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造纸废水零排放技术探索

发布时间:2011-5-23 11:38:50  中国污水处理工程网

造纸工业是用水大户,当然也就是废水排放大户。我国制浆造纸工业每生产1吨纸,平均耗水量200吨以上。造纸工业也是我国污染最大的工业,造纸废水排放的有机物(以COD计)占我国工业废水有机物总量的约三分之一。造纸工业的清洁生产对于我国环境污染控制具有重要意义。

造纸行业中,废纸为原料的制浆造纸工厂可以作为清洁生产的突破口。据了解,我国目前纸产量约为7000万吨,其中60%以废纸为原料。有业内专家预测,由于木材短缺和草浆造纸难以实现碱回收而无法扩大规模,预计废纸造纸的比例还要增加。我国造纸工业废水最新排放标准尽管已经对“排放量从严”,但废纸生产每吨浆的允许废水排放量仍然高达60m3/吨纸。

造纸工业节水从来就是重要的课题,上世纪60年代国外已经开始了白水封闭循环,但是在90年代中期以前在任何工艺的造纸厂都还没有实现废水的零排放。为此,我们进行了大量的客户调查工作和相关研究,通过试验和工程实践表明:我国废纸造纸具有巨大的节水余地!

2002年在天津万利开始实施的零排放废纸工程,是我国首次采用生物技术的造纸废水零排放实践,工程实施后用水量仅2.1~2.3 m3/吨纸。随后山东威海海盛纸业有限公司和山东淄博华鹏纸业有限公司等废纸造纸企业相继采用改进后废水处理的技术,实现了“造纸废水零排放”。

一、应用范围:

目前受处理技术和投资以及运行成本的限制,造纸废水“零排放”仅在以废纸作为原料的制浆造纸工厂得到应用。生料的零排放的技术仍在探索中……

二、存在的问题:

废纸造纸工艺存在很大的节水潜力,但是水的节约意味着大量水的回用和污染物的积累。废纸造纸厂通过零排放改造,大家遭遇了诸多问题,其中最主要的是以下三个问题:

盐分(溶解固体物)的富集、难降解污染物的富集和色度不断增加的问题。

据了解,污染物质的积累会产生很多问题,如微生物生长问题会造成纸面的空洞、透明点等纸病,甚至引起抄造断头;完全的废水循环,导致盐的积累,会引起设备结垢、毛布和铜网的堵塞、产生气泡干扰造纸过程,盐的积累还会引起腐蚀问题;工艺过程中形成的二次胶粘物沉积于设备表面,会危害造纸过程,引起相当于树脂障碍和涂布损纸的白树脂问题等等。

正因为存在诸多问题,曾经主张实行零排放的工厂,由于没有合适的循环水处理,未能坚持零排放,污染物积累导致COD高达数万mg/L,不得不偶尔排放废水,所以,零排放必须解决循环水中污染物的积累问题。

三、问题的解决方法

采用合理生物处理工艺解决污染物富集的问题:

我国废纸残余木素高,污染负荷高、胶体与钙、硅酸盐含量高,针对其废水的特点,我们探索以“水解酸化—好氧”为主的工艺处理废纸造纸的废水,工程实践表明:使用该工艺可以持续稳定地实现废纸造纸的废水达到零排放。也有使用“厌氧—好氧”工艺,同样能达到零排放的目的。

我们认为造纸废水中使废水发臭的原因是生物可降解有机物,也可以说是废水中的BOD。污水中BOD的去除是靠微生物的吸附作用和代谢作用,然后对污泥与水进行分离完成的。

厌氧过程可分为水解阶段、酸化阶段和甲烷化阶段,前两个阶段速度相对较快,在工程上难以严格分离。水解酸化主要是把需要通过胞外酶的分解才得以进入微生物体内代谢的不溶性大分子物质转化为微生物可以直接摄取溶解性的小分子有机物质,厌氧水解酸化主要为改善和提高废水的可生化性和溶解性,并降解部分BOD。活性污泥中的微生物在有氧的条件下,将污水中的一部分有机物用于合成新的细胞,将另一部分有机物进行分解代谢以便获得细胞合成所需的能量,其最终产物是CO2和H2O等稳定物质。在合成代谢与分解代谢过程中,溶解性有机物(如低分子有机酸等)直接进入细胞内部被利用,而非溶解性有机物则首先被吸附在微生物表面,然后被细胞外酶水解后进入细胞内部被利用。由此可见,微生物的厌氧、好氧代谢作用对污水中的溶解性有机物和非溶解性有机物都起作用,并且代谢产物是无害的稳定物质,因此,可以使处理后污水中的残余BOD浓度很低,确保出水BOD保持在60mg/L下。

2. 控制生产中添加填料,减少盐分富集

造纸加填料的最初目的是降低纸的成本,现在主要目的是使纸张获得某些特殊性质。由于加填的目的不同,填料在纸中所占的比例差别较大,一般在l0%~20%。采用一种填料或几种填料取决于所要求的纸张特殊性质。在各类纸中,印刷用纸和书写纸的填料用量最大。填料有助于改善纸张的下列性质:①通过填充纸页中的空隙,提高纸页的匀度与平滑度;②增加纸的不透明度和白度(通过使用碳酸钙); ③增加适印性;④增加尺寸稳定性;⑤降低纸的成本。同时,加填对纸张和造纸过程也有不利影响,加填会减少纤维间的结合,造成纸的强度下降,印刷时易掉毛掉粉,同时会增加对纸机的磨蚀。⑥为提高纸对水浸透的抵抗性而使用施胶剂。

加填和施胶都有部分溶入水中,在废水循环使用过程中,可溶性的无机物就不断富集,从而影响水处理效果,影响水的再利用。因此在选择造纸工艺、选择使用填料时必须考虑以上问题。

适度排泥可排除部分难降解污染物和盐分。实现废纸造纸废水零排放盐分和部分难降解有机物主要是从两个途径排除的,一是排泥,二是纸张带走一部分。排泥是减少盐分和部分难降解有机物的主要途径。

所以适度排泥可排除部分难降解污染物和盐分,是实现废纸造纸废水零排放关键之一。

四、工程实例

A. 万利公司造纸厂按每日生产180吨瓦楞原纸设计的循环水处理改造工程2002年秋建成并开始运行,之后清水用量降低并稳定在2.3m3/t 纸以下(全部工艺用水),已经完全没有废水的排放。由于纤维回收和节水,该厂每年仅节水和纤维两项就可以降低成本360万元(当时产量110吨纸/日时),取得了很好的经济效益。最重要的是,由于实现了废水零排放,在天津市全面关闭造纸厂的情况下,该厂得以存在并扩大了生产规模。

B. 山东威海海盛纸业自2004年10月开机以来,到目前为止,回用水水质COD仍保持在200左右,这也是供整个造纸生产用的水,只要去除BOD和SS本色浆废纸造纸生产实行零排放是没有问题的。最新又做了该水的盐度分析,数据如下:车间原水盐分3.48g/L,氧化塘水盐分:2.51g/L(可见氧化塘对水中的积累的盐分有很好的吸附作用)。

C. 山东淄博华鹏纸业有限公司、西安惠宁造纸厂等十多家的先后实现了造纸废水零排放,取得了显著的社会效益、经济效益和环境效益。

D. 美国已有多家制浆造纸厂实现了污水零排放。大约有另外18个厂有污水零排放系统或零过程废液的水系统。在世界各地,污水零排放加拿大和澳大利亚的机械浆生产厂,欧洲的废纸脱墨商品浆厂,俄罗斯的本色硫酸盐浆综合厂等等。这些厂的总产量为每年100万吨原生浆和200万吨纸,占世界产量的百分之一。污水零排放不再是“特殊情况”了。

五、应用前景

在我国建设节约型社会发展循环经济的时代背景下,实现废水零排放,是我国造纸业实现可持续发展的必然选择。利用生物处理实现废纸造纸废水零排放技术,有着极大的市场推广价值。

一个造纸厂需要纸浆、能源、资金、技术工人、市场、清水的供应,以及废水处理设备。目前在世界上,越来越多即将兴建厂的配置,除了水供应和废水处理外,其他要求一应俱全。封闭水循环系统,试用适合的处理过程把污水转化成功饮水的质量。这种办法已经在一些新建纸长和北美部分纸厂采用。在市区,由于没地方进行厂内废水处理,就要求将废水排到市政处理系统,费用相当大。污水零排放技术也许再次成为关键问题。最后,污水零排放的设计能大大减少困难程度、缩短延误时间,大幅度地降低适应环境所需的费用。

当污水零排放被证实有工业利用可能性后,全世界的造纸企业经营者就不得不采用污水零排放系统。在英国,纯硫酸盐浆厂要有污水零排放。在美国,环保管理处Cluster Rules指出,新的回收纤维浆厂,不包括脱墨浆厂,一定要实行污水零排放。排放COD的严格限制不能仅用生物处理来实现:一个厂最近安设活性炭吸收装置,作为达到此限制的最好方法。

投资污水零排放系统的经济分析要考虑几个方面,如果纸厂是正在建设的新厂,那么生产工业过程投资费用分期偿还要相当长时间。对现有的纸厂,投资的偿还期会短些,也许两年或更短。投资费用的处理会很明显地影响对污水零排放系统经济活力的看法。如果纸厂生产用水来自河里,废水又排回河中,则污水零排放系统的运行费用较高,就没有优越性了,但如果纸厂采用工业用水或城市供水,又把废水排到市政下水道,则零排放系统运行费用再高,也是由竞争力的。(来源:谷腾水网)

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