張 凱，張瓊娜，程迎春，皇甫卓然，李家東

(1.黃河水資源保護科學(xué)研究所，鄭州 450004；2.鄭州燃氣股份有限公司，鄭州 450006；3.黃河水利委員會人事勞動局，鄭州 450004)

堿回收技術(shù)在棉漿粕行業(yè)廢水治理中的應(yīng)用

張 凱1，張瓊娜2，程迎春3，皇甫卓然1，李家東1

(1.黃河水資源保護科學(xué)研究所，鄭州 450004；2.鄭州燃氣股份有限公司，鄭州 450006；3.黃河水利委員會人事勞動局，鄭州 450004)

結(jié)合國內(nèi)棉漿粕行業(yè)廢水治理的現(xiàn)狀，對堿回收技術(shù)的原理、工藝進行了介紹分析，并結(jié)合工程實例，對堿回收工藝在棉漿粕行業(yè)廢水治理中的應(yīng)用進行了探討。

堿回收;黑液;棉漿粕;廢水治理

棉漿粕是化纖行業(yè)的重要生產(chǎn)原料之一。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，化纖行業(yè)對棉漿粕原料品質(zhì)要求越來越高，需求量也越來越大。但棉漿粕項目是耗水及污染大戶，黑液是棉漿粕生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的最主要的污染物，因此黑液能否得到有效治理是項目的主要環(huán)保問題，也是棉漿粕項目當前發(fā)展的關(guān)鍵制約因素。本文結(jié)合工程實例，對堿回收技術(shù)在棉漿粕行業(yè)廢水治理中的應(yīng)用進行了研究與探討。

1 黑液的成分與危害

棉漿粕生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的黑液中含有大量的殘堿和有機及無機雜質(zhì)，濃黑液的COD濃度可達20,000mg/L左右，綜合廢水的濃度為1500～3000mg/L。據(jù)國內(nèi)主要漿粕生產(chǎn)廠如上海、南京 、三門峽等地的化纖廠的資料，生產(chǎn)每噸棉漿粕其廢水排出COD300～400kg，BOD約100kg，嚴重污染環(huán)境，這主要是由于生產(chǎn)工藝落后，沒有回收黑液，使大量堿和有機物排出造成的。由此可見，如果棉漿粕生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的黑液沒有得到治理，將會對地表水體產(chǎn)生嚴重的污染。

2 國內(nèi)棉漿粕生產(chǎn)企業(yè)廢水治理現(xiàn)狀

棉漿粕生產(chǎn)廢水產(chǎn)生量大、產(chǎn)污負荷高，且廢水中污染物成分復(fù)雜、殘堿含量高，這給廢水治理特別是黑液治理帶來了較大的難度。國內(nèi)化纖企業(yè)廢水治理狀況調(diào)研情況見表1。

表1 國內(nèi)棉漿粕生產(chǎn)廢水治理情況

調(diào)研結(jié)果表明，雖然國內(nèi)化纖企業(yè)與科研單位合作探討了多種治理方案，但實際運行效果均不理想，很難穩(wěn)定做到達標排放。棉漿粕行業(yè)要降低廢水末端治理的負擔(dān)并保證廢水處理效果，黑液必須單獨處理，而堿回收技術(shù)正是目前黑液單獨處理的有效方法之一。

3 堿回收技術(shù)簡介

3.1 主要技術(shù)原理

堿回收是應(yīng)用呂布蘭制堿法的基本原理，將黑液中鈉的有機化合物燒成碳酸鈉，再經(jīng)過石灰苛化，制成氫氧化鈉溶液。黑液堿回收過程的主要化學(xué)反應(yīng)如下：

2RCOONa+O2→Na2CO3+CO2+H2O+C

Na2CO3+CaO+H2O→2NaOH+CaCO3

3.2 堿回收工藝介紹

堿回收包括從棉漿洗滌過程提取黑液、黑液的蒸發(fā)濃縮、濃黑液的燃燒、熔融物的溶解苛化和從苛化產(chǎn)生的碳酸鈣中回收石灰等基本工序。堿回收系統(tǒng)的基本組成部分及生產(chǎn)工藝循環(huán)過程見圖1。

圖1 堿回收工藝流程

棉短絨原料經(jīng)過蒸煮成棉漿，懸浮于黑液中。應(yīng)用液固相分離和過濾洗滌的基本原理，以盡量少的水將棉漿洗凈，注意將棉漿纖維細胞腔中的黑液擴散置換出來，使黑液與棉漿充分分離，以取得含黑液少的漿和較濃的黑液。

從洗滌過程提取的黑液中，需經(jīng)過蒸發(fā)水分，提高黑液濃度以便于燃燒。黑液蒸發(fā)采用五效蒸發(fā)器系統(tǒng)。

將蒸濃的黑液送入回收爐中燃燒。堿回收爐是完成堿回收化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)器，又是產(chǎn)生蒸氣的動力鍋爐，爐膛內(nèi)溫度達1000℃～1200℃，使黑液蒸發(fā)、干燥，成為黑灰落在爐底上，鋪成墊層，著火燃燒成碳酸鈉熔融物，從爐底出口處流入溶解槽。燃燒產(chǎn)生的煙氣,在爐內(nèi)上升，通過鍋爐部分吸收熱量，產(chǎn)生蒸氣。最后煙氣經(jīng)蒸發(fā)器進一步利用余熱，或再經(jīng)靜電除塵器等裝置回收堿塵后排出。

綠液中添加石灰乳液，使碳酸鈉轉(zhuǎn)化成為氫氧化鈉，以制成蒸煮藥液──白液。然后進入苛化，連續(xù)苛化是將綠液用澄清或過濾方式，連續(xù)除去其中懸浮的固體雜質(zhì)，得到清綠液，再送入苛化器中，與經(jīng)過消化的石灰乳液充分反應(yīng)，得到含有氫氧化鈉和碳酸鈉顆粒的苛化乳液，連續(xù)分離白泥，取得清白液，供蒸煮使用。

3.3 性能指標

（1）系統(tǒng)簡單且自動化程度高，運行穩(wěn)定可靠；

（2）堿爐尾部省煤器下設(shè)置板式空氣預(yù)熱器，煙氣廢熱綜合利用，系統(tǒng)運行油耗節(jié)約75kg/h；

（3）黑液提取率高于90%，堿回收率高達78.8%；

（4）在堿爐設(shè)計時，針對棉短絨漿物化特性進行特殊設(shè)計，將噴槍高度升高，延長黑液干燥時間，節(jié)約能源。

4 工程實例

2008年1月，黑液堿回收技術(shù)在河南某公司成功運行。該廠日產(chǎn)棉漿粕120t，每噸產(chǎn)品濃黑液的產(chǎn)生量為8.1m3，濃黑液產(chǎn)生量為972m3/d，經(jīng)二級提取、五效蒸發(fā)、重油助燃的工藝進行單獨處理。蒸發(fā)站采用全板式五效裝置，蒸發(fā)站的黑液流程為全逆流流程，黑液依次進入Ⅴ效→Ⅳ效→Ⅲ效→Ⅱ效→Ⅰ效，蒸發(fā)站的蒸氣流程為Ⅰ效→Ⅱ效→Ⅲ效→Ⅳ效→Ⅴ效。濃黑液單獨處理的工藝流程見圖2。

圖2 黑液堿回收工藝流程

由于棉漿粕黑液有機物與無機物的比值低，固形物發(fā)熱量較低，黑液燃燒時有一定難度，因此加入適量重油以保證黑液的正常燃燒。堿回收的主要技術(shù)經(jīng)濟指標見表2，主要技術(shù)參數(shù)見表3。

表2 主要技術(shù)經(jīng)濟指標一覽表

表3 主要生產(chǎn)技術(shù)參數(shù)表

黑液采取堿回收措施后，不再排入外環(huán)境，大大減輕了中段水處理的負荷。并且還可以回收燒堿，有較好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。單位棉漿粕白液回收堿液148.27kg，每天回收堿17.79t，堿回收率為78.8%。堿回收的每噸堿成本估算見表4。

表4 堿回收運行成本分析

按回收每噸堿2057元的成本、外購每噸堿2200元的價格計算，每年增加收益為84.714萬元。同時由于采取了堿回收工藝，企業(yè)廢水COD污染負荷削減了6388.4t/a，占全廠污染負荷的80%以上，制漿廢水即中段水的處理就容易得多，同時處理中段水廢水成本大大降低。堿回收技術(shù)在該企業(yè)運用后的效果見表5。

表5 堿回收技術(shù)實施前后效果對比

由表5可以看出，該公司采用黑液堿回收技術(shù)后，每年可節(jié)約新鮮水收益約為120萬元，節(jié)約用堿量為5924t，約可節(jié)約資金84.714萬元，同時減少了其他廢水處理費用575.4萬元，每年還可減少向水環(huán)境排放廢水32.36萬t，減少COD排放217.8t，減輕了對地表水環(huán)境的污染影響，取得了較好的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。

5 結(jié)語

黑液堿回收技術(shù)符合循環(huán)經(jīng)濟的理念，達到了減少排污、回收資源能源的目的。實踐證明，該技術(shù)運行穩(wěn)定，安全可靠，可以實現(xiàn)經(jīng)濟效益、環(huán)境效益與社會效益的統(tǒng)一。黑液堿回收技術(shù)在棉漿粕行業(yè)廢水處理領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。

Application of Alkali Recovery Technique in Wastewater Treatment of Cotton Pulp Industry

ZHANG Kai1, ZHANG Qiong-na2, CHENG Ying-chun3, HUANGFU Zhuo-ran1, LI Jia-dong1
(1.Institute of Yellow River Water Resources Protection, Zhengzhou 450004;2. Zhengzhou Gas Company Limited, Zhengzhou 450006;3.Personnel Labor Bureau of YRCC, Zhengzhou 450004, China)

Based on the situation of wastewater treatment in cotton pulp industry, the theory and technology of recovery of black liquor in pulping are introduced. Meanwhile, based on the case study, the application of alkali recovery in the wastewater treatment of cotton pulp industry is discussed.

alkali recovery; black liquor; cotton pulp; wastewater treatment

X703.1

A

1006-5377（2011）02-0030-03