造纸白水处理

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• 造纸白水的来源是什么？有何特点？
  植物纤维湿法造纸页成型过程中从造纸机网部、压榨部脱出的废水称为造纸白水，造纸白水是造纸车间废水的主要来源。造纸白水富含流失的纤维、无机填料及浆料中添加的各种化学助剂。造纸白水的物理化学特性因浆料种类、抄造的纸种、纸机类型与装备及造纸过程湿部的控制等不同有较大的差异。一般来说，造纸白水中溶解性COD、BOD指标较低，分别在300mg/L-800mg/L和100mg/L-300mg/L范围，悬浮物的含量较高，差异也较大，在500mg/L-3500mg/L范围。
• 造纸白水的气浮法处理技术有那些？
  早在20多年前，常规溶气气浮法、斜板(斜管)沉淀法及多圆盘过滤机就应用于处理造纸白水。之后，在常规溶气气浮法的基础上，开发了射流气浮白水回收处理技术，并得到很快推广。射流气浮处理造纸白水存在以下一些缺点：①气浮池较深，一般水位约2m左右，增加了气浮时间，降低了效率，一般气浮时间在15min-30min；②气泡直径较大(约50μm)，容易破裂而失去气浮作用；③因采用间歇式刮浆，有些浮出的纤维因停留时间较长，气泡破裂，造成气浮物重新下沉；④由于射流气浮池采用一端进水，横向前进，会干扰纤维的上浮。
• 超效浅层气浮装置的工作性能与特点是什么？
  超效浅层气浮装置与传统气浮法相比，改静态进水、动态出水为动态进水、静态出水，使浮出物在相对静止的环境中，垂直浮在水面上。其上浮速度达到理论最大值。
  超效浅层气浮处理造纸白水具有如下特点：①溶气水中气泡直径一般在10μm左右，大大增加了微小气泡与悬浮物的接触面积和接触点，有利于上浮作用。实践证明，气泡越小越不易破裂，这就避免了上浮过程中及上层浮出物因气泡破裂造成悬浮物重新下沉的弊病。超效浅层气浮的第一个技术关键是溶气水的制造，其溶气缺罐构造独特，是KROFTA公司的专利技术，体积很小，但溶气效果很好，这是它优于其他气浮形式的关键所在。②池子很浅，一般水位控制在600mm左右，大大缩短了气浮时间，气浮过程在3min-5min内即可完成，因此气浮效率比射流深池气浮提高5倍以上。③布水均匀，且释放出的水直接上升，基本无横向流动，避免了横流对上浮作用的影响。④出浆独特，采用连续运转的回转勺式刮浆器，对上层积聚的悬浮物去除及时，且干扰很小，避免了浮出物的重新下沉。⑤释放器有特色，释放均匀，有利于提高气浮效果。⑥靠近池底部有连续运转的沉淀物清除刮板，便于沉淀物及时清除，保证了池底干净及有效气浮出水。
• 超效浅层气浮装置有何应用？
  广州造纸厂采用超效浅层气浮技术处理新闻纸机白水的工艺流程如图6-15所示。造纸机剩余白水先集中于白水贮池中，在污水泵前加入适量的混凝剂，在泵送过程中充分混合反应，形成大的絮粒。在进入气浮池之前与高效微氧化强溶溶气管制备的溶气水混合，经高效微气泡释放器减压后加入高分子助凝剂，使絮粒结成较大和紧密的絮粒团。进入气浮池后，随着布水装置的旋转，均匀分布于整个池体。白水中的絮团则被溶气水减压后形成的大量微小气泡吸附，密度降低，迅速浮到水平形成浮渣层。根据渣层厚度调整螺旋刮泥斗的自转速度，将上层浮渣撇出，由重力作用流入污泥槽(浓度为2%-3%)再送往污染压滤机处理。水体中较重的粒子或浆团沉下槽底，可由设在布水管下部的胶皮刮泥装置收集到槽体的泥斗中，定期排入浮渣槽。由于白水中的纤维比较短，灰分大，故浮渣的回用还有待研究。分离净化后的白水则从气浮中部的集水管流出，进入清水池供车间回用。
• 影响超效浅层气浮处理效果的主要因素是什么？如何控制？
1. 集水池要足够大，保证处理水的水量及浓度稳定，否则水质变化太大，则会直接影响出水水质并增加化学品的消耗量。
2. 运行过程中贮气罐保持稳定的压力。
3. 合适的絮凝剂及适当的加入量直接影响到运行效果，所以在设备的投运之前，在实验室做大量的絮凝模拟试验是很有必要的。
4. 絮凝剂的加入点也要经过比较试验，选出较好的加药切入点。
5. 气浮后的浮渣还需要进一步处理，所以在采用浅层气浮的同时，还要考虑浮渣的出路问题。如果浮渣不可回用，要同时考虑污泥的脱水浓缩处理，选择合适的脱水设备和化学药品。
   
• 多圆盘真空过滤机有什么优点？
  多圆盘真空过滤机用于造纸白水处理具有如下特点：①过滤过程连续，工艺过程稳定；②设备占地面积小，基建费用低；③运行费用低，由水的液位差实现浆水分离；⑤清滤液的固形物含量低，正常情况下为20mg/L-50mg/L，可直接用于造纸过程，从而实现水封闭循环。具体工艺如图6-16所示。
  
  
• 电吸式水处理原理是什么？
  它是利用带电电极表面吸附水中离子及带电粒子的现象，使水中溶解的盐类及其他带电物质在电极表面富集浓缩而实现水的净化/淡化的一种新型水处理技术。图6-17为电吸式水处理的原理示意图。原水从一端下方进入阴、阳电极组成的空间缓缓流动，最终从另一端上方流出。原水在阴、阳电极之间流动时受到电场作用，水中带电粒子将分别向带相反电荷的电极迁移，被该电极吸附，形成双电层。随着电极吸附带电粒子的增加，带电粒子在电极表面富集浓缩而实现与水分离开，使水中的溶解盐类、胶体颗粒及其他带电物质滞留在电极表面，而获得出水为“净化了”的水。
• 电极吸附量如何计算？
  根据双电层理论，电极表面的离子吸附量与体相浓度及表面电位之间有如下关系：
  q=(8RTω)1/2(C)1/n sinh(zFΦ/2RT)/zF
  令k=(8RTω)1/2 sinh(zFΦ/2RT)/zF
  则：q=k(C)1/n
  式中q-表面电荷数；ω-水在电极表面的介电常数；C-水中离子浓度；z-离子电价数；F法拉第常数；Φ-电极表面电位；R通用气体常数；T-热力学温度；n-试验所得常数。
  从上式可以看出，当电极表面电位达到一定值时，双电层离子浓度可达溶液体相浓度的成百上千倍。
  
• 什么是EST电极的吸附？
  当含有一定量盐类的原水经过由高功能电极材料组成的EST模块时，离子在直流电场的作用下被贮存在电极表面的双电层中，直至电极达到饱和。此时，将直流电源去掉，并将正负电极短接，由于立流电场的消失，贮存在双电层中的离子又重新回到通道中，随水流排出，电极也由此得到再生。EST模块处理效果的好坏主要取决于电极的吸附性能。通常，对材料吸附能力的描述是通过获得吸附等温线来进行的，而对电吸附来说，除了要考虑到温度的影响外，还必须考虑电极电势的影响。因此，本技术的研究是从通过测定等温等电势线，了解掌握电极材料的电吸附性能着手。
  图6-18示出了电极材料对氯化钠的吸附等温等电势线。试验条件为温度25℃，电极电压1V。通过对曲线的回归计算，得出吸附量与平衡浓度的关系，如下式所示，吸附量与平衡浓度呈平方根关系，符合上述双层理论计算式的预测。
  上图公式中：mad-每克电极材料的吸附量，(mg/g)；C-氯化钠溶液的平衡浓度，(mg/L)。
• 什么是高效功能性电极材料LX？
  电吸式水处理技术对阴、阳电极所用的材料要求非常特殊，一般的金属材料或其他导电材料可以实施电吸式水处理过程，但不能达到实际应用的经济性和可行性要求。不久前，一种合成高效功能性材料制成的电吸式水处理电极材料，使这一新兴水处理技术付诸大面积推广应用成为现实。该高效功能性电极材料LX具有如下特性：
1. 对带电微粒的吸附性和解析性。LX能吸附水中的带电粒子，包括离子、胶体微粒、有机物或细菌等表面带电物质，形成双电层，并使它们在电极表面富集浓缩，其吸附离子量值可达该处理水中离子量值的10的。次方幂倍，而在电极失电时，这些富集在电极上的带电粒子又能顺利穿越电极材料而解析脱落下来，随水流冲走。
   
2. 对水中有机物分解的催化作用。该高效功能性材料LX不仅充当导电电极使用，而且还具有催化剂的功能作用，水中一些有机物质表面具有一定的电性或分子两端具有不同的电性，它们被电极吸附后，受到LX的催化作用而分解成为无毒的其他物质，最终被排放除去。
3. 材料本身的高稳定性。LX能长时间地保持电极足够的强度，不易损坏。材质相当稳定，不会在使用过程中发生溶解腐蚀或被污染滋生微生物质，影响其正常的吸附及解析功能，更不会在短时间内发生脆化、热裂、变形等物性的改变，其使用寿命可在20年以上。
   
• 什么是EST模块？
  用高效功能性电极材料LX，依据水力学、电化学、机械学、电子控制学理论设计加工成电吸式水处理设备的组合单元件-EST模块，这是使这一技术走向产业化的关键。模块可由边框、阴阳电极接头、高效功能性材料阴极板和阳极板、隔离密封垫、压紧螺栓螺母、支承架等组成，阴、阳电极板和隔离密封垫(隔框)之间形成处理水流通道，同时设置了进出水管路和阀门(图6-19)。
  
  边框和支承架(左、右端板)是固定电极板和承受水流压力、自重的零件，必须是绝缘性好，有较高机械强度的材料。阴、阳电极接头用锰铜制作，既有良好的导电性，又有很好的弹性，其大小要充分考虑到电压损耗和电流载荷的发热作用。进出水管道及阀门在设置时，也应充分顾及水流畅通及控制调节方便等因素。
  由一组EST模块在其电极上通上直流电源，进出水管路上配置在线检测仪表和自动控制系统，就组成了一个最小的电吸式水处理系统。运行时，启开进出水阀门，接通电源，即刻就可以产生电导极低的净化水了。
  
• EST模块工作过程如何？
  原水从EST模块的进水端导入，经过阳极板-隔框-阴极板，阴极板-隔框-阳极……多对电极与隔框组成的水流通道，最后从出水端排出，其工作过程如图6-20曲线所示。运行时，进出水阀门开启，直流电源接通，即可以产生电导率大大低于原水的除盐水。试验表明，当进水含盐量在1000mg/L以下时，经EST模块处理后，出水电导率低于30μS/cm-50μS/cm，随着运行时间的延长，一般在5h-6h后，电极表面吸附量趋于饱和，此时出水电导将升高，系统将进入再生阶段。再生时，出水阀门关闭，排污阀开启，同时直流电源断开，EST模块阴阳两极短接，则工作过程中富集在电极表面的离子就会从电极表面解析下来，随水流经排污阀冲走，再生排水的电导瞬时高峰值，是原水电导值的5倍-10倍，甚至更高。再生时间一般为运行时间的1/6-1/4，因为离子需要有一个扩散穿越电极材料的过程。当再生排水电导与原水电导相当时，则可认为再生结束，系统进入第二个运行周期。
• EST模块的并联与串联的必要性是什么？
  针对各特定的应用场合可根据需要将模块作任意组合以实现处理目标，当需要处理水量大时，或需要连续供水时，则必须采用两个或以上的工作模块并联运行工作方式，一个模块在再生，另外的模块在工作，这种模块化并联运行设计组成的设备就可以不间断地供水和成倍地增加处理量。运行试验表明，EST模块并联运行时处理水量可成倍地增加，单位出水的耗电量保持不变。而当处理水中含盐量杂质较多，要求出水的纯净程度又较高时，单级EST模块处理往往难以保证其可靠性和经济性，如处理海水、地下苦咸水获取高纯水，此时就必须采用多级EST模块串联运行的方式。试验表明，EST模块串联运行处理水单级单位耗电量几乎不变，而处理深度将会随串联节数递增。
• 电吸附水处理技术的特性是什么？
  EST技术的能耗很低，其主要的能量消耗在于使离子发生迁移，而在电极上并没有明显的化学反应发生，如有必要还可以将所用的能量回收一部分过来，即将吸附饱和的模块上贮存的电能再加到另一再生好的模块上，也即所谓的“秋千式”供电方式。这与其他除盐技术相比可以大大地节约能源。一个试验模块以流量50Vh、除盐率85%处理TDS为1000mg/L的原水时，能耗仅约为60W。其根本原因在于EST技术净化/淡化水的原理是有区别性地将水中离子提取分离出来，而不是把水分子从待处理的原水中分离出来。
  电渗析法采用阴阳离子薄膜加电场的方法分离水中的盐类，它克服了反渗透法的一些致命弱点，但其能耗水平目前多在4kW/h -4.5kW/h吨水，依旧较高。冷冻法淡化技术的单位能耗更高，它只能在实验室或一些特殊条件下运用。而电吸式水处理净化/淡化技术的能耗极低，几乎接近于理论值，以出水量40t/d的规模作比较，电吸式水处理技术的能耗仅是反渗透技术能耗的10%~15%(表6-7)

  	反渗透法(元/年)	电吸附法(元/年)
  水耗(1.5元/t)	21600	2398
  电耗(0.53元/kW·h)	44680	4579
  化学药剂(5元/L)	32000	0
  薄膜更换	16000	0
  总计每年	114280	6977

  (1)水利用率高。EST技术可以大大提高水的利用率，一般情况下水的利用率可以达到75%以上；如采用适当的工艺组合，甚至可达90%以上。
  (2)无二次污染。EST技术不需任何化学药剂来进行水的处理，从而避免了二次污染问题。EST系统所排放的浓水系来自于原水，系统本身不产生新的排放物。与离子交换技术相比，省去了浓酸、浓碱的运输、贮存、操作上的麻烦，而且不向外界排放酸碱中和液。
  (3)操作及维护简便。由于EST系统不采用膜类元件，因此对原水预处理的要求不高，而且即使在预处理上出一些问题也不会对系统造成不可修复的损坏。铁、锰、余氯、有机物、钙、镁、pH值等对系统几乎没有什么影响。在停机期间也无需对核心部件作特别保养。系统采用计算机控制，自动化程度高，对操作者的技术要求较低。从理论上讲，EST模块可以长期服役，预期寿命至少在20年以上。
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