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陈年造纸黑液预处理工艺的研究

徐建华  
【摘要】:本论文以陈年造纸黑液为研究对象,采用酸析法和絮凝沉淀法分别对其进行预处理。酸析实验过程中,首先通过初步酸析发现酸析工艺存在泡沫多、酸析木质素颗粒小,酸析液不易分离等问题。针对泡沫问题,提出了三种酸析和消泡的方式,实验发现:相比酸析---消泡方式,消泡---酸析和消泡+酸析两种方式可有效解决黑液酸析泡沫问题。而针对后面两个问题,又进行了PAM助凝实验。结果显示:PAM助凝剂能使酸析木质素絮体很快凝聚,且分层效果明显,可有效改善黑液过滤性能,并提高了木质素的回收率。 在上述问题基本解决的前提下,采用硫酸+消泡剂协同酸析消泡+PAM助凝的方式,研究了pH对造纸黑液酸析处理效果的影响。实验表明:当pH≤4时,木质素大量析出,致使黑液CODcr和色度也大幅度得到去除。当pH=2时,黑液色度最低,为620度;当pH=3时,黑液CODcr最低,为6648mg/L。同时发现,不同酸对黑液进行酸析处理时,处理效果差异性较大。其中,就木质素析出而言,磷酸效果最好,硝酸次之,甲酸最差。而对于色度去除,硫酸的效果最好,色度去除率达97.9%。就CODcr去除而言,除了甲酸的加入增大了原黑液中的CODcr值,其余各酸都对CODcr的去除起到重要作用。其中盐酸的CODcr去除率为58.1%,而硫酸、硝酸、磷酸和草酸的CODcr去除率都高达65%以上。综合考虑处理效果和运行成本,选用硫酸进行酸析处理,其经济性和技术性都较佳。 针对“pH≤4的条件下,投加絮凝剂PAC或助凝剂PAM对黑液进行处理,去除机理主要归因于絮凝剂或助凝剂的作用”的结论,研究了PAC絮凝与酸析在处理造纸黑液上的对比效果。实验表明:对于造纸黑液CODcr和色度的去除,不论pH为何值,PAC的处理效果均优于单纯的酸析效果,但是单纯PAC的絮凝去除效果并不明显。只有在pH≥5时,PAC的絮凝作用才得到明显体现。当pH≤4时,采用絮凝剂处理造纸黑液,其CODcr和色度的去除机理应该主要归因于酸析作用,而絮凝剂的絮凝去除仅仅起到辅助作用。 在絮凝沉淀实验过程中,通过单一絮凝剂的pH和用量的优化絮凝实验,对论文中提及的四种混凝剂逐级进行复配,并研究了优选pH和pH不变两种情况下,复配混凝剂对造纸黑液的处理效果。结果发现:四种混凝剂溶液的最佳复配质量比为:硫酸铁:硫酸铝:聚氯化铝铁:硫酸铝钾=19:8:27:13,且优选pH为6。pH=6时,投加4mL复配混凝剂溶液,可有效去除黑液中的CODcr和色度,出水CODcr为533mg/L,色度为680度。而当黑液pH不变(即pH=7.8)时,随着复配混凝剂溶液投加量的增加,黑液CODcr出现不断减小的现象,但最小CODcr仍在10584mg/L。而在整个实验过程中,黑液色度却没有太大波动,基本维持在4500度左右。这说明pH对复配混凝剂的处理效果有着较大的影响。 通过对优化的酸析工艺和复配混凝工艺进行经济技术指标分析,结果发现:采用酸析法处理造纸黑液的药耗成本为19.46元/吨,同时CODcr和色度去除率分别为72.35%和97.69%;而采用复合混凝法处理造纸黑液的药耗成本为10.53元/吨,同时CODcr和色度去除率分别为97.78%和97.74%。因此采用复合混凝法处理造纸黑液是一种较佳的选择。 与此同时,为了合理利用从造纸黑液中提取的木质素,将木质素污泥进行回收处理并做成吸附剂。实验表明:两种木质素污泥对Cr6+和对硝基苯酚均具有一定的吸附去除效果,但酸析木质素污泥对Cr6+的吸附去除效果要优于混凝木质素污泥;而混凝木质素污泥对对硝基苯酚的吸附去除效果要优于酸析木质素污泥。


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