毕业论文-造纸废水特性及处理技术研究.doc

黄 河 水 利 职 业 技 术 学 院毕业论文报告题目: 造纸废水特性及处理技术研究学 生： 指导教师： 专 业： 电厂化学班 级： 电厂化学1101 2014 年 6 月 6 日黄河水利职业技术学院学生论文（毕业）设计指导教师意见设计课题：造纸废水特性及处理技术研究指导教师意见：该论文主要介绍了造纸废水的主要来源以及处理方法，经修改后，该生论文已达到要求，同意答辩。 是否同意参加答辩： 同意（ ） 不同意（ ）指导教师签名： 黄河水利职业技术学院毕业论文（设计报告）摘 要 目前，造纸行业是世界六大工业污染源之一，它产生的废水量约占国内工业总废水量的10%1。且相当一部分造纸废水未能达标排放，是造成水污染的重要污染源。其污染特性是废水排放量大，其中COD、悬浮物(SS)含量高、色度严重。本文主要针对现阶段的各种造纸工艺进行分析，总结出来各种废水的来源以及个来源废水的主要特点。并对各种造纸工艺进行简单的汇总，以及提出来现阶段比较先进的造纸废水处理技术。 关键词：造纸 废水特性 废水处理 1. 造纸工艺简介11.1. 制浆的基本流程21.2 抄纸的基本流程21.3. 涂布的基本流程21.4 造纸工艺流程图3 2. 造纸废水42.1造纸废水的危害42.2造纸废水的来源及特性42.2.1备料废水52.2.1.1木材备料废水52.2.1.2非木材备料废水52.2.2蒸煮废水52.2.3中段废水62.2.4冷凝废水73. 造纸废水处理技术73.1造纸废水的预处理73.2造纸废水处理方法83.2.1物化处理83.2.2物化与生化处理相结合83.2.3碱回收处理93.3造纸废水处理工艺实例104.结语11致 谢12参考文献13黄河水利职业技术学院毕业论文（设计报告）造纸废水特性及处理技术研究 中国是世界上缺水最严重的国家之一，全国所有的城市中目前大约一半的城市缺水，水污染的恶化更使水短缺雪上加霜。我国江河湖泊普遍遭受污染，全国75%的湖泊出现了不同程度的富营养化；90%的城市水域污染严重，南方城市总缺水量的60%-70%是由于水污染造成的。对我国118个大中城市的地下水调查显示，有115个城市地下水受到污染，其中重度污染约占40%。水污染加剧了水资源的短缺，直接威胁着饮用水的安全和人民群众的健康，影响到工农业生产和农作物安全造成的经济损失约为GNP的1.5%-3%，水污染已成为不亚于洪灾、旱灾甚至更为严重的灾害。水污染可分为工业废水污染、生活污水污染、残留农药及肥料流入水域污染和飞尘及废气被雨水带入水域污染四大类2。其中，工业污染源是造成水污染的最主要来源。 造纸废水按其产生环节分为制浆废液、中段水和纸机白水。制浆废液通过常规的碱回收工艺可以得到回收利用；纸机白水通过气浮或多盘真空过滤等处理后可直接回用于生产。通常所说的造纸废水主要指的是中段水，它含有木素、半纤维素、糖类、残碱、无机盐、挥发酸、有机氯化物等，具有排放量大、COD高、pH变化幅度大、色度高、有硫醇类恶臭气味、可生化性差等特点，属于较难处理的工业废水。为有效控制造纸行业带来的水环境恶化和缓解水资源日趋紧缺的局面，世界各国不断加大对造纸行业的环境执法力度，既要求排放废水水质达标、主要污染物排放总量达标，又要对造纸行业用水量进行控制。1. 造纸工艺简介 造纸的工艺流程由如下几个主要环节组成：制浆段：原料选择蒸煮分离纤维洗涤漂白洗涤筛选浓缩或抄成浆片储存备用抄纸段：散浆除杂质精浆打浆配制各种添加剂纸料的混合纸料的流送头箱网部压榨部干燥部表面施胶干燥压光卷取成纸涂布段：涂布原纸涂布机涂布干燥卷取再卷超级压光加工段：复卷裁切平板（或卷筒）分选包装入库结束1.1. 制浆的基本流程 制浆为造纸的第一步，一般将木材转变成纸浆的方法有机械制浆法、化学制浆法和半化学制浆法等三种。在制浆的工艺中，磨浆后要在原料中加入一些化学药品进行蒸煮，如石灰或烧碱等3；或者将原料直接用机械打碎、研磨；然后洗涤，去除不必要成分，保留纤维，制成浆料，需要漂白的，再加入药剂进行漂白。主要目的是改变它的物理特性，除去纤维素外部的薄膜，将纸浆切断及磨溃，增加含水量和纤维的柔软度。 1.2 抄纸的基本流程由净化系统送来的纸料悬浮液，通过流浆箱以均匀、稳定的出浆速度喷到网面上，通过网部成型并脱去大部分水后，送到压榨部进一步脱水，并改善纸页性能，增加纸页的紧度和表面平滑度4。纸页通过压榨部机械脱水后，被送到干燥部利用热能进一步脱水，以达到成纸干度的要求。胶版纸在干燥部还要进行表面施胶处理，以提高纸张的表面强度，适应高速印刷的要求。从干燥部出来的纸，表面还很粗糙，不能适应印刷和书写的要求。为了提高纸张的平滑度，调整纸张的厚薄，纸页还必须经过一道或几道金属压辊进行压光处理。出压光机的纸在纸机出口卷成卷筒，最后经切纸机分切成平板纸或用复卷机卷成卷筒纸。 1.3. 涂布的基本流程首先把正负极的空箔材料固定安放好并牵引至烘箱，让其与牵引带连接好。装好料槽、挡板，将筛选好的浆料倒入料斗之中，并放满浆料。在控制器上按下表设定好涂布温度、速度、速比及涂布张力。在控制界面设定好涂布工作方式，并按工艺要求调节好各项参数。涂布开始前需要进行测试，一般先涂35段牵引到烘箱将其烘干。试片后倒带至机头，检测极片的密度、涂长、涂宽、间隙和厚度等相关参数。如若不符合工艺要求则修改至符合工艺标准为止。试好片后开始涂布，当第一面涂完后，按工艺要求调整参数，待温度稳定后再开始涂第二面。涂布中，要随时测量第一面和第二面的密度、涂长和间隙并做好记录。当被涂布极片已卷绕完毕及时停机，关闭设备加热器电源，待各段温度降至60摄氏度以下时，停止干燥风机及其他机器。按设备操作规程的要求关机，用酒精清洗涂布辊、刮刀及用具。1.4 造纸工艺流程图回流浆进口废纸合格浆粗浆良浆浓缩筛选废纸纸浆上网纸机抄前浆成品浆检贮浆池检磨浆碎浆磨浆国内废纸上浆计量泵碎浆加辅料调整上浆量调整泵压纸上浆计量泵调整辅料加入量检检检湿纸页复卷纸页卷取成品库打包标识成品纸检湿纸页烘干湿纸页压榨浆过磅湿浆上网检蒸汽流量控制阀门调整蒸汽流量检回制浆车间碎解不合格纸页不合格品浆上网浆上网2.造纸工艺简介2.1造纸废水的危害纸厂造纸前,原料需要用大量碱水来浸泡.还需要换水,就这样就把清澈的水变为酱油色水,除气味难闻外,水里含碱等很多化学制剂。使水不能灌溉农田，不能搞任何养殖，严重时使河道两岸树木枯死，空气异味使两岸居民难于居住。造纸工业的废水若未经有效处理而排入江河中，废水中的有机物质发酵、氧化、分解，消耗水中的氧气，使鱼类、贝类等水生生物缺氧致死；一些细小的纤维悬浮在水中，容易堵塞鱼鳃，也造成鱼类死亡；废水中的树皮屑、木屑、草屑、腐草、腐浆等沉入水底，淤塞河床，在缓慢发酵中，不断产生毒臭气；废水中还有一些不容易发酵、分解的物质，悬浮在水中，吸收光线，减少阳光透入河水，妨碍水生植物的光合作用；另外带有一些致癌、致畸、致突变的有毒有害物质。2.2造纸废水的来源及特性不同的造纸工艺以及纸质的种类，其使用的原料不同，包括木材，非木材的稻草、麦草等。其使用的制浆方法也不同，包括常见的机械制浆、化学制浆等方法5。另外在制浆过程中各种方法使用的化学添加剂也不相同，因此其废水的种类包含了很多种。其产生大多出现在制浆和抄纸两个生产过程中，这两项工艺都排出大量废水。制浆产生的废水，污染最为严重。洗浆时排出的废水呈黑褐色，称为黑水，黑水中污染物浓度很高，BOD高达540g/L，含有大量纤维、无机盐和色素。漂白工序排出的废水也含有大量的酸碱物质。抄纸机排出的废水，称为白水，其中含有大量纤维和在生产过程中添加的填料和胶料。就制浆和抄纸这两大来源详细来说的话又可分为:备料废水、蒸煮废水、中段废水、冷凝废水。2.2.1备料废水2.2.1.1木材备料废水备料污水主要是洗涤水泥以及湿法剥皮机排出的水，含有树皮、泥沙、木屑以及木材中的水溶性物质，包括果胶、多糖、胶质和单宁等。现阶段以木材原料的造纸厂其备料工艺有干法备料和湿法备料，湿法剥皮相比干法剥皮而言，其产生的污水量要更大而且所产生污染物也更多。另外根据目前的运营成本的情况来看，采用人工的干法剥皮也要比采用机械加工的湿法剥皮要低。2.2.1.2非木材备料废水目前国内造纸厂常使用的非木材原料包括麦草、稻草、蔗渣、竹子、芦苇等。以草类和芦苇等为原料的制浆工艺，备料多采用干法和干湿结合法6。当然了，这些非木材的原料都会含有大量的尘土草屑，那么为了除尘，大多数的工厂都会配备有喷淋装置，也恰恰是这些喷淋装置使草屑及原料中部分水溶性物质进入废水中，增加废水的BOD5和CODCr的含量。 因为这些草类原料含有大量杂质和泥土，如果采用干法备料的方法相对来说其效率和质量就会有所下降，所以目前大多数的造纸厂都改进了之前的备料方法，采用干湿结合法的备料工艺可提高成浆质量7。在蒸煮工段采用连蒸，这不但可以提高碱回收的碱提取率而且还可以在降低黑液负荷的同时回用碱，有较好的循环经济效应。2.2.2蒸煮废水植物纤维原料经化学蒸发后，一般可得到50%-80%的纸浆，其余的20%-50%的物质溶于蒸煮液中，蒸煮结束后提取蒸煮液8。主要含有木质素维素等难降解大分子有机化合物，其中木质素对CODcr的贡献大约是其含量的2倍，在清洁生产程度较高的生产线中由于废水回用程度较高，致使蒸煮过程溶出物浓缩废水的可生化性差。制浆的主要的化学方法有酸法制浆和碱法制浆9，在碱法制浆中所产生的废液为黑色的，也就是我们常说的“黑夜”，在酸法制浆中所产生的废液呈红色10，我们称为“红液”，二者的主要成分都是木素、糖类以及蒸煮所需要的化学药剂。黑液主要成分分析硫酸盐黑液烧碱蒽醌黑液黑液相对密度/(g.cm-3)1.0061.026总固形物/(%)24.522.87有机物/(%)13.3215.22无机物/(%)7.006.74总碱量/(%)6.159.93有效减/(%)2.444.34受制浆工艺、成本以及污染物处理难易度等原因，我国目前大多数造纸厂使用的都是碱法制浆。碱法制浆是利用碱性药剂处理植物纤维，将原料中的木素溶出，并尽可能的保留纤维素和半纤维素。其核心是蒸煮，即在高温高压的条件下使原料与蒸煮试剂反应形成浆料，反应后的制浆废液就是黑液11。此废液色度大，味臭，碱性大，并含有松香酸和不饱和脂肪酸等多种有害物质。但是黑液中所含的木质素和半纤维素以及糖、钾、氮、磷等物质在工农业生产中都是具有很高的利用价值的，如果能对这些物质进行再回收利用，就可以变废为宝了。2.2.3中段废水造纸中段废水是指浆料经蒸煮、黑液提取后在筛选、洗涤和漂白过程中排出的废水、其排放量大，溶出的木质素及其衍生物使废水具有一系列从浅棕到深褐的颜色。洗浆过程中，设备的跑、冒、滴、漏和洗浆机相关的贮槽清洗水是洗浆污水的主要来源。浆料经洗涤提取蒸煮液后，在经过筛选，去除其中杂质12。这一工艺环节需要使用大量的水，而且筛选后还要进行浓缩排水，是筛选污水的主要来源。漂白废水是制浆工段为了提高浆的白度，投加漂白剂漂白以去除浆中有色物质而产生的废水。对黑液碱回收率较高或蒸煮废液处理较好的造纸厂，来自纸浆洗、选、漂工段废水的污染负荷占全厂总废水污染负荷的80%以上13。尤其是纸浆漂白废水，其废水污染负荷量在整个制浆造纸过程中仅次于蒸煮废液，由于通常采用含氯漂剂漂白，纸浆漂白过程也是制浆造纸废水中毒性物质的主要来源。因此，纸浆洗涤、筛选、漂白废水的处理情况实际上代表了造纸厂水污染的治理程度。2.2.4冷凝废水化学法制浆过程中，含有污染物的冷凝水的主要来源有蒸煮锅和放锅排出的蒸汽，经过直接接触冷凝器或表面冷凝器冷却产生的冷凝水。黑液与红液的化学品与热能回收之前，蒸发浓缩过程中产生的冷凝水。碱法蒸煮过程中产生的冷凝水主要成分有甲醇、乙醇、丙醇以及糠醛等14，硫酸盐法制浆过程中还有硫化氢以及有机硫化合物。3. 造纸废水处理技术制浆废水通过常规的碱回收工艺可以得到回收利用，纸机白水通过气浮或多盘真空过滤等处理后可直接回用于生产。通常所说的造纸废水主要指的是中段水，它含有木素、半纤维素、糖类、残碱、无机盐、挥发酸、有机氯化物等，具有排放量大、COD高、pH变化幅度大、色度高、有硫醇类恶臭气味、可生化性差等特点，属于较难处理的工业废水之一。3.1造纸废水的预处理目前的造纸原料大多为木材或者稻草、麦草等非木材物质，那么制浆厂在备料过程中排放的污水中往往会含有许多木屑、碎皮、塑料、纸浆纤维屑等细小的悬浮物，另外在抄纸的工序中也会产生大量含有较高纤维浓度的白水。这些物质会影响到水泵以及相关机器设备的运行，特别是对生物处理中UASB、水解酸化等工艺的布水系统造成严重堵塞15。所以在进入主体处理设备之前要进行初步的预处理，通常采用的是设置格栅拦截大悬浮物，设置筛网拦截细小悬浮物。格栅一般用在大水量的造纸废水处理中，由于废水水量大，且悬浮物颗粒种类较多，设置格栅能够有效拦截较大的悬浮物，处理能力高，不易堵塞。针对造纸废水的特点的总结，在工程实践中一般设置粗细格栅，粗格栅栅缝间隙常采用10-15mm，细格栅栅缝间隙通常采用1-5mm16。格栅机主要有回转式机械格栅机、网式转链格栅机、固定式格栅机、反切式旋转细格栅机等。筛网通常应用在水量相对较小、废水中含有大量的细小悬浮物如纸浆等，同时还可以网除大颗粒的漂浮物，对悬浮物及大颗粒物质的网除率可达到90%以上。工程实践表明，筛网间隙一般为30-60目，安装形式采用固定式安装，安装角度为40-50，安装角度不易过大，过大则造成过水负荷降低，使处理能力降低同时也增加了部分投资，过小则易造成筛网堵塞，加大了清渣难度，影响处理效果。3.2造纸废水处理方法3.2.1物化处理采用气浮或沉淀方法，通过投加混凝剂，可去除绝大部分SS，同时去除大部分非溶解性COD及部分溶解性COD和BOD5。处理效果与选用的设备、工艺参数、混凝剂等有关，其COD去除率一般高于制浆中段水的COD去除率，通常能达到70%-85%17。对吨纸废水排放量150m3、浓度较低的中小型造纸企业，通过气浮或沉淀处理，出水水质指标可达到或接近国家排放标准。其典型的处理工艺流程如下： 废水筛网集水池气浮或沉淀排放3.2.2物化与生化处理相结合 对于吨纸废水排放量较低、废水含COD较高的大中型造纸企业，期望通过单级气浮或沉淀的物化方法达到国家一级排放标准有较大的难度，因为可溶性COD、BOD5主要需通过生化方法才能有效去除。一般，当执行COD100mg/L的排放标准时，原水COD浓度不宜超过600800mg/L；当执行 COD150mg/L的排放标准时，原COD浓度不宜超过8001000mg/L。因此，在原水SS和COD浓度较高时，应在一级物化处理之后接生化方法处理，使处理出水最终达到国家排放标准的要求。 A/O(缺氧好氧)处理工艺，通过缺氧段的微生物选择作用18，只是对有机物进行吸附，吸附在微生物体的有机物则在好氧段被氧化分解。因此A段停留时间短，约在4060min。 由于A段微生物的筛选和对有机物的吸附作用，能有效地抑制O段丝状菌生长，控制污泥膨胀。当废水经过混凝沉淀或气浮处理后，A/O工艺的有机负荷为 0.5kgCOD/(kgMLSSd)时19，其COD去除率可达90%左右。物化加生化处理方法的典型工艺流程如下：废水筛网调节沉淀或气浮A/O或接触氧化二沉池排放3.2.3碱回收处理碱回收处理法是目前解决黑液问题比较有效的方法，通过黑液提取、蒸发、燃烧、苛化四个主要工段，可将黑液中的SS、COD、BOD一并彻底去除，并可回收碱，产生二次蒸汽（能量）20。然而，碱回收系统技术要求高，设备投资较高，由于中小型造纸厂一般无力承担建设碱回收系统所需的高额费用，碱回收系统目前仅主要应用于大型造纸厂。此外，草浆厂产生的白泥中硅含量高，不易回烧成石灰，白泥有可能造成二次污染。 主要碱回收工艺及应用情况工艺原理应用情况湿式燃烧法传统碱回收有机物燃烧回收碱和热能江苏东台、四川大竹5000t浆级曾运转过，目前山东临清银河纸厂新型国产100t/d麦草浆碱回收生产线已成功运行2年多离子体裂解法等离子体高温裂解，回收碱液有些技术性问题尚未解决，电耗太高，吨碱耗电约1万度以上湿裂解法，现已改为干裂解法干裂解回收烧碱、炭、醋酸和多种裂解产品在山东鱼台造纸厂，经8年半努力，已初步建成8000t左右处理设施，但苛化工段未建成，尚未有任何产品电渗析法超滤回收木素，电渗析回收碱中试，膜价高、电耗高，山东青州纸厂间断运行1年，停产直接回收法黑液加Fe3O4燃烧、苛化，回收碱液中试，技术不过关组合浓缩、闪蒸、干烧(节能)碱回收法有机物燃烧回收烧碱山东淄博颖汇纸业有限公司和山东曲阜市造纸厂正在上年产规模10Kt降的生产线，山东汇宝集团股份有限公司正在上年产规模20Kt浆的生产线，目前尚在测试中闪速热解汽化热化学裂解，有机物热解汽化形成可燃气体，从热解残渣和热解灰中回收碱已在美国几家造纸厂建立了示范工程。其中北卡罗来纳州新伯尔尼Weyerhaeuser厂黑液汽化工程建于1996年，生产能力为734Kt干固物/d3.3造纸废水处理工艺实例废水经引水渠自流经格栅过滤粗大物质后，进入集水池，用泵提升至微滤机回收纤维自流进入调节池，再用泵提升至气浮池，泵前加入一号药，进入混凝反应时废水经“破乳”电性中和吸附作用，形成细小矾花，机前加入二号药，依靠二号药的絮凝作用。矾花变成矾花絮团在曝气反应桶内密集气泡群的浮生作用下，絮团和水固液相分离在水面聚集，在水流的推进作用下，刮泥机沿液面进行运动，将悬浮物推入污泥排放管道，靠重力自流将浮渣送入收集器排除至污泥干化池自然风干或压滤，干化压滤后的污泥外运填埋，清水由下部调节板溢流出水，经管道进入生化处理模块，经生化处理的水达标排放或回收。工艺上采用简单高效的活性污泥法并通过加药沉淀来提高悬浮物的去除率，活性污泥法耐冲击负荷能力强，有机物去除率高，处理效果稳定可靠。混合废水通过上述处理后，完全可以确保达标排放。山东某造纸厂水处理工艺流程图二号药回收纤维加药 生化反应池气浮机格栅沉淀池储水池调节池初沉池微滤机排水或回用浮渣高档泥纸板热平机湿抄纸污泥外运干化池或压滤机污泥池4.结语 综合以上可知，制浆造纸工业的废水有其自身的特性特点，在选择废水处理工艺时需要全面了解废水来源、制浆造纸工艺等相关内容，根据不同工艺吨浆(纸)的污染物负荷，选择合适的处理方法。而造纸行业废水处理方法较多，各种方法都存在着不同程度的技术问题。因此，实际应用中采用单一技术难以达到理想的处理效果，只有通过联合法，才能做到经济性和实用性的统一；目前的大多数研究针对性较强、技术分散。为较好地指导工程实践，需要以生物法为主、物理化学法为辅，设计一些典型组合工艺，以这些典型组合工艺为基础研究造纸行业废水处理技术的最佳运行参数。随着现代科技水平的不断发展,将有更多更先进的造纸废水处理技术应用于实践,这些处理技术，必将对造纸废水处理技术的系统研究奠定坚实的基础。14守诚 求新 创业 修能致 谢本论文的顺利完成得到了院系、公司等各方面的广泛支持，在这里要衷心感谢各位老师的悉心指导。从论文的选题到最终完成，各位老师给了我很多有益的意见及建议，让我从中受益匪浅；这将启迪我一生。感谢所有教育过我的老师！你们传授给我的专业知识是我不断成长的源泉，也是完成本论文的基础；感谢公司实验室的技术员和检测人员的大力配合，为我提供非常专业和权威的检测数据；此外还要感谢在论文过程中帮助过我的同学们。在人生前进的道路上我会铭记你们的教诲，走的更高更远。最后要感谢的是我的父母，他们以辛勤忙碌的汗水为代价换来我在大学期间的各种费用，使我能顺利的完成学业，在未来的日子里，我会更加努力的学习和工作，不辜负父母对我的期望！我一定会好好孝敬和报答他们！再次对所有关心、帮助我的人说一声“谢谢”。 杜普杨 2014年6月参考文献 1李辉，李友明，毕衍金用S