碱回收技术在棉浆粕行业废水治理中的应用

张 凯，张琼娜，程迎春，皇甫卓然，李家东

(1.黄河水资源保护科学研究所，郑州 450004；2.郑州燃气股份有限公司，郑州 450006；3.黄河水利委员会人事劳动局，郑州 450004)

碱回收技术在棉浆粕行业废水治理中的应用

张 凯1，张琼娜2，程迎春3，皇甫卓然1，李家东1

(1.黄河水资源保护科学研究所，郑州 450004；2.郑州燃气股份有限公司，郑州 450006；3.黄河水利委员会人事劳动局，郑州 450004)

结合国内棉浆粕行业废水治理的现状，对碱回收技术的原理、工艺进行了介绍分析，并结合工程实例，对碱回收工艺在棉浆粕行业废水治理中的应用进行了探讨。

碱回收;黑液;棉浆粕;废水治理

棉浆粕是化纤行业的重要生产原料之一。随着社会经济的快速发展，化纤行业对棉浆粕原料品质要求越来越高，需求量也越来越大。但棉浆粕项目是耗水及污染大户，黑液是棉浆粕生产过程中产生的最主要的污染物，因此黑液能否得到有效治理是项目的主要环保问题，也是棉浆粕项目当前发展的关键制约因素。本文结合工程实例，对碱回收技术在棉浆粕行业废水治理中的应用进行了研究与探讨。

1 黑液的成分与危害

棉浆粕生产过程中产生的黑液中含有大量的残碱和有机及无机杂质，浓黑液的COD浓度可达20,000mg/L左右，综合废水的浓度为1500～3000mg/L。据国内主要浆粕生产厂如上海、南京 、三门峡等地的化纤厂的资料，生产每吨棉浆粕其废水排出COD300～400kg，BOD约100kg，严重污染环境，这主要是由于生产工艺落后，没有回收黑液，使大量碱和有机物排出造成的。由此可见，如果棉浆粕生产过程中产生的黑液没有得到治理，将会对地表水体产生严重的污染。

2 国内棉浆粕生产企业废水治理现状

棉浆粕生产废水产生量大、产污负荷高，且废水中污染物成分复杂、残碱含量高，这给废水治理特别是黑液治理带来了较大的难度。国内化纤企业废水治理状况调研情况见表1。

表1 国内棉浆粕生产废水治理情况

调研结果表明，虽然国内化纤企业与科研单位合作探讨了多种治理方案，但实际运行效果均不理想，很难稳定做到达标排放。棉浆粕行业要降低废水末端治理的负担并保证废水处理效果，黑液必须单独处理，而碱回收技术正是目前黑液单独处理的有效方法之一。

3 碱回收技术简介

3.1 主要技术原理

碱回收是应用吕布兰制碱法的基本原理，将黑液中钠的有机化合物烧成碳酸钠，再经过石灰苛化，制成氢氧化钠溶液。黑液碱回收过程的主要化学反应如下：

2RCOONa+O2→Na2CO3+CO2+H2O+C

Na2CO3+CaO+H2O→2NaOH+CaCO3

3.2 碱回收工艺介绍

碱回收包括从棉浆洗涤过程提取黑液、黑液的蒸发浓缩、浓黑液的燃烧、熔融物的溶解苛化和从苛化产生的碳酸钙中回收石灰等基本工序。碱回收系统的基本组成部分及生产工艺循环过程见图1。

图1 碱回收工艺流程

棉短绒原料经过蒸煮成棉浆，悬浮于黑液中。应用液固相分离和过滤洗涤的基本原理，以尽量少的水将棉浆洗净，注意将棉浆纤维细胞腔中的黑液扩散置换出来，使黑液与棉浆充分分离，以取得含黑液少的浆和较浓的黑液。

从洗涤过程提取的黑液中，需经过蒸发水分，提高黑液浓度以便于燃烧。黑液蒸发采用五效蒸发器系统。

将蒸浓的黑液送入回收炉中燃烧。碱回收炉是完成碱回收化学反应的反应器，又是产生蒸气的动力锅炉，炉膛内温度达1000℃～1200℃，使黑液蒸发、干燥，成为黑灰落在炉底上，铺成垫层，着火燃烧成碳酸钠熔融物，从炉底出口处流入溶解槽。燃烧产生的烟气,在炉内上升，通过锅炉部分吸收热量，产生蒸气。最后烟气经蒸发器进一步利用余热，或再经静电除尘器等装置回收碱尘后排出。

绿液中添加石灰乳液，使碳酸钠转化成为氢氧化钠，以制成蒸煮药液──白液。然后进入苛化，连续苛化是将绿液用澄清或过滤方式，连续除去其中悬浮的固体杂质，得到清绿液，再送入苛化器中，与经过消化的石灰乳液充分反应，得到含有氢氧化钠和碳酸钠颗粒的苛化乳液，连续分离白泥，取得清白液，供蒸煮使用。

3.3 性能指标

（1）系统简单且自动化程度高，运行稳定可靠；

（2）碱炉尾部省煤器下设置板式空气预热器，烟气废热综合利用，系统运行油耗节约75kg/h；

（3）黑液提取率高于90%，碱回收率高达78.8%；

（4）在碱炉设计时，针对棉短绒浆物化特性进行特殊设计，将喷枪高度升高，延长黑液干燥时间，节约能源。

4 工程实例

2008年1月，黑液碱回收技术在河南某公司成功运行。该厂日产棉浆粕120t，每吨产品浓黑液的产生量为8.1m3，浓黑液产生量为972m3/d，经二级提取、五效蒸发、重油助燃的工艺进行单独处理。蒸发站采用全板式五效装置，蒸发站的黑液流程为全逆流流程，黑液依次进入Ⅴ效→Ⅳ效→Ⅲ效→Ⅱ效→Ⅰ效，蒸发站的蒸气流程为Ⅰ效→Ⅱ效→Ⅲ效→Ⅳ效→Ⅴ效。浓黑液单独处理的工艺流程见图2。

图2 黑液碱回收工艺流程

由于棉浆粕黑液有机物与无机物的比值低，固形物发热量较低，黑液燃烧时有一定难度，因此加入适量重油以保证黑液的正常燃烧。碱回收的主要技术经济指标见表2，主要技术参数见表3。

表2 主要技术经济指标一览表

表3 主要生产技术参数表

黑液采取碱回收措施后，不再排入外环境，大大减轻了中段水处理的负荷。并且还可以回收烧碱，有较好的经济效益和环境效益。单位棉浆粕白液回收碱液148.27kg，每天回收碱17.79t，碱回收率为78.8%。碱回收的每吨碱成本估算见表4。

表4 碱回收运行成本分析

按回收每吨碱2057元的成本、外购每吨碱2200元的价格计算，每年增加收益为84.714万元。同时由于采取了碱回收工艺，企业废水COD污染负荷削减了6388.4t/a，占全厂污染负荷的80%以上，制浆废水即中段水的处理就容易得多，同时处理中段水废水成本大大降低。碱回收技术在该企业运用后的效果见表5。

表5 碱回收技术实施前后效果对比

由表5可以看出，该公司采用黑液碱回收技术后，每年可节约新鲜水收益约为120万元，节约用碱量为5924t，约可节约资金84.714万元，同时减少了其他废水处理费用575.4万元，每年还可减少向水环境排放废水32.36万t，减少COD排放217.8t，减轻了对地表水环境的污染影响，取得了较好的环境效益和经济效益。

5 结语

黑液碱回收技术符合循环经济的理念，达到了减少排污、回收资源能源的目的。实践证明，该技术运行稳定，安全可靠，可以实现经济效益、环境效益与社会效益的统一。黑液碱回收技术在棉浆粕行业废水处理领域中具有广阔的应用前景。

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