草料蒸煮制浆工艺、该工艺洗浆废水的回收 方法及其系统装置 本发明涉及的是造纸工业中以稻、麦草为原料的化学制浆技术领域，尤其涉及的是以苛性碱法用稻、麦草制浆的工艺方法，及其相应的洗浆废水的回收利用方法和整套工艺系统装置。
很多国家在木材严重紧缺的情况下，研制以丰富的稻、麦草为原料用于造纸，通常采用压力蒸煮工艺方法，即将绝干稻草、与绝干稻草按1∶3。重量比例的水和以绝于稻草重量16％的苛性碱NaOH加入压力容器中，施加4～6Kg/cm3的压力，在140～160℃的温度范围内蒸煮2～4小时，制得可漂纸浆，这种可漂稻草浆得率很低，仅为32～36％。这种生产方法目的在于用高温、高压的条件，促进碱液不断渗透到草组织中，将其木质素转换成易溶解的碱木素，提纯其纤维，但实际生产中：其天然纤维在高压、高温条件下蒸煮受到极大的破坏，降解程度大，浆张强度低、且几乎占稻、麦草一半重量的非纤维有机物在高温、高压碱煮中，会产生大量的亲水性溶胶，洗浆废液粘度高、浑浊，草浆呈黑色，导致草浆滤水性差，难于回收，以上两点是后续抄纸时经常出现毛布粘边、断纸头等生产问题的主要原因，影响生产效率；采用高温、压力碱煮工艺，稻草浆灰分含量高，达到13.1～17.8％，手感较硬，色泽暗，耐折度及撕裂度、耐破度、抗张强度明显低于灰分含量低的纸浆，高含量灰分还容易将蒸煮废液的回收管道堵死；尤其再经过碎浆、磨浆除渣、筛选洗浆工序后，中段废水中集积大量的悬浮有机物，使废水浑浊不清，既使长时间静置也不能澄清，不得不排放掉。该工艺产生的废液、废水给江河水质造成极大的污染，成为困扰造纸行业地一大难题。
稻、麦草与木材相比有很多自身“弱点”：1、生长时间短，木质化程度轻，纤维短，质地疏松；2、灰分含量大，约为15～18％；3、含有50％以上的非纤维性有机物。这些“弱点”恰恰证明了稻、麦草易于药液浸渍、渗透、扩散，是不适于高压蒸煮的，否则就会出现上面所述的弊端，另处，也说明了稻、麦草制浆脱盐(脱硅)比脱木素更为重要。参见《造纸技术通讯》1971年第2期《稻、草制高级纸用浆》一文中，其技术内容为：在50～90℃的较温和的温度、碱比13％、常压蒸煮稻草浆，其灰分只为4.4～8.1％；而与高温压力碱煮方法相比，前者成浆的耐折度几乎是后者的2倍，其他指标，如撕裂度、耐破度及抗张强度都较后者有所提高。因此，实验表明，用低温常压蒸煮制浆在技术是可行的，同时在经济上也是有益的，但资料中未具体说明常压温和条件下所造出的纸浆可否漂白、可否用于生产白色纸张，特别是对所产生的废水污染及回收问题未予考虑，而且该工艺公开如此长时间，而未见实际生产应用，足见其存在不成熟之处。其他此方面的生产技术，该篇文章中公开的另一制浆方法：用机械化学方法，14～15％的NaOH在96℃的温度煮1小时，再进行机械磨浆，但由于机械的作用，纤维的撕力降低了，且在磨浆时，需用较大马力，液比也较大为1∶5～6，因此蒸汽消耗也较多，还只能生产低档的粗纸。
本发明的发明目的在于提供一种以稻、麦草为原料用碱煮法生产制浆的工艺方法，尤其提供一种能够生产滤水性能好、灰分含量低、浆张强度高、用水量少、易于漂白的制浆生产工艺。
本发明的另一发明目的在于用于治理洗浆废水的污染，提供一种该废水的回收利用、减少污染的方法。
本发明的再一发明目的在于提供一种贯穿上述以稻、麦草为原料制浆、回收利用制浆废液和洗浆废水至形成良浆的生产流程系统装置。
因此完成本发明第一发明目的的制浆工艺方法为：在温度为90～100℃、碱比为13～16％、液比保持为1∶(5～6)的条件下，同时加入绝干草料重量的0.3～0.5％的助剂二氧化钛，蒸煮稻、麦草浆3.5～4小时，制得可漂草浆。
由著名造纸专家曹光锐先生所译著的《在匈牙利草浆的生产应用》一文中，论及到草料灰分及其活性的关系：“稻草中的灰分含量是所有草类原料中最高者，而且稻草在化学蒸煮中，又是反应活性最大者。”查看周期表，硅元素的坐标位置在第II周期与第IV属的交叉点处，据有关资料表明：同一属内并且相邻的元素，其化学性质相近，钛元素与硅相邻，并在同一属，因此二氧化钛与二氧化硅也具有类似的反应活性。为证实这一点，经多次对比实验：在同一碱比(16％)和温度(90～100℃)、常压条件下，加入少量0.3～0.5％二氧化钛所蒸煮的稻、麦草浆，手感较软、色泽较浅、可以漂白，而没有配加二氧化钛蒸煮得到的稻、麦草浆，手感软硬，色泽较暗，较难漂白。产生这些现现象的原因可从二氧化钛的特性进行分析【摘自《化学试剂词典》】：白度为98％的二氧化钛是一种白色颜料，颗粒细小为320目，本身显碱性，具有渗透性强和覆盖能力大的特性，实验表明，二氧化钛能吸附于草片表面并能渗透到草片组织，由此它能够引导蒸煮碱液更有效地渗透到草片组织中，保证了在温和蒸煮条件下，促进化学反应，具有更高的反应活性。
本发明所提供的稻、麦草生产制浆过程中，由于添加了少量的助剂二氧化钛，因其具有较强的渗透能力和反应活性，在提取草纤维时，能够溶解较多的木质素，对纤维的破坏性小，能够充分溶解稻草灰分，降低了草浆灰分含量，明显提高了张浆强度，增强了成浆的耐折度、撕裂度、耐破度和抗张强度，滤水性提高，有利于顺利抄纸，提高生产效率，而且更容易进行漂白。
本发明的生产制浆方法，是根据稻、麦草本身的特性，并添加了助剂，使采用低温、常压蒸煮更适于稻、麦草制浆，也更能提高草浆的质量，使碱液更能快速渗透到草料组织中，明显减少了草浆中亲水性溶胶的含量，降低了废液粘度及浑浊度，澄清速度比未加助剂的要快，澄清液呈茶色透明，有利于回收利用废液的残碱和热量，所以本工艺方法虽然液比较大，但废液较清、回收利用率高，减少水的耗用量、节省水源、消除环境污染，草浆的滤水性提高，容易洗浆等操作，不会影响设备的使用，可基本消除抄纸时粘边、断纸头等生产困扰。本工艺主设计由于增强了药液对草组织的渗透能力，促进了化学反应，也就无需在此工序中使用带有搅拌装置的蒸煮器，进一步提高了废液的澄清度，提高回收利用率，减少对纤维的破坏，去除了较多的灰分，为顺利进行后面各工序创造了条件。因此，利用本发明的生产工艺方法可实现以低成本的稻、麦草原料生产高级印刷纸、书写纸及高强度包装纸及纸板等高要求的纸制品，可节约大量代用木浆。
经上述蒸煮制浆工艺所得粗浆经碎浆、磨浆、除渣和筛选后，进行制浆洗涤。完成本发明第二发明目的的废水回收利用方法是向洗涤废水中加入0.3～1％的凝聚剂，然后静置沉淀，其上清液可回收再用于洗浆或蒸煮制浆中作为补充水，其沉淀物含有较多有机物和部分无机盐，与煤相混用于锅炉燃烧，省煤，其熔渣可再经苛化回收残碱，可减少无机盐的污染。
在上述废水回收利用方法中，其凝聚剂的最佳加入量为0.3～0.5％；该凝聚剂为生石灰、高岭土或氧化镁的其中之一。另外，为使凝聚剂能与废水中的悬浮物充分混合，进而沉淀、澄清，利用搅拌手段达到这一目的。
本凝聚沉淀回收利用方法，充分利用了所提供的凝聚剂的本身特性，如石灰粉(CaO)遇水后在转变为熟石灰Ca(OH)2的过程中，体积会急剧膨胀到原来的3～3.5倍，这一过程中，它会大量凝聚、吸附废水中的悬浮有机物，使混浊废水能够沉淀澄清，凝聚剂高岭土和氧化镁也具有相同的工作机理。这种回收方法，根除了稻、麦草制纸浆的所产生的废水污染环境的缺陷，而且方法简单、效果好，回收率高、费用低。为加速澄清、沉淀，使凝聚剂与废水充分混合，可以采用搅拌废水的方法，同时利用搅拌中所产生的涡旋作用和离心作用，实现废水的快速澄清、回收，进一步降低了水的耗用量。
本发明还提供了完成上述生产制浆到产出良浆的工艺流程系统装置，它包括：常压蒸煮容器，蒸煮粗浆滤液送回收池后泵送回蒸煮容器，补充蒸煮用水；粗浆送至碎浆机后经磨浆除渣机送离心筛筛选，所选的良浆流入圆网浓缩机进行洗浆处理，洗浆废水输送到搅拌器与凝聚剂充分混合后，进入废水沉淀池静置沉淀，其上清液进入回收池，回收利用，其沉淀物泵送至锅炉，与煤混合用于燃烧，洗后良浆送贮浆池，待漂白造纸。
在本流程装置中，洗涤工序可采有多段串联圆网浓缩机来完成，其中段废水可进入搅拌器及后续程序处理，其末段较洁净废水可直接泵送碎浆机或蒸煮器或作为洗浆用水。
本发明的技术方案使制得的可漂纸浆滤水性好，浆张强度高，成本低，整体技术可操作性强。
以下将结合附图详细说明本发明的技术内容，其中附图为本发明的工艺流程装置图。
下面将依据附图详细阐速本发明所设计的制浆工艺、废水回收工艺及其贯穿上述两工艺方法的整套稻、麦草制浆工艺流程。在蒸煮器1中加入初段稻、麦草，其中液比为1∶(5～6)，碱比为13～16％，加入绝干草重量0.3～0.5％的助剂二氧化钛TiO2，通入蒸汽常压加热，直至达到90～100℃的温度后，蒸煮3.5～4小时，其后向回收池4泄放蒸煮废液，蒸煮草浆送碎浆机2进行碎浆处理，在本工艺中，以二氧化钵作为助剂，提高了药液对草组织的渗透能力，进而配合在实际低温、常压蒸煮操作中，溶解大量木质素和草组织中的灰分，减少了对其纤维破坏，提纯纤维，提高了滤水性和浆张强度，其制浆废液也由原来高压未加助剂蒸煮的黑色变为浅棕色、透明，而且该助剂本身的碱性特性，可以促使硅酸盐转化为二氧化硅而沉淀下来，从而使废液得到净化，其沉淀物可定期进行清理。总之，该工艺方法，一方面提高了蒸煮制浆的质量，另一方面蒸煮废液比较清淡，适于沉淀后回收利用，既使在大液比的条件下，由于蒸煮中大量循环使用废液，该工艺的耗水量是非常低的，节省用水，充分利用残碱及余热，减少了环境污染。该蒸煮工艺中，还可以省去蒸煮器中的搅拌装置，有利于度液的回收。
草浆经碎浆及贮浆池3泵送除渣磨浆机5，然后转送离心筛6进行筛选，由管道输送，其良浆自流于圆网浓缩机7进行多段串联洗涤，所选出的尾浆(浆渣)回流于贮浆池3，以备回磨复选。一般经多级洗涤，末末洗浆废水已经比较清洁，可以直接转送邻近的用水处，如由贮池11转送回初段洗浆用或碎浆机2的稀释用水；其中段废水因经碎浆、磨浆等操作，出现了大量的悬浮有机物，是废水难于净化治理的一大难题。在本实施例中，可向中段废水中加入0.3～1％的凝聚剂，该凝聚剂的最佳加入量为0.3～0.5％，其加入量过大会使废水变得浑浊不清，其凝聚剂最好为生石灰，也可为高岭土或氧化镁的其中之一。生石灰粉遇水变为熟石灰的过程中，体积会迅速膨胀到原来的3～3.5倍，因此能吸附、凝聚废水中的悬浮有机物，使废水得到沉淀、净化，其上的清水由废水沉淀池10及废水回收池12泵送回洗浆处用，其池底沉淀物因含有大量有机物及无机物，可用于与煤混合后燃烧，其燃烧熔渣可利用石灰乳进行苛化反应回收一些蒸煮用碱，使原来的污染废水能够循环复用，最大限度回收利用，减少污染浪费，降低生产成本。在本实施例中，为了增加凝聚剂与废水悬浮有机物充分作用，将其凝聚沉淀，在浓缩机7的输出废水管道与废水沉淀池10之间设置一搅拌器8，充分搅拌、混合，同时因为它产生的涡旋作用和离心作用，可以加快沉淀、澄清速度，提高废水净化程度。洗后的纸浆自流于贮浆井13，以备送漂白工序使用。图中9为各工序的输送动力泵。