（林业工程专业论文）特种纸生产废水处理回用的应用研究.pdf

摘要 水资源不足已经成为制约国民经济和社会发展的重要因素，造纸工业水污染严重，需 进一步加强处理，节约用水。我公司拥有十几台纸机，生产多种高档特种纸，由于特种纸 生产工艺相对复杂，用水量大且对用水要求较高，特别是生产中化学助剂品种多，用量大， 使得废水的处理有一定难度。在水资源供需矛盾突出的新形势下，必须科学利用水资源， 加强废水处理回用，提高水的循环利用率。 公司已有一套综合废水处理设施，为了迸一步节水并减少废水排放，需对废水进行深 度处理。通过深入生产现场，以及对生产的跟踪了解，分析了废水处理后循环使用对纸机 运行以及纸张质量的影响因素。理论与实践相结合，并针对公司实际情况，拟订了五种特 种纸废水综合处理的完善流程。本文通过大量的图纸设计与合理化的设备选型、配置，一 方面论证了拟订流程的准确性，另一方面增强了适应性，对五种方案的投资分析与综合性 能作了全面的比较，并选择了技术成熟可靠、经济适用的废水处理流程。 在大力倡导清洁生产的形势下，使用k r o f t a 气浮机+ 物理过滤( 斜筛) + 浅层气浮 + 曝气池生化处理+ 中速过滤器+ 常规净化处理+ 氯气杀菌消毒+ 活性炭过滤器( 各车间配 置) 的处理工艺无论就技术上、管理上还是经济效益上丽言都是理想的废水处理流程。 本论文的研究为公司的综合废水处理积累了理论知识，通过对流程的优化，技术经济 指标的分析，为公司的废水综合处理提供了适用和可操作的工艺技术与流程。对公司综合 废水的深度处理与今后改造奠定了技术基础与设计依据。 关键词：特种纸，综合废水，处理回用，工艺流程，图纸设计，技术经济指标 a p p h e a f i o ns t u d yo fc i r c u l a r l yu s et h ew a s t ew a t e ra f t e r b e i n g p r o c e s s e di nt h es p i n l p a p e rm a k i n g a b s t r a c t t h ew a t e rr e s o u r c e ss h o r t a g eh a sa l r e a d yb e c o m et h e i m p o r t a n tf a c t o ro f r e s t r i c t i n gn a t i o n a le c o n o m ya n ds o c i a ld e v e l o p m e n t t h ep a p e rm a k i n gi n d u s t r 7 p o l l u t e sw a t e rs e r i o u s l y ，n e e d st os t r e n g t h e np r o c e s s i n ga n dc i r c l eu s e t h e e c o n o m yu s e st h ew a t e r m yc o m p a n yo w d sm o r et h a nt e np a p e rm a c h i n e sa n dp r o d u c e s v a r i o u su p s c a l es p e c i a lk i n d so fp a p e r s b e c a u s et h es p e c i a lk i n d s o fp a p e r sh a v 8 o p p o s i t ec o m p l i c a t i o d so fc r a f t s ，p r o d u c i n gt h e mh a sg r e a tc a p a c i t yw i t ht h ew a t e r a n dh a st oh a v eh i g h e rr e q u e s tw i t ht h ew a t e r e s p e c i a l l yt h e m a n ys p e c i e s c h e m i s t r yh e l p sa r eu s e da n dt h ed o s a g ei sb i g ，i tm a k e st h ep r o c e s s i n go ft h e w a s t ew a t e rc e r t a i n l yd i f f i c u l t l y u n d e rt h eo u t s t a n d i n gn e ws i t u a t i o no ft h e w a t e rr e s o u r c e s s u p p l ya n dd e m a n da n t i n o m y ，w em u s tm a k es c i e n t i f i cu s eo ft h e w a t e rr e s o u r c e s ，s t r e n g t h e nt h ew a s t ew a t e rb a c kt ou s ea f t e rp r o c e s s i n g ，r a i s e c i r c u l a t i n gu t i l i z a t i o no ft h ew a t e r t h ec o m p a n ya l r e a d yh a das e to fc o m p r e h e n s i r ew a s t ew a t e rp r o c e s s i n g e s t a b l i s h m e n t f o rt h es a k eo ff u r t h e re c o n o m i z i n gw a t e ra n dr e d u c i n gt h ew a s t e w a t e rt oe x h a u s t ，i ti sn e c e s s a r yt oc a r r yo nt h ed e p t hp r o c e s s i n gt ot h ew a s t e w a t e r p a s s i n gt og od e e pi nt ot h ep r o d u c es p o t ，a n do nt h et r a i lo ft h ep r o d u c i n g p r o c e s s ，ia n a l y z e dt h ei n f l u e n c ef a c t o rt h a tc i r c u l a r l yu s et h ew a s t ew a t e ra f t e r t h e1 i q u i dp r o c e s s e dw e n tt ot h ep a p e rm a k i n ga n dt h ep a p e rq u a n t i t y t h et h e o r i e s a n dp r a c t i c e sc o m b i n e dt o g e t h e r ia i m e da tt h ea c t u a lc i r c u m s t a n c eo fc o m p a n ya n d d r a w e du pf i v ep e r f e c tp r o c e s s e st od e a lw i t ht h ec o m p r e h e n s i v e p a p e rw a s t ew a t e r i d e s i g n e dag r e a td e a lo fd r a w i n ga n dc h o o s e dt h et y p ea n dt h ee q u i p m e n t so ft h e r a t i o n a l i z a t i o n s ，o nt h eo n eh a n dh a v i n gd e m o n s t r a t e dt h ea c c u r a c yo ft h e p r o c e s s e s ， o nt h eo t h e rh a n dh a v i n gs t r e n g t h e n n e dt h ea d a p t a b i l i t yo ft h e p r o c e s s e s a c c o r d i n gt oc o m p r e h e n s i v e l yc o m p a r i n gt h ef u n c t i o no ff i v e i n v e s t m e n t s ic h o o s e dt h eo n ew i t hm a t u r ec r e d i b i l i t yt e c h n i q u ea n de c o n o m y a tt h es i t u a t i o no fc l e a n l yp r o d u c t i o n ，t h ew a y ，u s a g ek r o f r a + t h ep h y s i c s f i l t e r ( i n c l i n e ds c r e e n ) + t h es h a l l o wl a y e rg a sf l o a t + t h ep o n db i o c h e m i c a l p r o c e s s i n g + m i d d l e - s p e e df i l t e r + t h en o r m a ld e c o n t a m i n a t i o n + t h ec h l o r i n e d i s i n f e c t s + t h ea c t i v ec a r b o nf i l t e r ( e a c hw o r k s h o p ) ，i st h eb e s to n e ，i n c l u d i n g t e c h n i q u e ，m a n a g e m e n ta n de c o n o m y i nt h er e s e a r c ho ft h i st h e s i sf o rt h ew a s t ep r o c e s s i n g ，tn o to n l yc 0 11 e c t e d t h et h e o r i e sk n o w l e d g eb u ta l s og a v et h ee c o n o m i cw a yt od e a lw i t ht h ew a s t ew a t e r i np o i n tf o rt h ec o m p a n y i tw a sm o r ei m p o r t a n tt h a t t h er e s e a r c ho ft h i st h e s i s 0 f f e r e dt e c h n i q u et od e s i g na n dr e b u i l df o rc o m p r e h e n s i v ew a s t ew a r e rp r o c e s s i n g f r o mn o w ( ) n k e y w o r d s ：s p e c i a lp a p e r ，c o m p r e h e n s i v ew a s t ew a t e r ，t h ep r o c e s s i n gr e t u r n s t o u s e ，t h ec r a f tp r o c e s s ，d r a w i n ga n dd e s i g n ，i n d e xs i g no ft e c h n e c o n o m y i n d e x 4 5 2 方案五工艺流程4 1 4 5 3 方案五工程投资概算4 1 第五章投资分析和运行费用比较4 3 5 1 各方案年运行成本比较4 3 5 2 各方案综合性能比较4 3 5 3 选择优化方案4 4 第六章总结4 5 6 1 本论文的主要研究工作4 5 6 2 本论文得出结论4 5 6 3 本论文的实际意义4 5 一参数献：鳋一一 附图1 附图2 附图3 附图4 - 1 附图4 2 附图5 附图6 公司废水处理回用工程工艺流程图 方案一工艺流程图 方案- - i 艺流程图 方案三工艺流程图 k r o n a 气浮机典型流程 方案四工艺流程图 方案五工艺流程图 致谢 甲7 5 9 2 2 4 本文在校方导师张辉副教授和企业导师黄宪临高级工程师的热心关注和 指导下完成，在此谨向尊敬的张辉先生和黄宪临先生的帮助表示由衷的感谢。 本文在写作与收资过程中还得到了各方面的支持，特别是李忠正教授在论文 中期检查时作了指导，钟瑾高级工程师也给予了热心的指导。同事许志敏高 级工程师在本文图表的制作方面也给予了帮助，作者对以上各位老师和朋友 的帮助与支持，致以诚挚的谢意! 另外，本单位同事和家人在论文的处理过程中也给予了许多帮助，在此一 并致谢l 张文秀 2 0 0 5 年5 月 第一章综述 1 1 水资源循环使用的必要性 水是人类赖以生存的重要资源，我国水资源虽占世界第六位，但人均拥有水量是世界 人均水量的四分之一，目前我国制浆造纸工业污水排放量约占全国污水排放总量的1 0 1 2 ，居第三位；如果按人均拥有水量2 0 0 0 立方米为严重缺水的国际标准衡量，我国已 达到缺水的边缘，水资源短缺已成为制约国民经济和社会发展的重要因素。当前我国经济 正进入快速发展时期，用水需求将持续大幅度增加，水资源供需矛盾将更加突出。 造纸术是我国古代四大发明之一，曾为人类文明进步做出了卓著贡献。随着现代造纸 技术的不断进步，各种纸的产量和质量都有很大提高，我国人均纸年占有量迅速增加到 2 0 多公斤。令人遗憾的是，造纸业的迅速发展，由此造成的环境污染，尤其是水的污染 触目惊心。据统计资料显示，目前我国有大中小型造纸厂总数1 0 0 0 0 余家，年排放废水量 高达4 0 多亿立方米，占全国废水总排放量的十分之一，造纸废水中的b o d 5 年排放量2 0 0 多万吨，占全国废水总排放中b o d 的2 5 。所以说加强造纸废水处理回用，提高水资源 的循环利用率是缓解我国水资源矛盾及减少污染的必要之举。 1 2 本课题的来源、研究内容及研究意义 民丰特种纸股份有限公司是一个有着8 2 年历史的国家重点造纸企业，也是嘉兴市的 用水大户，现拥有1 6 条生产线，生产多种特种纸，在废水处理回用上已有一定基础与技 术经验，但要进步节水，达到低用水生产水平还有困难。特种纸生产工艺相对复杂，对 用水质量要求较高，特别是化学助剂品种多，用量大，使得废水的处理更有难度。 本次选题紧密结合公司生产实际：一方面迫切需要进一步节约用水提高回用水率，另 一方面不影响正常产品生产质量和整体经济效益，本次研究主要是在原有废水处理回用基 础上找出影响纸张质量的原因，有针对性地深度处理，并通过优化工艺条件与流程，设计 出一套完整、适用的水处理与回用系统流程，做出投资估算与运行技术经济指标，供公司 造纸以及其它造纸生产废水处理设计时参考与应用。 我公司是我国碱法草类制浆行业的环保典范，在造纸废水处理方面有一套完整的环保 设施和运作体制，造纸废水处理一直处于国内领先地位，本研究以我公司现有的技术水平 及实际生产为基础，起点比较高。 本课题的研究内容主要是找出车间废水的来源，分析废水的特征，从公司生产实际找 出因废水处理后循环使用对纸张质量的影响，针对污染物和影响纸张质量的因素找出处理 方法，综合运用适用于本公司的废水处理技术，拟出不同的水处理流程组合，针对不同的 水处理流程组合选择设备配置，从项目投资和生产运行过程的技术经济两方面比较，选择 较佳方案。 本次研究希望采用适当的处理工艺，可以保证整个处理系统出水达标，由于是多种处 理手段的组合工艺，每种处理手段的处理程度不仅决定最后出水的达标程度也直接决定着 实际应用的工程造价和运行费用，因此，在保证出水系统达标的前提下，对造纸废水可能 的组合工艺形式进行分析与计算，以求得工程建造投入的资金较少，工程运行费用较低的 组合工艺流程，也就是造纸废水处理工艺的优化。 1 3 造纸废水处理的国内外研究动态及发展趋势 1 3 1 造纸废水处理的国内现状 造纸是一项传统的工艺技术，是水、电、汽的消耗大户，但过去大家对环保问题和水 的消耗并不重视，直到二十世纪九十年代，工业发展造成水污染严重，水资源不足，大家 开始节水并通过各种工艺处理造纸废水，如今大多数造纸废水都经过了处理回用，中小企 业多采用气浮池，大型纸机一般都采用了多园盘过滤机，另外随着纸机幅i - j l i h 宽，车速提 高，生产效率的提高，用水量已逐步下降，比方说在生产中低档瓦楞纸的时候，已经达到 封闭式水循环应用，只是封闭的周期有长有短而已，生产普通文化用纸时吨纸水耗已达到 比较低的水平，如湖南岳阳林纸集团用絮凝和超滤结合的方法，使得水的循环利用率进一 步提高。尽管如此，但在生产高档纸的时候，吨纸耗水量仍然很大。 中国轻工国际工程设计院于2 0 0 0 年年底受国家经贸委委托，着手编制“造纸行业节 水中长期规划”及“纸浆、纸及纸板单位产品取水量定额”。通过对国内几十家中型以上 造纸企业进行问卷调查，并对几家有代表性的造纸企业进行实地调研及用水平衡测试，在 归纳不同浆纸品种单位产品取水实际消耗的基础上，广泛征询重点省造纸协会、设计院及 有关专家的意见后基本完成了以上两项编制任务。 单位产品取水量( m 3 t 产品) 代表用水水平：万元产值取水量( m 3 万元) 、用水循环利用 率及重复利用率等指标代表节水水平。万元产值取水量指造纸工业每生产一万元产值的产 品需要的取水量( 包括企业的生产、生活取水量等) 。循环利用率指企业内部循环用水量除 以车间总用水量，以百分比表示；重复利用率指企业内部循环用水量除以总用水量，以百 分比表示。目前，国内已建成一批先进大型造纸企业，如福建南纸新建投产的第三抄纸车 间五号纸机，年生产能力1 8 万吨，引进芬兰维美德公司优化概念设计的纸机，纸机网宽 6 1 0 0 m m ，设计车速1 8 0 0 m m i n ，具有设备大型化、操作自动化、优质高速的特点，是目 前世界上最先进的造纸设备，该厂以废纸及商品木浆为原料生产新闻纸。上海韩松潜力纸 业全部以废纸为原料生产新闻纸，年生产能力1 4 万吨，采用国外先进优质高速纸机，纸 机网宽5 9 0 0 m m ，设计车速1 2 0 0 m m i n 。南纸及韩松的这两台造纸机都是引进国外先进白 水回收多圆盘过滤机及气浮池，每吨纸取水量1 2 1 4 m 3 ，造纸车间水循环利用率7 7 7 9 、重复利用率9 2 9 4 。该两厂脱墨车间每吨产品取水量l o 2 0 m 3 ，脱墨车间水循环 利用率7 2 7 4 ，重复利用率8 7 9 2 ，用水节水水平在国内最高，并已达到国际先进 水平。国内部分先进纸及纸板企业，用水节水水平也很高，每吨纸取水量约15 3 0 m 3 。 2 那些未经技术改造、装备水平较低的纸机，每吨纸取水量约5 0 6 5 m 3 。而那些以草浆为 主要原料的小纸机( 如1 0 9 2 、1 5 7 5 、1 7 6 0 型纸机) 白水利用率更低，每吨纸取水量在1 0 0 m 3 以上。为落实国家经贸委工业节水“十五”规划及造纸工业“十五”规划的精神， 造纸行业要加大规模、原料、产品结构调整和技术改造力度，重点推广并研究开发节水技 术和工艺，坚持节约用水，提高水重复利用率，严格按定额用水，强化节水管理，积极改 革水价，建立以节水为中心的水资源优化配置和高效利用，保证造纸行业可持续发展。 2 0 0 5 年，取水量控制在5 5 6 亿n 1 3 以内，年均下降1 3 ；工业用水重复利用率提高 到6 0 ，浆纸单位产品综合取水量下降到1 4 6 m 3 t ，其中漂白化学木浆下降到1 4 0 m 3 t 、 漂白化学草浆下降到2 0 0 r a 3 t 、脱墨废纸浆下降到3 5 m 3 t 、不脱墨废纸浆下降到2 5 m 3 t 、 纸及纸板下降到5 0 r n 3 t ，节水量1 9 5 亿，“十五”时期累计节水5 5 5 亿m 3 。从节水节 能角度，制浆造纸厂应尽量从低浓操作( 1 6 ) 转为中浓( 8 1 5 ) 操作，例如连蒸、 扩散洗涤、氯化、漂白等应采用中浓操作。纸厂在中浓操作之间的贮槽与泵送方面，一般 常用方法是中浓贮槽，以水稀释后再搅拌泵送，再浓缩进行下一工序操作，仅仅为了适应 低浓泵输送而采用低浓操作，费水又耗能，改用中浓泵后，只需在贮槽出口将浆流态化， 用中浓泵送出，体积减少并节能，可节水3 0 m 3 t 浆。我国造纸工业现行国家标准限制的 清水用量仍在吨产品1 0 0i l l 3 以上，该项指标和国外相比有着数量级的差距。可见，国内 纸厂在白水封闭循环方面有很大的挖掘潜力。 目前，治理中段废水的工艺普遍存在的问题是：1 中和药剂量大，费用高。我国制 浆工艺大多为碱法制浆，要使用大量烧碱和硫化钠或者石灰，造成中段废水p h 高达9 l l ， 而后续的生物处理需在中性条件下进行，必须先加酸中和进行预处理；2 泡沫现象严重。 制浆原料含有树脂酸，在碱法制浆工艺中树脂酸被皂化，被皂化的树指酸进入生物处理装 置，当通入压缩空气后，会形成大量的到处飘飞的黄色泡沫。为控制泡沫量，必须采取机 械消泡或化学消泡，这无疑会增大水处理的成本；3 处理后的水质色度深，c o d 不能达 标排放。中段废水含大量纤维素和木质素，这类物质分子量大，生物降解缓慢，致使色度 深和c o d 高，必须在生物处理前或处理后投加絮凝剂，致使废水处理工艺复杂，污泥生 成量大，运行费用高等多种弊端。为了保护我国水资源和促进造纸行业的发展，造纸行业 必须提高用水效率和节水水平、减少取水量以减少排水量，另外还必须采用先进、经济实 用的有效技术处理制浆造纸废水，做到达标排放，提高回用水量。 国内造纸废水处理后循环使用各厂家技术水平有很大不同，有的厂家也从国外引进技 术，但整体来看，水的重复利用率偏低，有的厂家综合废水也在重复利用，但大多是在生 产中、低档纸时应用，而在特种纸的生产中的案例较少，所以这一课题有待造纸技术人员 进一步研究探讨。 1 3 2 造纸废水处理的国外发展趋势 在水资源日益珍贵的今天，如何合理利用和保护水资源已成为大家关注的焦点，近 3 0 年来，国外造纸工业清水用量一直里大幅下降趋势，如近年投产的德国p a l m 造纸公 司e l t m a n n 纸厂撑1 与粥纸机废纸生产新闻纸，年产量在4 0 万吨以上，但全厂清水用量只 有3 4 m 3 t 纸，芬兰m e t s a - s e r l ak i r k n i e m i 纸厂1 9 9 8 年扩建完成的m i c k i n l y 纸板厂以 1 0 0 o c c 为原料年产1 9 万吨挂面纸板，吨纸用水量仅为1 5 4 m 3 。 美国造纸工业产量一直居世界第一位，并且产量逐年增加，在1 9 9 8 年达到1 亿吨， 但是美国的造纸用水量却在逐年下降，据有关资料显示，目前美国的造纸用水量( 包括制 浆和造纸用水) 是4 5 6 5 m 3 t ，其中造纸用水是1 5 3 0m 3 t 。国外的造纸企业废水处理方 面比较有影响的有伏伊特和美卓公司，美国、加拿大曾经详细调查了2 5 家造纸厂废水处 理状况，结果已有1 0 家工厂实现了零排放。美国环保局( e p a ) 新公布的联合法案初稿中， 已要求新建的非脱墨再生纸厂不能将废永排入任何水体，要求必须做到零排放。在北美， 对零排放采取的是五级处理流程即一级澄清，沉淀物送去压榨脱水；二级间歇反应生化处 理，使t s s = 3 0 m g l ；三级过滤，过滤后的水5 5 返回脱墨系统；四级微滤，t s s 进一步 降至1 m l ；五级反渗透，四、五级处理可除去8 0 的钠离子和8 5 的总可溶性固形物。 在欧洲，造纸废水则是通过气浮先去除细小纤维，再澄清去除较重的固体物。厌氧很容易 去除脂肪酸和c a 2 + 离子，再好氧降解其余有机污染物。最后经砂滤，出水悬浮物已小于 1 0m e j l ，适于回用，实现了零排放。 美国h e h h e p i n 造纸公司是一家生产磨木浆特种纸的纸厂，该厂于1 9 9 0 年实现了零排 放，其措施是将经过曝气生化处理和澄清的生产废水，再经过砂滤和炭滤的三级处理系统， 然后全部回用于生产系统，在实旌该措施后，生产废水排放量减少了9 9 ，总废水量减 少了8 2 。 加拿大现已有2 个零排放的机械木浆厂( 即l o u i s a n a - p a c i f i c 纸厂和w i l l a r - w e s t e m 纸 厂) 正在运行，其主要措施是将排水总量控制到每吨成品1 0 m 3 以下，然后采用多效蒸发， 将此废水浓缩后焚烧。 国外还用耐热膜生物反应器处理造纸废水，收效不错。在欧洲，每生产吨纸平均需 要消耗2 5n l3 高质量地下水和1 5c j 以上的能量。水处理概念中的关键部分是耐热膜生物 反应器( m b r ) ，m b r 能从废水中去除胶状物和高分子溶解物。在荷兰和德国的3 家不同 纸厂均进行了m b r 试验，并在荷兰u g c h e l e n 的一个特种纸厂对不同纸种进行了大规模 的m b r 试验，试验非常成功。荷兰v h pv d l i g h o i d s p a p i e r f a b r i e ku g c h e l e n 纸厂主要以棉 花为原材料生产钞票纸和证券纸，年产量5 0 0 0 t ，地f 水用量为1 0 0 m 3 t 纸左右，综合废 水c o d c r 的平均值为3 5 k g m 3 ，废水温度4 0 。c 。荷兰于2 0 0 0 年1 1 月首先将耐热膜生物 反应器工业化。1 9 7 6 年j f 1 c a r e y 等人报道了在紫外光照射下，具有光催化氧化作用 的t i o ：可使难降解有机化合物多氯联苯脱氯。1 9 9 5 年b l a k e 发表综述，列出了3 0 0 多种 可被光催化处理的化合物，以t i 0 2 为催化剂光催化氧化水中的有机污染物，在近2 0 年中 4 受到了广泛豹关注。许多研究工作者在有机物光催化氧化方面作了大量的工作，发现卤代 脂肪烃、卤代芳烃、有机酸类、多环芳烃、杂环化合物、酚类、农药等都能有效地进行光 催化反应1 4 l 。光催化氧化法的作用原理是以n 型半导体( 如t i 0 2 、历o 、c d s 等) 为催化剂， 其中以t i 0 2 的效果最好，对人体无害而成为最受重视的光催化剂。光和催化剂是引发和 促进光催化氧化反应的必要条件，半导体材料具有能带结构，其价带( v a l e n c e b a n d ) 与导带 ( c o n d u c - - - t i o n b a n d ) 之间的能量壁垒( 即能阶e ) 很低，往往只有几个电子伏特。价带与导带 之间由禁带分开，当有能量大于禁带宽度的紫外光照射半导体时，半导体的价带电子就会 被激发到导带，同时在价带上产生相应的空穴，这样就产生了电子一空穴对。当这种电子 一空穴对迁移到离子表面后，空穴具有很强的得电子能力，使得水溶液中的有机物失电子 而被氧化。在水溶液中半导体表面失去电子的主要是水分子，水分子经过变化后生成了氧 化能力极强的羟基自由基( o h ) ，由其与有机物反应。 在高温( 5 0 5 5 0 c ) 下，用m b r 可处理漂白废水，c o d 去除率大于8 5 。用m b r 处 理过的废水漂白，仅需额外添加1 0 的漂白药品即可达到与用地下水漂白相当的效果。 纳滤技术可以代替吸收和电化学化去除纸浆厂冲洗中深色本质素和来自木浆漂有色 有机物，它们漂白过程中产生氯化木质素。因为这些水中污染物质多为带负电的，从而被 带负电的纳滤膜魇截留，邦尼公司的n f l p 型低污染纳滤膜对色度的截留率大于9 8 ， 并且对膜也不易产生污染。含有硫酸木质素等有色化合物的废水，利用邦尼纳滤膜处理效 果也很好，纳滤膜的通过量甚至比聚砜超滤膜的特征还要大3 倍，同时又能去除9 0 以 上的c o d 。下图( 图i - 1 ) 中是纳滤膜的一个生 产场景。 上述情况表明，通过处理后循环使用，国 外造纸生产用水已达到相当低的水平，尽管其 中有很多技术与设备值得我们学习借鉴，但都 没有现成的工艺流程或处理模式可套用，特别 是在特种纸方面，本课题的研究紧紧围绕公司 生产实际，希望在此基础上有所突破。 图1 1 纳滤膜的生产场景 1 4 造纸废水处理的适用理论 处理造纸废水的方法主要分为化学法、物化法和生化法，其次还有作为辅助手段的物 理法。 1 、化学法 化学法主要是利用化学反应，转化、分离、回收处理废水中的污染物质。 2 、臭氧氧化分解法 5 氧化分解法是将废水中的有机物分解成无毒物质的处理方法。用臭氧( 0 3 ) 作氧化 剂分解废水中的有机物，它对纤维、木素的氧化没有选择性，在反应中0 3 作为两性离子 参加反应，能选择分解发色基团。 3 、光催化氧化法 光催化氧化法是在特殊的光照射条件下发生和有机物参与的氧化分解反应，最终把有 机物分解成无毒物质的处理方法。锐钛型的t i 0 2 在紫外光的照射下能产生氧化性极强的 羧基自由基，对所有的有机物几乎都氧化为c 0 2 和h 2 0 ，且除净度高，降解速度快，无 二次污染。用水解法制得的纳米级t i 0 2 具有巨大的表面积和更强的紫外光吸收能力，因 而具有更强的光催化降解能力，可快速将吸附在其表面的有机物分解掉，比普通的t i 0 2 的降解率高4 0 。 除臭氧氧化分解法、光催化氧化法以外，其他的化学法还有：超声空化法、超临界水 氧化法及化学还原法等，不过这些方法大多还处于研究阶段。 4 、物化法 物化法包括混凝法、吸附法、膜分离法和其他一些方法。 ( 1 ) 混凝法：废水中细小颗粒的表面由于吸附离子而带电荷。混凝法是通过a 1 ”、f e 3 + 和c a 2 + 等盐类无机物和酰胺类的有机高分子化合物与废水中的悬浮物和大分子有机物发 生电中和，降低胶体粒子的z 电位，以吸附、架桥等形式凝聚成大颗粒物质而达到净水 的目的。近年来，新型无机化学混凝剂如聚合氯化铝、聚合铁和复合型无机混凝剂的开发 成功，以及有机高分子混凝剂的开发，使混凝处理法可以采用较少的药剂，就可达到较高 的处理效果。 ( 2 ) 吸附法：吸附法是通过物理的、化学的或离子交换的形式吸附废水中的污染物来净 化废水的，常用的吸附剂有活性炭、_ r 一活性氧化铝和石灰等。其中石灰法除废水的色质 很有效，可使脱色率达到9 0 。 还有一种离子交换吸附废水在处理之前，一般需用吸附法进行预处理，以去除废水中 的悬浮物及油类物质，避免堵塞吸附剂孔隙。离子交换吸附处理成本较高，吸附剂再生困 难，不利于处理高浓废水，一般只作为废水处理后深度处理。 ( 3 ) 膜分离法：膜分离法是一种发展较快的高新废水处理技术，其原理是将溶液送入膜 过滤器，使它平行地流过膜的表面，在与膜表面接触的，绝大部分的溶液透过滤膜，称为 渗透液，其需分离的物质则被排出系统外，称为浓缩液。 5 、物理法 在造纸废水处理时，还可使用物理法去除废水中的固形物和回收纤维等，如气浮法、 过滤法、沉淀法和挤压法等。 目前，在我国用得最多，效果较好的气浮法是浅层气浮法。其气浮进水器为一圆形槽， 有效水深约4 2 0 r a m ，水流速度为零，进水配水器和出水集水器为一同时旋转的行走架， 6 进水和出水的流速相同，这样使槽体内的水体相对静止，避免了水流扰动。固体物的悬浮 和沉降在静态下垂直进行，极大提高了净水效率。废水在净水器中的停留时间约3 分钟， 表面负荷达到l o r e 3 ( m 2 h ) 。溶气装置是一溶气管，其溶气机理是尽量使水流扰动，减少 液膜阻力，以增大气液接触面积，溶气时间约为i o s 。 德国曾有人用简易的圆盘和低能耗的压力过滤器净化造纸厂的循环用水，在压力容器 中缓慢旋转的圆盘和过滤层可使细小纤维良好分离，再用其他装置在质量控制范围内将3 种物质和1 种废料分离开。一般来说，物理法只能去除废水中的大颗粒物质，如进一步净 化废水，还需更深的处理。 6 、生化法 生化法是利用微生物降解代谢有机物为无机物来处理废水。通过人为的创造适于微生 物生存和繁殖的环境，使之大量繁殖，以提高其氧化分解有机物的效率。根据使用微生物 的种类，可分为好氧法、厌氧法和生物酶法。 ( i ) 好氧法：是利用好氧微生物在有氧条件下降解代谢处理废水的方法，常用的好氧方 法有活性污泥法、生物膜法、生物接触氧化、生物硫化床等方法。 除此之外，改良的活性污泥法( s b r ) ，它与传统的活性污泥法的反应机理相同，但 运行操作不同，它是采用间歇曝气，主要设备仅用反应池，污泥在池中依次完成反应、沉 淀、排水及排泥工序。与传统的方法相比，它的设备简单，占地面积平均减少3 0 ，投 资节约2 0 - 4 0 ，运行费用低，处理效率高。该法可适用于负电荷的变动，能有效地防止 污泥膨胀。 目前，人们对好氧法的研究主要在于通过改进和通气方式使废水中能溶解更多的氧 气。如日本人发明的a d 系统就是通过在水槽中填充蜂窝状接触材料和迸行分区曝气，来 提高水处理效果。i s o ( i n - s i t uo x y g e n a t i o n ) 的新型二级废水处理系统是通过改进溶解 进入废水中的方法，以提高氧分子在废水中的分散程度。 ( 2 ) 厌氧法：是在无氧的条件下，通过厌氧微生物降解代谢来处理废水的方法，厌氧菌 通过厌氧呼吸从分子中释放能量，它的操作条件要比好氧法苛刻，但能获得更好的经济效 益，因此也具有重要地位，目前开发出的有厌氧塘法、厌氧滤床法、厌氧流动床法、厌氧 膨胀床法、厌氧旋转圆盘法、厌氧池法、升流式厌氧污泥床( u a s b ) 法等。 其中应用较多的是u a s b 法，它可以形成颗粒状污泥，污泥的浓度和生物活性都很 高，能达到很高的负荷和处理效率。日本江津纸厂安装的高效厌氧废水处理系统( i c u a s b ) ，采用的是内循环升流厌氧反应器。具有成本低、易操作和剩余污泥量少等优点。 它把来自污浊冷凝水、自水和发酵残渣中的有机酸转化成沼气。 此外，光合细菌是一种在厌氧或微好氧条件下进行，不放氧光合作用的细菌总称，具 有降解有机物、废水污染物的特性，能脱除废水中脂肪酸类和低分子芳香酸类化合物。梁 文芷等人用厌氧发酵和光合细菌协同处理尾叶桉碱性亚硫酸钠法化机浆废水，在厌氧段和 光合细菌处理段的容积负荷分别为8 。5 1 0 2 9 c o d c r ( l 1 ) 和1 2 2 1 9 c o d c r ( l d ) 时，连 续运行2 4 天后，全系统的c o d e r 、b o d 5 、s s 去除率分别达到5 3 5 6 、7 7 8 3 和8 5 8 9 ，系统对负荷的冲击有较强的忍受能力。 在高效厌氧反应器中采用氯化有机物的还原脱氯，作为漂白废水的预处理，可大大提 高废水处理效率，减少反应器的有效容积。不过为了克服氯代有机物对厌氧微生物的抑制 作用，一般都需要进行一些预处理，如絮凝、超滤等。 7 、生物酶法 酶处理有机物的机理是先通过酶反应形成游离基，然后游离基发生化学聚合反应生成 高分子化合物沉淀。与其他微生物处理相比，酶处理具有催化效能高、反应条件温和、对 废水质量及设备情况要求较低，反应速度快，对温度、浓度和有毒物质适用范围广，可以 重复使用等优点。金适等人为了分离亚铵废液中的固形物，采用能使纤维素、木素降解的 白腐真菌，进行生物转化处理，可提高其饲用营养价值。同时利用生物转盘，废液与白腐 真菌接触6 8 h ，c o d c r 可去除5 0 ，b o d 5 去除7 5 及色度值也下降了。不过由于酶的 流失和失活及成本等问题，生物酶法的大规模工业应用还受到一定的制约。 8 、多种方法的配合使用 单一使用某种方法进行废水处理，不仅成本高，处理后的废水也难达到排放标准，所 以，实际生产中一般都采用多种方法配合使用，寻找最佳的搭配方式，既获得良好的处理 效果，以可尽量降低处理成本，并使流程简单化。 五楚南用“过滤一气浮一生化”处理造纸废水。结果表明，废水总悬浮物和c o d 都 可大幅度降低，又可回收纸浆，不仅解决了环境闷题，也带来了经济效益。山东一个用石 灰法生产麦草浆制瓦楞纸的造纸厂，在对废水进行气浮处理之前，先用生化池处理，可起 到均匀和稳定水质的作用，采用此工序可去除6 0 的c o d e r ，气浮时的用药量也可大大 减少，降低处理成本。福建省龙岩市造纸实业公司对b c t m p 制浆造纸混合废水进行综合 处理，用双列斜筛式纤维回收系统和浅层超效气浮系统两段物化法，可有效地处理废水， s s 、c o d e r 、b o d 5 可分别去除9 6 3 、8 3 4 、7 5 9 。张素风等人用化学混凝法处理麦 草烧碱一蒽醌制浆黑液，c o d e r 和b o d 5 可分别去除7 2 、4 8 。当再经三级超滤处理后， c o d c r 和b o d 5 去除率分别为4 9 、2 6 7 。c o d e r 和b o d 5 总去除率分别为8 6 和6 2 。 1 5 生产用水循环使用的途径和方法 1 5 1 内部使用 在系统内部进行循环是最有效的方法，这样可以节省系统外处理所需大量管道、池槽 和泵类，并可使系统更紧凑，管理更方便，在满足生产系统用水要求的前提下，多余自水 经过物化处理后应尽量回用于制浆系统和纸机本身，在传统造纸过程中，纸机浓白水是直 接用于浆料稀释的浓度调节，纸机浓白水也可用多盘回收机处理，既可回收浆料，排出的 清液也可根据水质的不同分别用于不同的场合，稀白水可经气浮、微过滤或超滤处理后在 系统内代替清水使用，如用于喷淋、溶药稀释、补充到清水系统中等。在脱墨生产线中， 多盘式过滤机、双网压滤机、真空浓缩机和重力脱水机、洗涤机等设备排出的白水一般经 过气浮或其他设备处理后直接用于系统本身浆料稀释、设各冲洗和溶药稀释等。 芬兰m e t s a = s e r l ak i r k n i e m i 纸厂# 3 机( 生产高级文化用纸) 湿部白水以过弧形筛、 多盘过滤器后的浊滤液，再用弧形筛和超滤处理后代替清水用于纸机内淀粉和皂土稀释、 网部和压榨部低压喷水、回流至清滤液槽等。 1 5 2 直接回用或处理后再用 根据白水水质情况，纸机多余白水可直接回用或经物化处理后回用于制浆或其他生产 线。废纸制浆生产线中的碎浆机可直接使用纸机排出的自水，不需增加任何水处理设施即 可实现循环使用。如广西南糖制浆造纸厂的白水依次经网筛、絮凝和硬度处理、沉淀后回 用于生产系统。制浆车间则用于浆料的洗涤，碱回收用作蒸发冷却和苛化洗涤，抄纸车问 则用于浆料洗涤和稀释等。 目前在欧美等国采用定序间歇反应系统( s b r 法) 处理造纸废水的工厂越来越多， 但国内还比较少见。 s b r 法是一个好氧反应过程，它与传统的活性污泥法的反应机理相同，不同之处在 于排水是间隙的而不是连续的，它分进水、反应、沉淀和滗水阶段，这4 个阶段都发生在 同一s b r 池中，所以不设二沉池，也无回流污泥。 1 5 3 混合废水经外部处理后回用于生产系统 对于用水要求不高的生产系统，如生产瓦楞纸、包装纸、纸板的纸机和抄造无漂浆的 纸机，废水经过适当处理后可部分或全部回用。如中山联合鸿兴造纸机械有限公司以废纸 为原料生产瓦楞纸和箱板纸，其纸机废水先经过高频振筐筛、圆网浓缩机和斜网等设备过 滤，再经过气浮、絮凝沉淀后回用于生产系统。如莲花山造纸有限公司主要用国内外废纸 生产包装用纸，对水质要求不高，其废水经沉淀池、格栅机、回收斜筛和絮凝沉淀后回用 于生产系统。 若回用于用水要求较高的生产线，则需精心设计废水处理系统，以确保回用水质量。 制浆造纸废水成分复杂，为满足排放和回用要求，废水处理系统一般需有多级处理设施。 一般大颗粒杂质用格栅、沉淀池、滤网、气浮池去除。生化处理法是去除废水中有机物最 有效的方法，经过生化处理后的废水基本可达到排放标准，但如果要代替清水回用于某些 用水要求较高的生产线则还需进一步处理。因为其中的悬浮物、细菌、盐分可能会对制浆 造纸生产线的某些设备造成堵塞和腐蚀，在某些部位产生腐浆，并影响到纸页质量和生产 运行。后续除去悬浮物的方法主要靠过滤。常用设备有多介质过滤机、微过滤器或超过滤 9 器等。抑制细菌数量最简单的方法是使用杀菌剂。降低含盐量的方法有电渗析、反渗透等。 但这类设备的投资和运行费用都很高，在国内制浆造纸工业尚无先例。反渗透也有降低细 菌数量的作用，但为了降低反渗透的运行成本，一般在反渗透进水中加入杀菌剂以抑制细 菌数量。 1 0 第二章 公司造纸废水处理回用现状 2 1 公司生产水的使用和回用情况 尽管造纸工业经过了发展后，全国造纸生产平均用水量已达到较低的水平，但公司生 产多种特种纸，吨纸耗水量相比之下还是一个庞大的数字，最多时达5 0 0 多m