草漿堿回收綠液懸浮物特性與綠液預(yù)處理

王 建， 張 丹， 韓 馳， 趙小虎， 劉燕婷

(陜西科技大學(xué) 輕工與能源學(xué)院， 陜西 西安 710021)

0 引言

我國造紙行業(yè)每年產(chǎn)生大量的苛化副產(chǎn)物白泥，其中主要為草漿白泥.由于草漿白泥硅含量高，難以實(shí)施煅燒循環(huán)利用，主要采用外運(yùn)填埋或者直接排放，因此帶來二次污染[1,2].對白泥進(jìn)行精制，制備造紙?zhí)盍霞壧妓徕}，用于紙張加填，可以有效防止其二次污染[3,4].目前，國內(nèi)多個造紙企業(yè)已經(jīng)建成了數(shù)條白泥精制碳酸鈣的生產(chǎn)線，其成功運(yùn)行已經(jīng)為解決白泥二次污染提供了較好的實(shí)施方向.從這些生產(chǎn)線精制白泥碳酸鈣填料的應(yīng)用來看，與商品沉淀碳酸鈣相比，白泥碳酸鈣品質(zhì)相對偏低，主要體現(xiàn)為白度偏低、使用后對施膠影響明顯等[5,6].在針對白泥白度方面的研究中，現(xiàn)有研究已經(jīng)確定，綠液中的懸浮物是對白泥白度產(chǎn)生影響的重要因素[7,8].為了降低綠液懸浮物含量，生產(chǎn)實(shí)際中一般采用自然沉降.然而由于綠液在連續(xù)化生產(chǎn)線上的溫度高、澄清時間短，綠液中粒度小、類似于膠體的懸浮物沉降速度慢，難以在短時間內(nèi)被澄清去除，澄清后的綠液清液中仍含有一定量的懸浮物，從而影響了堿回收白泥的白度.為了有效去除綠液懸浮物，提高堿回收白泥白度，本文對綠液懸浮物特性及綠液預(yù)處理工藝進(jìn)行了研究，以期為堿回收綠液懸浮物的去除提供參考.

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料與儀器

濁綠液(取自國內(nèi)某廠，基本成分見表1)，聚合氯化鋁(AR，天津市化學(xué)廠)，Ca(OH)2(AR，天津市化學(xué)廠)、生石灰(AR，天津市化學(xué)廠)，硅酸鈣(AR，天津市化學(xué)廠)、100 mL具塞量筒、分析天平.

表1 綠液基本成分

1.2 實(shí)驗(yàn)

(1)綠液預(yù)處理

對綠液分別進(jìn)行自然沉降(即不做任何處理)、多孔性硅酸鈣沉降、氧化鈣沉降、聚合氯化鋁沉降處理.各預(yù)處理劑配制時保持溶液體積一致.

(2)處理后的綠液懸浮物含量測定

使用分液漏斗將處理后的綠液下層沉降物分離，測定上層清液體積；使用慢速濾紙(孔徑1～3μm)過濾上層清液，過濾后用去離子水多次抽濾洗滌濾紙，測定濾紙?jiān)鲋亓勘硎緫腋∥锖?

(3)處理后的清液體積測量

準(zhǔn)確量取50 mL綠液加入具塞量筒，加入一定量已經(jīng)配制好的預(yù)處理劑，控制加入預(yù)處理劑后的混合液總體積為60 mL，混合均勻后靜置，每隔一定時間記錄一次沉降后的清液體積.

(4)綠液基本成分測量

Na2CO3含量測定：按照參考文獻(xiàn)[10]的方法測試綠液中Na2CO3的含量.

NaOH含量測定：按照參考文獻(xiàn)[10]的方法測試綠液NaOH的含量.

在新的會計(jì)制度要求下，將收付實(shí)現(xiàn)制和權(quán)責(zé)發(fā)生制這兩大核算基礎(chǔ)納入體系并用。基于后者的財(cái)務(wù)會計(jì)核算，引入了許多企業(yè)會計(jì)準(zhǔn)則的核算方法，將固定資產(chǎn)進(jìn)行折舊，增加了應(yīng)收應(yīng)付的概念、考慮預(yù)提待攤情況，并對減值資產(chǎn)計(jì)提壞賬準(zhǔn)備。這樣能夠準(zhǔn)確完整反映高校資產(chǎn)負(fù)債“家底”，運(yùn)營成本也能準(zhǔn)確核算，同時也對高校資產(chǎn)日常業(yè)務(wù)管理帶來了更大的挑戰(zhàn)。

綠液硅含量測定：按照國標(biāo)GSB G 62007-90配制硅標(biāo)準(zhǔn)溶液，測定吸光度并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線；取一定量綠液試樣，硝酸處理后立即加入碳酸鉀鉬酸銨，搖勻，依次加入草酸溶液，硫酸亞鐵銨溶液，搖勻測定吸光度，對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)曲線即可得綠液中的硅含量[11-13].

懸浮物含量測試：取一定量綠液，利用慢速濾紙過濾，以濾紙?jiān)鲋亓颗c綠液體積的比值表示懸浮物含量.

2 結(jié)果與討論

2.1 綠液懸浮物特性分析

利用粒度儀對綠液懸浮物進(jìn)行測試，結(jié)果見圖1及表2.

圖1 綠液懸浮物粒徑分布

粒度分布粒度/μm累積/%D60.816.59D101.3910.31D162.3716.66D254.1125.52D509.1054.27D7515.7978.09D9840.6998.82

注：D6表示縱坐標(biāo)累計(jì)分布6%所對應(yīng)的橫坐標(biāo)直徑值，即樣品中所有顆粒直徑小于6微米的顆?？偭?

從圖1及表2可以看出，綠液懸浮物中絕大部分粒子的直徑小于41μm，其中粒徑小于2μm的顆粒數(shù)量約為14%.由于小顆粒沉降速度慢，因此，綠液中所含有的這部分小顆粒會導(dǎo)致懸浮物完全沉降所需的時間較長.

2.2 綠液的自然澄清

對濁綠液進(jìn)行自然沉降，沉降時間與綠液懸浮物含量的關(guān)系見圖2.

圖2 綠液自然沉降時間與懸浮物含量關(guān)系

2.3 綠液懸浮物的過濾處理

對于連續(xù)化的生產(chǎn)線，利用過濾來處理液體中的固體顆粒是一種便捷的方式.實(shí)驗(yàn)對不同目數(shù)過濾網(wǎng)過濾后的綠液懸浮物含量進(jìn)行了考察，結(jié)果見圖3.

圖3 過濾網(wǎng)目數(shù)與懸浮物含量關(guān)系

從圖3可以看出，隨著過濾網(wǎng)目數(shù)增大，過濾網(wǎng)孔徑變小，過濾后的綠液懸浮物含量減少.懸浮物中大顆粒粒子質(zhì)量大，經(jīng)800目濾網(wǎng)(孔徑約18μm)過濾，綠液懸浮物總質(zhì)量從原來的2 980 mg/L降低至604 mg/L，但仍不能達(dá)到生產(chǎn)企業(yè)要求的懸浮物含量小于200 mg/L的要求.這是由于過濾后，保留在綠液中的懸浮物粒度小、數(shù)量多，對白泥白度具有明顯影響.雖然減少過濾網(wǎng)的孔徑有利于進(jìn)一步降低綠液懸浮物的含量，但過濾網(wǎng)孔徑過小后，易產(chǎn)生堵塞，因此不適合生產(chǎn)實(shí)踐操作.

2.4 綠液懸浮物的吸附沉降

施曉旦[9]利用比表面積為700～1 200 m2/g的活性炭對綠液懸浮物進(jìn)行吸附過濾.但是活性炭密度小，沉降困難.雖然其體積較大，可以通過過濾方式去除，但若活性炭粒度控制不嚴(yán)，將細(xì)小活性炭引入過濾后的綠液中，這些黑色的小顆粒將加重對白泥白度的影響.因此本研究選擇利用多孔硅酸鈣對綠液懸浮物進(jìn)行吸附沉降.

硅酸鈣對懸浮物的吸附沉降效果見圖4.從圖4可以看出，粒度約20μm、比表面積120 m2/g的多孔硅酸鈣對綠液的吸附沉降效果并不顯著.這是由于，雖然多孔硅酸鈣用量為4.0 g時，清液體積約為54 mL，與混合液總體積(60 mL)相比，清液回收率可達(dá)90%.但是，按照50 mL綠液(能產(chǎn)生約6.6 g碳酸鈣)使用4 g硅酸鈣進(jìn)行吸附沉降處理計(jì)算，將使白泥產(chǎn)生量與使用后的硅酸鈣廢物量達(dá)到1.65∶1，無法有效降低固體廢棄物的產(chǎn)生量.因此，硅酸鈣不宜用于綠液的吸附沉降.

圖4 多孔硅酸鈣對綠液懸浮物的吸附沉降

2.4.1 綠液懸浮物的反應(yīng)吸附沉降

圖5 氧化鈣對綠液懸浮物的反應(yīng)吸附沉降

圖5為氧化鈣對綠液懸浮物的反應(yīng)吸附沉降預(yù)處理效果.從圖5可以看出，利用氧化鈣對綠液懸浮物進(jìn)行沉淀吸附，可以實(shí)現(xiàn)良好的懸浮物去除，且沉降時間短.氧化鈣對綠液懸浮物的反應(yīng)沉淀，主要是通過氧化鈣與綠液進(jìn)行反應(yīng)生成沉淀，在產(chǎn)生沉淀的同時，實(shí)現(xiàn)對綠液懸浮物的快速共聚沉淀.對反應(yīng)吸附沉降后的清綠液進(jìn)行懸浮物含量測試，結(jié)果見圖6.

圖6 氧化鈣用量對懸浮物含量的影響

從圖6可以看出，隨著氧化鈣用量的增加，綠液懸浮物含量逐漸降低，當(dāng)氧化鈣用量為0.2 g/50 mL綠液時，反應(yīng)吸附沉降后的綠液懸浮物含量偏高，這是由于氧化鈣用量不足，不能對綠液懸浮物進(jìn)行高效去除.當(dāng)氧化鈣用量達(dá)到0.4 g/50 mL綠液時，清液懸浮物含量降低至240 mg/L，基本達(dá)到生產(chǎn)的控制要求.隨著氧化鈣用量的進(jìn)一步增大，雖然綠液懸浮物含量有所降低，但降低幅度較小.同時，由于CaO將與綠液中的Na2CO3生成CaCO3，在增大CaO用量后，將增加排渣量.結(jié)合圖5可知，當(dāng)氧化鈣用量達(dá)到0.4 g/50 mL綠液時，懸浮物的沉降基本在15 min后就可以完成，且沉降后的清液體積約為55 mL，可以實(shí)現(xiàn)約91.6%的清液回收.利用氧化鈣對綠液懸浮物進(jìn)行反應(yīng)吸附沉降是一種有效去除綠液懸浮物的方式，對實(shí)驗(yàn)用綠液而言，氧化鈣與綠液的質(zhì)量體積比約0.8%.但必須注意，不同來源的綠液，其懸浮物含量可能存在差異，因此，不同綠液進(jìn)行反應(yīng)吸附沉降的氧化鈣用量應(yīng)該不同，其最佳用量應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)探討確定.

2.4.2 綠液懸浮物的混凝沉降預(yù)處理

圖7為聚合氯化鋁(PAC)對綠液的混凝沉降預(yù)處理效果.

圖7 PAC對綠液懸浮物的混凝沉降

從圖7可以看出，使用PAC對綠液懸浮物進(jìn)行混凝沉降效果較差.當(dāng)PAC用量為0.1 g時，獲得的清液體積最大，約46 mL.由于目測清液較渾濁，沉降效果較差，故而未進(jìn)行懸浮物含量測試；隨著PAC用量增加，清液體積反而降低，且沉降時間延長.更為關(guān)鍵的是，PAC將會給綠液系統(tǒng)引入鐵離子，會給白泥色度帶來明顯影響，因此，PAC的混凝沉降不適合綠液預(yù)處理.

3 結(jié)論

(1)利用自然沉降可以使綠液懸浮物含量降低至200 mg/L，但沉降時間需要約24 h.

(2)硅酸鈣對懸浮物吸附沉降不能有效控制固體廢棄物的產(chǎn)生量，PAC不適合綠液預(yù)處理.

(3)氧化鈣對綠液懸浮物的反應(yīng)吸附沉降是一種有效去除懸浮物的方法.對于實(shí)驗(yàn)用的綠液而言，氧化鈣的反應(yīng)吸附沉降的較佳用量為0.8%(對綠液體積)，在此用量下，懸浮物可以在15 min后基本沉降結(jié)束，且可以實(shí)現(xiàn)91.6%的清液回收率.

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