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制浆黑液治理方式及进展分析

发表时间：2021/4/14 来源：《中国科技信息》2021年4月作者：陈华琴

[导读] 在我国科技水平不断提高的背景下，以前的造纸技术已经不能满足当前制浆黑液治理的要求了，需要对其应用现状和不同技术的优缺点进行综合性分析，探讨制浆黑液治理中各种方法的有效应用，从而实现对当前造纸黑液资源的充分利用。

广西广业贵糖糖业集团有限公司陈华琴 537100

摘要：在我国科技水平不断提高的背景下，以前的造纸技术已经不能满足当前制浆黑液治理的要求了，需要对其应用现状和不同技术的优缺点进行综合性分析，探讨制浆黑液治理中各种方法的有效应用，从而实现对当前造纸黑液资源的充分利用。
关键词：制浆；黑液；治理方式；进展分析
        为了提高制浆黑液治理质量，国内外都对碱回收等技术进行了分析，加强了新技术在黑液处理过程中的应用，提高了造纸质量。但是，受到一些客观因素的影响，制浆黑液治理技术还没有得到完善。基于此，本文对制浆黑液治理方式以及进展进行了综合性分析，希望能够进一步促进我国造纸工业在社会中的持续发展。
        一、制浆黑液处理背景?
        我国的造纸工业是完善工业体系的主要内容，其流程是比较复杂，基本工艺流程为备料、制浆、抄纸等。造纸生产过程中会产生废水，其中制浆生产过程中产生的黑液是制浆厂主要的污染源，碱法或硫酸盐法制浆是将纤维原料用烧碱（和硫化碱）液经蒸煮后，约有二分之一非纤维物质溶于碱液，并从纸浆中分离出来，黑液中的固形物约有三分之二是有机物，三分之一是无机物。有机物是制浆厂污水中的BOD、COD、SS和色度的主要来源；无机物中主要是碱[1]。由于其污染物浓度非常高，如果将其直接排放到水中，会严重污染水源，对水体带来非常严重的影响，给工业、农业、渔业生产和人民健康带来影响，这就需要相关的生产厂家加强对制浆黑液治理的力度。
        在对制浆黑液中的主要成分进行分析时，发现其中含有大量的可回收利用物质，需要对其进行深入处理，避免出现资源浪费。因此，我们需要对当前制浆黑液以及处理方式的分析，加强对资源的充分应用，从而进一步提高创新处理方法。
        二、制浆黑液治理现状
        造纸工业是国民经济的基础产业之一，与社会经济发展和人民生活息息相关，是国际公认的“永不衰竭”的工业。从世界范围来看，一个国家的造纸工业发展水平和消费水平始终高于国民经济增长水平，它标志着这个国家的文化教育事业的发展水平和文明程度。
        在中国国民经济快速发展和人民生活奔向小康水平的新形势下，纸张将有个稳定的发展市场，对纸张的需求将会不断增加。根据《中国造纸协会关于造纸工业“十三五”发展的意见》预测，到2020年末，全国纸及纸板消费总量预计达到11100万吨，年均增长1.4%，年人均消费量预计达到81千克，从总量上看，我国造纸业在中国经济的地位还将进一步提高。
        为提高资源利用率，减少和避免污染物的产生，保护和改善环境，国家发展改革委、环境保护部、工业和信息化部于2015年4月15日发布的《制浆造纸行业清洁生产评价指标体系》针对不同类型制浆造纸企业清洁生产评价指标体系制定评价指标、评价基准值和权重，其中列明了碱回收的各级要求。
        随着国家对环境保护的日益重视，能否经济有效的解决好制浆过程中产生的黑液污染问题，已经成为影响我国造纸工业发展，直接关系到造纸企业能否生存的大问题。因此，为了减少资源的浪费，需要加强对制浆黑液治理技术的合理应用，创新处理方式，完善治理方法。
        三、制浆黑液的危害性
        制浆生产造纸企业每天都有大量的废水产生，危害较严重的制浆黑液。一般来说生产一吨纸浆就有约一吨有机物以及四百多公斤碱类、硫化物溶解在黑液中。黑液中含有大量的游离碱、硫化物和有机物致使黑液碱性大，其中的BOD、COD、SS和色度是造纸废水的主要来源，如果不对黑液进处理就对其进行直接排放，会让水体变黑，还会有恶臭味，严重污染环境。研究发现，其生化耗氧量可高达100000mg/L，这会消耗水中的溶解氧，对水体生态平衡带来了非常严重的影响。因此，在制浆中，除了要优化其流程，还需要对其中的黑液进行合理化处理，减少此物质对人们身体健康的影响[2]。
        此外，部分学者在对制浆黑液成分的特点进行分析时，发现不管是应用草本材料，还是应用木本材料，在化学制浆过程中，约有占纤维原料50%左右的有机物被溶解到蒸煮液中形成蒸煮废液，其黑液固形物可分为无机物和有机物，纤维含量几乎都是在50%以下，二者之间会出现较多悬浮物质和有毒物质，需要对其进行有效处理。研究发现，大约有1/3为无机物质，还有一些物质为磷和钾，这些物质具有非常高的回收价值，可以加强对此资源的再次应用。
        四、黑液处理方式
        制浆黑液回收利用方法较多，传统的也是最为成熟的回收方法是废液的燃烧回收法。造纸工业碱回收，国外从十九世纪八十年代开始，用燃烧法从烧碱法制浆黑液中回收碱。生产一吨化学纸浆需三百至伍佰千克的烧碱，而烧碱是基本化工原料，若不进行碱回收，势必因不断添加烧碱造成企业经营困难，因此采用燃烧法回收烧碱再循环运用于制浆生产中，只需补充少量烧碱；而且自行回收碱的成本比外购的商品碱的费用低一倍以上，对降低生产成本有很大的作用。因此燃烧法回收碱是目前制浆生产进行废弃物综合回收使其循环综合利用最有效的方法。简要工艺流程如下：

        为有效降低黑液污染，制浆过程中必须降低碱消耗量，提高浆得率及碱回收率，同时在制浆、碱回收全流程进行技术创新、运用新技术和新方法，采用先进的工艺技术与设备、改善管理、综合利用等措施，同时提高生产自动化、智能化水平，实现清洁绿色制浆。
        制浆生产过程中采用低碱蒸煮，在蒸煮过程中添加助剂以降低碱消耗提高浆得率，例如，在进行蔗渣碱法制浆的时候，只需添加一些蒽醌（AQ），就可以有效减低浆料的卡伯值，加强对卡伯值的控制。这种方式不仅可以强化制浆黑液治理的有效性，还非常有利于对纸浆进行漂白处理，从而加强对环境的保护。
        制浆生产提高洗浆工序浆料洗净度可有效提高碱回收率，洗浆采用新型洗浆机提取黑液，保证黑液提取率为95％以上，目前，世界上比较先进的、黑液提取率高的、并普遍采用的是双辊挤浆机、压力洗浆机及鼓式真空洗浆机等；把传统的筛浆浓度从1.0％提高到2.5%，可大大减少废水排放量，纸浆筛选采用中浓封闭工艺流程与设备，筛选中段废水逆流回用进入碱回收系统，使排水和排污量减到最低。
        碱回收装置采用技术成熟可靠的蒸发、燃烧、苛化工艺流程来处理制浆黑液，以降低制浆产生的污染负荷；制浆系统送来的稀黑液经蒸发浓缩后，送燃烧炉燃烧，所得绿液用石灰进行苛化，经澄清制取碱液送制浆蒸煮系统循环使用，为了贯彻国家“开发与节约并重”的能源政策，对黑液燃烧副产的蒸汽采用先发电后用汽的原则，过热蒸汽送到配套的汽轮机背压发电，然后送各用汽点使用。通过设置先进的碱回收装置，回收黑液中的热能和碱，使环境保护问题得到更好的解决。
        为较大的提高生产过程的自动化水平、智能化水平，制浆自控方案采用国际上先进成熟的DCS（集散控制系统），实现各种复杂的控制和运算，完成对生产线的监视、操作和控制，包括所有连续控制，电机控制，逻辑控制及顺序控制。DCS系统具有高精度、高可靠性、良好的实用性、性价比高、维修和维护比较方便等优点。采用DCS控制操作系统，操作人员可通过计算机屏幕对各参数的显示来实现工艺生产过程参数的最佳控制，不仅可以提高生产效率，降低人工、能耗、物耗及环境污染，提高企业的竞争能力及经济效益。
       此外，还有以下方法也为处理制浆黑液提供一些途径和思路。
        （一）先酸析后生化
        在以前的制浆黑液治理过程中，操作人员经常应用先酸析后生化的方式对其进行处理。主要操作流程就是工作人员直接应用酸性物质对黑液中的木质素成分进行有效处理，然后对其进行转化为难溶于水，或是不溶于水的酸析木质素，然后再按照要求对这些物质进行分离，在此过程中还需要对分离后的黑液pH值进行相关的调节，将其调到中性，或者是偏碱性。在调节完成会后，需要对黑液再进行厌氧处理。
        同时，在此过程中我们还需要控制的酸析处理的pH值小于，或者是等于3，主要是因为由于黑液本身的残碱量较大，这会消耗大量的酸，所以操作人员需要对处理后的黑液，进行调节pH值的。但是，这种的方式存在一定的局限性，厌氧生化的周期比较长，并且在处理的过程中还会添加大量的化学药剂，这会出现大量污泥，如果处理不当可能会出现二次污染。
        （二）电渗析法
        这种方式主要是在阳极室和阴极室，对黑液和稀氢氧化钠溶液进行处理，然后在此基础上施加直流电源。在此过程中，钠离子可以自由通过阳膜，因为其本身带有正电，所以其会在电流作用下，聚集在阴极中，然后与电解黑液中所出现的氢氧结合，生成氢氧化钠，主要目的是对碱性物质进行回收。在此过程中，阳极室的氢氧根会被不断消耗，其电解所出现的氢离子会成为游离态，并且浓度也会不断提升，导致pH值下降，影响了周围的环境。因此，需要结合制浆黑液的实际特点，选择合理的方式。
        （三）膜处理法
        在对这种方式进行应用时，需要采用外界能量，让黑液经过不同的孔径薄膜，对其中的物质进行分离。在此过程中，首先需要提高黑液压力，然后按照要求通过一定孔径的过滤设备，控制制浆黑液治理的有效性，加强对驱动的微滤膜分离设备的合理应用，然后将大分子颗粒有效分离出，对其中的浓缩液进行浓缩，进而获得更好的含碱滤液和木质素，加强对不同资源的合理应用，避免对周围的环境带来影响。
        在此过程中，需要将木素和半纤维素被膜分离后，对其进行浓缩。但是，这种方法只适合在中小型造纸企业中应用，不受造纸产能等因素的限制，其所用的成本低也是比较低的。
        （四）综合利用法
        如果在对此黑液中的具体物质进行分析时，发现其中含有大量的残碱，需要采用综合利用法对其进行处理。例如，可以采取低浓度废水方式，对高浓度水进行置换，主要目的是对处理后的废水进行再次处理。在此过程中，可以通过对蒸煮以及洗涤的使用，让部分低浓度的次黑液，可以在原料中进行浸泡处理，主要是因为经处理过的原料，对其进行蒸煮，其质量是非常稳定的[2]。
        此外，一些低浓度黑液，还可以应用锅炉烟气对其进行处理，主要目的是不断降低二氧化硫的排放率。但是，在此过程中，我们需要注意的是，没有经过处理的高浓度黑液，不能应用此方式，从而进一步预防二次污染的发生。
        （五）资源化利用法
        在对此方式进行应用时，一般会采用反应器和喷雾干燥器等多个设备，对制浆黑液进行处理。在此过程中，多效蒸发器会采用逆流热交换法，让其中的物料经过加热，然后在负压状态下，将水分蒸发，不断提高物料的浓度。在反应器中，主要采用反应釜等先进设备，结合客户的要求，应用相应的药剂，或者是反应条件，对制浆黑液进行有效治理。
        结束语
        综上所述，为了优化制浆黑液处理工艺流程，避免其对周围环境的影响，需要对制浆黑液治理的现状进行分析，加强黑液的处理力度，通过对膜处理法和电渗析方式等的有效应用，提高对制浆黑液的治理效果，做到将污染尽量消除或控制在生产过程中，确保项目与环保同时实施，达到建设绿色工厂的目的。
参考文献：
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[3]李怡静，农光再，邢德月，等. 提取木素并结合电解回收碱工艺处理制浆黑液[J]. 中国造纸， 2019, 38(1):14-19.
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作者简介：陈华琴，女，壮族，广西贵港市人，大学本科学历，工程师职称，研究方向：制浆、碱回收。