存在于造纸黑液中，又被电场力吸引而穿越半透膜。当Na+穿越半透膜进入负极侧的电解室的清水中后，即和水分子作用，以NaOH的形式存在于清水中。水分子的另一部分H+从负电极上得到电子，生成氢气(H2)逸出。流动的清水将碱液送出设备便是液态碱，即碱溶液。碱溶液可以再纯化，被造纸产业再次利用。同时造纸黑液在流经正极侧的电解室时，失去了带正电荷的金属离子后，去除了其化学污染成份，pH值下降，从正极侧的电解室8流出的是含木质素的有机物和清水的呈中性或弱酸性的在处理液。将沉淀剂加入在处理液，使木质素等有机物质沉淀分离，获得含木质素的有机物和清水。清水可以被造纸工业再利用。含木质素的有机物可以生产有机肥、饲料、化工原料等。本专利技术方法中电场的电压值，根据被处理水中的电离物质的含量和安全操作来确定。电流值根据在处理液的pH值进行调整，pH应为6.5～7.5。造纸黑液的导电规律不遵守固体导电规律(欧姆定律)。其电压—电流特性曲线是一条下摆曲线，参见图4所示，当电压上升到一个定值以后，电流将急剧上升，电流做功用于分解水成氢气和氧气，分解造纸黑液中Cl-成氯气等，这些副反应将耗掉30～90％的电能，电流越大，分解反应所耗掉的电能越多。其余电能主要成为热能。将金属离子从造纸黑液中穿过半透膜送入清水中几乎不消耗能量。所以，在设备的安装调试过程中，应将电流控制在定值以下，以使设备的电能耗量控制在经济核算许可之内。本专利技术方法中电场的电流因造纸黑液的含碱量不同而不同。对于含碱量分别为2％和4％的造纸黑液而言，当采用同样大的电流时，处理4％含碱量时所用的电压比处理2％碱含量使用的电压低40％，因而需要两台设备串联工作，才能使两者的处理效果相同。同时，采用的电流越大，则在处理液的pH值越低，电流越小，在处理液的pH值越高。因此，在使用本方法时，调节电压、电流要根据造纸黑液的含碱量和需要的在处理液的pH值来确定。对于同样含碱量的造纸黑液，要获得pH值为4.5在处理液，所需要的电压和电流比获得pH值为7.5的在处理液的电压和电流高50％。本专利技术方法中清水和造纸黑液的压力为3～10米水柱，根据电渗处理器中产生的气泡的排出情况和半透膜的机械强度来确定。当水压过低时，电渗处理器中产生的气泡不能顺利排出；水压过高时，半透膜的寿命降低。最好是半透膜的两侧即正极侧的电解室与负极侧的电解室的压力相等，以降低水压对半透膜的损伤。本专利技术与现有技术相比较，具有如下的明显优点和显著效果。一、本专利技术的电渗式处理造纸黑液的方法，能分离造纸黑液中的各种碱中带正电荷的金属离子(主要是钠离子，此外，还有部分来源于植物细胞的钾、钙、铁、镁离子)而分离各种碱，从而能彻底地将造纸黑液中的碱与含木质素的有机物分离。本方法的碱、含木质素的有机物、水的分离回收率均接近100％。因此，本方法具有对造纸黑液处理彻底，不形成二次污染，能实现造纸黑液污染物的零排放的优点，并具有能分别回收碱、含木质素的有机物、清水的优点。回收的碱和清水可以被造纸工业再利用。含木质素的有机物可以经加工后生产有机肥用于农作物或植树造林，或生产饲料、化工原料。二、本专利技术采用的中性半透膜的方法，利用中性半透膜能渗过正离子和负离子的特性，在对造纸黑液的处理过程中，当采用不太纯净的清水时，还能让负极侧的电解室清水中的少量带负电荷的微粒，穿过中性半透膜而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电渗式处理造纸黑液并回收碱和木质素的方法，其特征在于在电渗处理器（３０）的有负电极和正电极的直流电源电场的电解室中设置半透膜（６），将电解室分隔为负极侧的电解室（７）和正极侧的电解室（８），将清水和造纸黑液分别流经负极侧的电解室和正极侧的电解室，获得从负极侧的电解室排出的碱溶液，从正极侧的电解室排出的在处理液，加入铝离子沉淀剂，经分离获得含木质素的有机物和清水。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：舒煦，刘锦超，
申请(专利权)人：四川川投博士创新科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]