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高效浅层气浮系统处理卫生纸抄造白水的研究及应用 摘要 本文通过全面论述我国造纸工业特点、造纸工业用水和节水现状、造 纸工业废水排放种类和特点，认为必须采用先进、经济实用的技术处理制 浆造纸废水，做到达标排放，提高回用水量，这是造纸工业清洁生产和节 能减排的重要途径。 制浆污水含有较高的可溶性有机物，适合用物理加生物方法处理，处 理后的水含有大量的微生物，颜色较深，不适合回用；而纸机白水，可溶 性有机物含量低，适合用物理方法处理，处理后的水可以全部回用到制浆 生产过程。 本文重点研究了利用高效浅层气浮技术治理造纸白水方法，通过多种 造纸白水治理工艺的论述和分析，认为选用高效浅层气浮法治理造纸白水 是完全可行的。经过实验研究，选出最佳的投加组合为p a c + p a m ，s s 的去 除率最高可达到9 7 1 3 ，c o d 的去除率为9 5 3 7 ；无机与有机絮凝剂配合 使用可以降低药耗和提高净水效果。絮凝气浮对s s 去除、c o d 去除的最佳 p h 值在6 8 8 o 之间，s s 的去除率保持在9 0 1 - - 一9 3 2 之间，c o d 的去除率 保持在8 6 1 9 2 2 之间；气浮最佳时间为3 m i n 。凤凰纸业公司生活用纸分 厂运用浅层气浮系统进行白水处理，无机絮凝剂p a c 的用量控制在 1 3 m g l - - - - 1 5 m g l ，有机絮凝剂p a m 的用量控制在1 0 m g l - - - - 1 2 m g l ，气浮 时间控制在3 m i n - - - 5 m i n ，白水进水的p h 值控制在6 8 8 之间。回用的白水 循环率提高到6 5 以上，年可节约新水用量约2 5 0 5 6 0 0 m 3 ，这套浅层高效气 浮系统在进水c o d e r 为5 5 0 - 一6 5 0 m g l 、s s 为1 0 0 - - 3 0 0 m g l 的情况下，处理后 的水能基本稳定在c o d c r s _ 6 0 m g 几、s s ：5 2 0 m g l ，s s 去除率超过9 0 ，白水 回收率可以达到6 5 以上，回收后的水替代部分新鲜水用于浆料的制备和卫 生纸抄造，大大降低了吨纸的新鲜用水量；而且该系统处理成本较低，占 地面积小，维护量少，是处理卫生纸抄造白水的理想设备。本项目使生活 用纸分厂的吨纸新鲜水耗下降至正常水平，从而降低生产成本，提高产品 的市场竞争力；同时，本课题的研究和实践还能减少废水排放量，降低s s 、 c o d 的污染贡献率，对公司的清洁生产和节能减排有现实的社会意义和经 济意义。 关键词：制浆污水纸机白水白水治理高效浅层气浮絮凝剂 运行成本 n r e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no nh i g h e f f i c i e n t s h a l l o wa i rf l o t a t i o np r o c e s sf o r t o i l e tp a p e rm c h i n ew h i t ew a t e r a b s t a c t t h r o u g ht h ed e s c r i p t i o n so ft h ec h a r a c t e r i s t i co fc h i n e s ep u l pa n dp a p e r i n d u s t r i e s ，t h es t a t u so fw a t e ru s e da n ds a v i n g ，a n de m i s s i o n st y p ea n d c h a r a c t e r i s t i co fw a s t e w a t e r ，t h ea r t i c l et h o u g h tt h ea d v a n c e da n dp r a c t i c a l t e c h n o l o g ym u s tb eu s e di np r o c e s s i n gw a s t e w a t e ro fp a p e rm i l l si n d u s t r i a l ， f o ra c h i e v e st h es t a n d a r d so fe m i s s i o n s t h i si sa ni m p o r t a n tw a yf o rt h e p a p e ri n d u s t r yc l e a np r o d u c t i o na n dt h ee n e r g yc o n s e r v a t i o nr e d u c e s t h ea r t i c l ei n d i c a t e st h ep u l ps e w a g e ，c o n t a i n i n gl o t so fs o l u b i l i t yo r g a n i c m a t e r ，i st r e a t e db yt h em e t h o d so fp h y s i c sa n db i o l o g y t h ew a t e ra f t e r t r e a t m e n tc a n tb er e c y c l e db e c a u s eo fh a v i n gam a s so fm i c r o b ea n dd e e pc o l o r i nw a t e r b u tw h i t ew a t e ro ft h ep a p e rm a c h i n e si st r e a t e do n l yb yp h y s i c sw a y a n dc a nb er e c y c l e df o ru s e d t h i sa r t i c l er e s e a r c h e so nt h em e t h o do ft r e a t i n gp a p e ri n d u s t r yw h i t ew a t e rb y h i g h - e f f i c i e n td i s s o l v e d a i rf l o t a t i o n i nt h i sa r t i c l e ，w r i t e rd i s c u s s e ss e v e r a l t e c h n o l o g yo ft r e a t i n ga b o u tp a p e ri n d u s t r yw h i t ew a t e r , a n dt h r o u g hc o m p a r ea t l a s ts e l e c t st h eh i g h - e f f i c i e n c yf l o t a t i o nm e t h o d t h r o u g he x p e r i m e n t sw r i t e r d r i v e st h ec o n c l u s i o nt h a ts e l e c tt h eb e s tc o m b i n a t i o no fi n v e s t m e n ta n da d d h i p a c + p a m ，s sr e m o v a lr a t eu pt o9 7 13 ，c o dr e m o v a lr a t ew a s9 5 3 7 ； i n o r g a n i ca n do r g a n i cf l o c c u l a n t s u s e di nc o n j u n c t i o nc a l lr e d u c e d r u g c o n s u m p t i o na n di m p r o v ew a t e rp u r i f i c a t i o ne f f e c t f l o c c u l a t i o na n df l o t a t i o no f t h es sr e m o v a l ，c o dr e m o v a la tt h eb e s tp hv a l u eo f6 8 8 0 ，s sr e m o v a lr a t e r e m a i n e da t9 0 1 9 3 2 b e t w e e n ，c o dr e m o v a le f f i c i e n c yr e m a i n e da t 8 6 1 9 2 2 b e t w e e n ；f l o a t a t i o nt h eb e s tt i m ef o r3 m i n p h o e n i xp a p e rm i l l l i v i n gp a p e rf a c t o r y f l o t a t i o ns y s t e mf o rt h eu s eo fs h a l l o ww h i t ew a t e r t r e a t m e n t ，i n o r g a n i cf l o c c u l a n tp a cd o s a g ec o n t r o la t13 m g l 一15 m g l ， o r g a n i cf l o c c u l a n t sp a mc o n t r o la tt h ed o s a g eo f1 0 m g l 1 2 m g l ， a i r - t i m ec o n t r o la t3 m i n 5 m i n ，b a i s h u ii n f l u e n tc o n t r o lt h ep hv a l u ea t b e t w e e n6 8 8 w h i t e w a t e rr e u s ec y c l er a t et oa b o v e6 5p e r c e n t ，a n n u a l s a v i n g so fa b o u tt h en e ww a t e r2 5 0 5 6 0 0 m 3 ，t h i ss h a l l o ww a t e ra th i g h e f f i c i e n c yf l o t a t i o ns y s t e mc o d e r f o r5 5 0 6 5 0 m g l ，s si s10 0 3 0 0 m g l c a s e ，a f t e rt h ew a t e rt r e a t m e n tb a s i c a l l ys t a b l ea tc o d e r56 0 m g l ，s s 2 0 m g l ，s sr e m o v a le f f i c i e n c yo fm o r et h a n9 0 ，w h i t ew a t e rr e c o v e r yr a t e c a nr e a c hm o r et h a n6 5 w a t e rr e c y c l i n ga l t e r n a t i v ef o rs o m ef r e s hw a t e rs l u r r y p r e p a r a t i o na n dt o i l e tp a p e rc o p ym a d e ，g r e a t l yr e d u c i n gt h et o n so ff r e s hw a t e r c o n s u m p t i o no fp a p e r ；a n dt h es y s t e md e a lw i t hl o w e r - c o s t ，s m a l lf o o t p r i n t ，l e s s m a i n t e n a n c e ，a r em a d ew h i t e w a t e rd e a lw i t ht o i l e tp a p e rc o p yo ft h ei d e a l e q u i p m e n t t h ep r o j e c tm a k e s t o n so fp a p e rf r e s hw a t e rc o n s u m p t i o nd r o p p e dt o n o r m a l l e v e l s ，t h u sr e d u c i n gp r o d u c t i o nc o s t s ，a n d i n c r e a s em a r k e t c o m p e t i t i v e n e s s ；t h es a m et i m e ，t h es u b j e c to fr e s e a r c ha n dp r a c t i c ec a nr e d u c e i v w a s t e w a t e re m i s s i o n s ，r e d u c es s ，c o dt h ec o n t r i b u t i o nr a t eo ft h ep o l l u t i o n ，t h e c o m p a n y sc l e a n e rp r o d u c t i o na n de n e r g y - s a v i n ge m i s s i o nr e d u c t i o nh a sr e a l s o c i a ls i g n i f i c a n c ea n de c o n o m i cs i g n i f i c a n c e k e y w o r d s ：p u l ps e w a g e w h i t ew a t e rt r e a t m e n to fp a p e r m a k i n g w h i t ew a t e r h i g h - e f f i c i e n td i s s o l v e d - a i rf l o t a t i o nf l o c c u l a n t r u n n i n gc o s t v 广西大学学位论文原创性声明和学位论文使用授权说明 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相 关知识产权属广西大学所有。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究 成果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮 助的个人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。 论文作者签名：滔恶泛 巧年月l 。日 学位论文使用授权说明 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内容； 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择 口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 论文作者签名：滔恕姨 导师签名 j o 0 7 年! ，月lo b 广西大学工程硕士学位论文高舅晴笔层气浮习。晓处理卫生纸抄造白水的研究及矗乙用 1 1 概述 第一章绪论 水是人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 8 1 ，居第一位【i j 。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。 我国第一部全面规范和指导造纸产业发展的政策性文件造纸产业发展政策 已于2 0 0 7 年1 0 月1 5 日由国家发展改革委员会正式发布，这是建国以来国家发布的第 一部系统的造纸产业发展政策。政策在资源节约和环境保护方面做出重要指示【2 】，把 切实降低水资源消耗、污染物排放作为造纸工业资源节约的重点，为此政策目标中 提出，严格执行国家有关环境保护、资源节约、劳动保障、安全生产等法律法规。到2 0 1 0 年实现造纸产业吨产品平均取水量由2 0 0 5 年1 0 3 m 3 降至8 0 m 3 、综合平均能耗( 标煤) 由 2 0 0 5 年1 3 8 t 降至1 1 0 t 、污染物( c o d ) j j i e 放总量由2 0 0 5 年1 6 0 万t 减到1 4 0 万t ，逐步 建立资源节约、环境友好、发展和谐的造纸产业发展新模式。 2 0 0 8 年6 月2 5 日，中华人民共和国环境保护部发布制浆造纸工业水污染物排放 标准g b 3 5 4 4 2 0 0 8 ，并于2 0 0 8 年8 月1 日起正式实施。标准规定了【3 】企业向设置污水 处理厂的城镇排水系统排放废水时有毒污染物可吸附有机卤素( a o x ) 和二嗯英的排放 限值，污染物排放监控位置为车间或生产设施废水排放口，并强制执行，见表1 1 。 为了大幅度削减制浆污水c o d 和a o x 的排放，造纸产业发展政策还规定【4 】： 淘汰年产3 4 万t 及以下化学草浆生产装置；禁止新上项目采用元素氯漂白工艺( 现有企 业应逐步淘汰) 。2 0 0 1 年5 月联合国环境规划署在瑞典斯德哥尔摩召开了关于持久性 有机污染物的斯德哥尔摩公约( p o p s 公约) 会议，我国是该公约的首批签字国，2 0 0 4 年1 1 月p o p s 公约在我国正式生效，首批列入公约受控的p o p s 有1 2 种，其中有两种( - - 噫英、呋喃) 来自工业污染物。二嗯英是采用含氯漂剂在纸浆漂白中产生的可吸附有机 氯化物的一部分，限制采用元素氯漂白是清洁生产的需要，也是履行p o p s 公约的要求。 目前国外发达国家基本上实现了全无氯( t c f ) j f l 无元素氯( e c f ) 的漂白系统i s ，而我国漂 l 广西大掌工程硕士掌位论文高窝瞳笔层自l 孚系统爿口重卫生纸抄造白水的研究及矗u 书 白技术仍将以非木材原料为主制浆，以含氯漂剂进行漂白。在硫酸盐漂白车间排放的废 水中，已经鉴定的约有3 0 0 多种化合物，其中2 0 0 多种为有机氯化物。几乎所有的有机 氯化物都有毒性，其中大多数被认为有致癌性致畸性致突变性，美国环保总局( e p a ) 公 布的6 5 类1 2 9 种优先控制污染物( p r i o r i t y p o l l u t a n t ) 黑名单中，含卤代有机物占了一半以 上，其中以含氯芳香族有机化合物为主。氯酚类是一类弱酸性弱电解质，共有1 9 种异 构体，性质相似难以降解，在环境中有一定的滞留性，少量的氯酚类便可带来严重的公 共健康和水质污染问题。被e p a 列为优先监测污染物的1 1 种取代酚类中氯酚类就占了 四种。因此只有加快废水处理新技术的研究才能坚持生产发展、生活富裕、生态良好的 文明发展道路，建设资源节约型、环境友好型社会，实现速度和结构质量效益相统一， 经济发展与人口资源环境相协调。 表1 1 企业水污染物排放浓度限值 p h 6 - 96 - 96 - 9 色度 8 05 05 0 悬浮物7 05 02 0 b o d 5 5 02 0 1 0 c o d c r 2 0 01 0 08 0 氨氮 1 51 25 总氮 1 81 51 0 总磷1 00 80 5 a o x1 51 28 二嚼英 3 03 0 排水量 8 05 03 0 a ：现有企业2 0 0 9 5 1 - 2 0 1 1 6 3 0 单位：m g l 色度：稀释倍数 6 96 - 96 - 96 - 96 96 9 5 05 05 05 05 05 0 5 03 01 0 5 03 01 0 3 02 0i o3 02 0l o 1 2 0 1 5 09 06 01 0 08 05 0 1 0851 085 1 51 2 l o1 51 21 0 1 oo 8o 51 oo 8o 5 1 51 281 51 28 3 03 0 3 03 0 2 0 ，6 0 4 0 2 5 2 02 01 0 b ：新建企业2 0 0 8 8 1 起c ：特别排放区域2 0 0 8 8 1 起 二嗯英：p g t e q l 单位产品( 浆) 基准排水量：m 3 t 1 2 我国造纸工业的特点 随着国内投资环境的改善和政策的倾斜，激发了各地投资造纸业的积极性，我国造 2 广西大学工程硕士掌位论文离效浅层气浮勇巳j 魄处理卫生纸抄造白水的研究技直帛 纸工业迎来了前所未有的发展和挑战。我国许多造纸企业通过技术改造，正在不断引进 国外先进的造纸技术和设备，同时大量的外商到国内投资建厂，使我国的造纸工业正蓬 勃地发展壮大。但是当前与欧美先进的国家相比，我国造纸工业的工艺和设备仍较为落 后，而且制浆和造纸过程对环境的影响呈现出日益突出的问题。归纳起来有以下几个特 点： ( 1 ) 纸厂数最多，生产规模小 由于环境问题，许多小造纸厂关停后，2 0 0 6 年全国现有造纸企业约3 5 0 0 多家，纸 和纸板年生产总量约有6 5 0 0 万吨，平均每个造纸厂的产量仅有1 8 5 0 0 吨【6 】。与先进国家 相比，生产规模仍然偏小，因此难以形成很好的经济效益和环境效益。 ( 2 ) 木材资源缺乏，木浆所占比例太低 我国造纸工业仍是非木浆居多，大量使用草浆，木浆比重低。一般说来，非木浆生 产规模小、科技含量低、产品质量差、资源消耗大、环境污染严重，不能满足可持续发 展的要求。从现今欧美国家造纸工业发展的方向来看，造纸工业发展的趋势应是采用技 术先进科技含量高的纸机、大规模地以木浆或回收废纸浆抄造高质量和高档次的纸产 品、林纸结合好、废纸回收利用率高，从而对环境造成的影响小。 随着纸及纸板消费的增长和现代造纸工业产能的迅猛增加，国内纤维原料供需矛盾 突出，缺口逐年增大。2 0 0 6 年我国纸浆消费总量5 9 9 2 万吨，其中木浆1 3 2 2 万吨，非木 浆1 2 9 0 万吨，废纸浆3 3 8 0 万吨，分别占纸浆消费总量的2 2 、2 2 和5 6 嘲。国际造 纸工业纸浆消费总量中原生木浆比例平均为6 3 ，而我国木浆消耗中，国产木浆比例一 直仅为7 左右 7 1 。木浆所占比例低的主要原因是我国的木材资源缺乏，我国人均森林 面积只有0 1 2 公顷人( 世界人均森林面积为0 5 9 公顷人) ，只有世界人均森林面积 的五分之一，且森林质量低，单位林地平均林木蓄积量小，只相当于一些发达国家的5 0 左右【引。 ( 3 ) 纸消费量低，废纸回收率低 2 0 0 6 年，我国纸和纸板的消费量约为6 6 0 0 万吨，人均消费纸量只有5 0 k 9 1 6 1 ，低于 世界人均消费量5 6 k g 的水平，更低于美国人均消费量3 0 0 k g 和日本人均消费量2 4 7 k g 的水平【刀。 由于森林资源缺乏，废纸己成为我国造纸工业的主要资源之一。但我国没有建立完 善的废纸回收机制，没有一个废纸分类的统一标准，废纸回收几乎不分类，各种废纸不 能根据档次不同进行分别利用，影响了废纸的再利用，因此难以形成大规模的废纸回收 3 广西大掌工程硕士学位论文离舅【浅层气浮习0 睫处理卫生纸抄造白水的研究及屋u 啊 系统，废纸的回收率很低，不利于资源的充分利用。 ( 4 ) 工艺设备落后 工艺设备的先进，不但体现在产品的产量、质量和自动化程度高，还反应在吨产品 的水耗少、能耗低和污染负荷低。虽然我国有不少的大型制浆造纸企业引进了国外先进 的工艺和设备，但总体装备水平仍较落后，加上管理跟不上，吨产品的水耗、能耗和污 染负荷仍远远高于国外同行。要解决环境污染问题，必须从源头抓起，改造或淘汰落后 的工艺和设备，引进生产规模较大的先进设备。 ( 5 ) 环境意识较差 我国仍属于发展中国家，环境意识仍然跟不上先进的国家，因此我国大多数造纸企 业虽然建成了厂外污水处理设施，但没有从源头上根本解决环境污染问题。大多数造纸 企业没有通过i s 0 1 4 0 0 0 环境管理体系认证和清洁生产审核，许多建成的环保设施只是 应付环保执法检查，并未起到污染治理的作用。 ( 6 ) 水资源缺泛，水污染治理负担重 我国是一个水资源缺乏的国家，人均水资源拥有量只有2 2 0 0 立方米，而造纸工业 是耗水大户，每年要消耗1 0 0 亿立方米以上的水资源，因此节水意义非常重大。国外先 进的制浆造纸技术，其水耗都是非常的低，而我国造纸工业技术装备落后，吨产品的水 耗仍非常的高，水的循环利用率和重复利用率很低【8 】。目前我国造纸工业也制定了造纸 行业用水标准，并作为造纸工业实施清洁生产审计的依据之一。 制浆和造纸生产过程产生的污水需要用物理和生物方法两级处理，甚至加上化学方 法三级处理，才能满足达标排放的要求。目前万吨水处理投资达2 0 0 0 万元以上，因此 污水处理设施的一次性投资高，而且运行成本达每吨1 0 元以上【9 】。按照环保要求“谁污 染，谁治理”的原则，对于一些工艺设备落后，水耗高，污染大的造纸企业，尤其是规 模不大的以草浆为原料的造纸厂，难以承受污染治理的负担。因此应该对那些规模小， 设备落后，水耗大，污染严重的造纸企业关闭，而一些能够维持生产的大中型造纸企业， 开展清洁生产，积极抓源头治理，减轻末端处理的负担。 1 3 造纸白水的来源及性质 我国是一个造纸大国，造纸工业十分发达，但是近些年来，我国制浆造纸工业在不 断发展的同时，给人们生存的环境造成了日益严重的污染。据近年统计资料介绍，我国 4 广西大学工程硕士掌位论文离旁瞳笔层气浮勇0 窿处理卫生纸抄造白水的研究及矗u 啊 制浆造纸行业的污水排放量每年约2 1 9 6 亿吨，占全国排放总量的1 6 ，居第三位。排放 污水中化学耗氧量c o d , 汀约占全国排放总量的4 0 - 4 5 ，居第一位【l o 】。造纸工业是中国 水体环境污染的主要行业之一。制浆造纸行业目前已着手制定方案，拟通过节水、回收、 再循环的方式达到降低用水量的目的，其中之一就是治理纸机成型部所排放的自水。 纸生产中的废水主要是蒸煮废液、中段废水和造纸白水三部分。纸浆用自来水稀释 到0 0 8 哆卜- o 2 5 后运送到纸机进行抄纸，抄纸后排放出来的水便是造纸白水，造纸车间 排出的白水对比制浆乃至漂白车间排出的废水，其污染物排放量不是很大，关键在于高 耗水量及s s ，尤其是纤维的流失。造纸白水的污染负荷一般溶解性b o d 5 为1 0 0 - - 3 0 0 m g l ，c o d c r 为3 0 0 一- , 8 0 0 m g l ，s s ) 白5 0 0 , - - - , 1 0 0 0 m g l 】。造纸白水虽然溶解性b o d 较低，但是悬浮物含量和溶解性胶体物质含量较高。造纸白水直接外排不仅污染环境， 且损失了大量的纤维和细小纤维，浪费了宝贵的资源。 表1 2 纸机白水的组成 1 4 造纸白水的回用方式 抄纸过程中排出大量白水，如不加以循环回用，将大大增加排水的污染危害。目前， 国内一般纸机的吨纸排水量高达2 0 0 3 5 0 吨【1 2 】，薄纸比厚纸的吨纸排水量更大。造纸白 水直接外排不仅污染环境，且损失了大量纤维和细小纤维，浪费了宝贵资源。这样，以 一台3 0 t d 纸机为例，如每天损失纸浆1 5 吨( 3 0 x 5 ) ，以每吨纸4 0 0 0 元计，年损失金额达 2 0 0 万元，是一笔很可观的数字【1 3 】。现代纸机非常重视白水的循环回用。目前，国外每 吨排水量仅2 0 3 0 m 3 【1 4 1 ，由于外排废水大幅度削减，也从而大大节约了厂外处理的费用。 s 广西大掌工程硕士掌位论文离效浅层气浮习瀛处理卫生纸抄造白水的研究及应用 造纸白水的循环回用就是使用各种方法处理造纸白水，降低悬浮物含量，代替清水 再用于抄纸过程，减少水和污染物含量。由白水的特性和回用水质要求决定的白水回用 方式各有不同，如直接回用、间接回用、封闭循环等，应以环境保护和经济效益的统筹 观点，根据各造纸厂的实际情况进行选择。 1 4 1 直接回用 这是目前造纸白水回用中用得较多的一种方式。这种方法将造纸白水不经任何处理 直接回用于对水质要求不很严格的生产过程。如成形脱水区下来的浓白水回用于机前来 浆的稀释；高压脱水区形成的稀白水回用于制浆过程以及锥形除渣器各段渣槽的冲洗和 稀释等用水的生产过程【1 5 1 。 1 4 2 间接回用 将经过白水回收机回收纤维后的白水，根据水质要求和具体情况，选择用水部位。 处理后水质好的白水可用作对水质要求较高的生产过程如洗毯、洗网等，也可送往打浆 调料部分作稀释用水以及送往制浆车间【1 5 】。 1 4 3 封闭循环 造纸工业中采用封闭循环，使工艺用水及其它资源如白水中的纤维、填料等得到回 收利用，作到废水不外排。这在技术经济及环境保护两方面，均是理想目标。但目前做 到白水的封闭循环的难度很大【1 6 1 。 1 4 4 分质一串级一循环 造纸企业的生产工艺非常复杂，工艺设备对水质的要求各不相同。白水回用水质完 全可以按照供水要求分类。同时也由于实现白水零排放的封闭循环的基建投资和运转费 用较高，因此人们摸索总结出一种“按质用水、清浊分流、分片循环、一水多用”的方 法，即分质串级循环用水法【1 6 l 。 6 g - 西大掌工程硕士掌位论文囊口戋浅层气浮习0 晓处理卫生纸圣燧白水的研究及屈乙胃 1 5 造纸白水的处理方法 白水回用的关键是白水处理技术。自水中主要有纤维、细小纤维、填料、一些化学 药品和胶料( 松香等) ，颜色白、s s 含量高，以不溶性c o d 为主，可生化性较低，因此 不适合用生物方法处理，适合用物理方法处理，理论上可以有四种方法：过滤法、沉淀 法、多盘筛、气浮法。 为了达到各生产工段对所用水的水质要求，可以将白水的处理技术进行合理的组 合。影响造纸白水的成分及含量的不确定因素太多，因此很难找到适合于任何造纸厂、 任何白水的处理技术，应视各造纸厂的具体情况来选择。 1 5 1 过滤法 根据不同大小和比重的颗粒，可采用格栅、砂滤、网筛等方法去除。其特点是适合 去除大颗粒的物质，不需要电耗和化学药品消耗，因此运行费用低。格栅主要用于去除 体积较大的物质，砂滤是用来去除较大的重颗粒的物质。在造纸工业中，网筛主要是用 于过滤水中的纤维和填料，这些纤维和填料根据需要可以回用。但对于极小的颗粒，用 过滤方法难以去除，因为缝隙和目数太小会大大增加水的阻力【1 7 1 。 1 5 2 沉淀法 主要是利用颗粒物质的比重大于水的特性，颗粒物质靠自身的重量向水下沉淀。颗 粒与水的相对比重越大，颗粒沉降的越快。制浆废水中除了一些比重较大的沙粒容易沉 降外，大部分纤维的比重略高于水，沉降的速度较慢，因而沉淀的时间较长，沉淀池子 做得相对较大，池子也相对较深，确保一定的停留时间、污泥层厚度和污泥浓度。 对于一些比水轻的物质、非常细小的纤维以及乳胶状物质，难以沉淀。比水轻的较 大的物质浮在水面可以通过机械的方法刮除，而细小纤维和胶状物质和出水一起排出， 影响出水的浊度。但是如果加入絮凝化学药品，这些胶状物质的破乳成颗粒状和细小物 质的架桥作用，形成比重较大的大块絮状体加速沉淀。加入化学絮凝剂的沉淀方法通常 称作物化法。该方法不但能加速颗粒物质的沉淀，而且由于形成的絮状物质存在多孔比 表面积大的特性，具有吸附水中难以降解的大分子有机物，因而可以去除部分可溶的有 机物。制浆污水都带有一定的色度，造成色度的原因大都是大分子有机物含有发色基团 7 广西大学工程硕士学位论文离效浅层气浮膏漱爿湮卫生纸抄造白水的研究及置u 胃 引起的，所以絮状物质去除了大分子有机物的同时，也降低了水的色度【1 引。 沉淀法的特点是，基建投资大，占地面积大，但运行成本相对较低，大都用在污水 处理的前处理和后处理。因为沉淀方法技术成熟，运行成本低，操作简便，因此目前沉 淀方法去除s s 是污水处理中用得最多的一种方法【1 9 1 。 1 5 3 多盘筛 多盘筛也是一种过滤法，其工作原理是：利用各圆盘滤网上的糊浆层实现对白水的 精滤。由于设置了多个圆盘滤网，较大地增大了过滤面积，且设计上将各圆盘截面分为 糊浆区、过滤区、冲洗区等多个扇区，随着主轴的旋转依次轮换工作，实际上实现了过 滤和反冲洗的连续进行，因而能有较大的处理能力，多盘筛的优点是：动力消耗小，不 需要加药，因而运行成本低。多盘筛由于其这一显著的优点，在国外造纸行业的白水回 收中获得较广泛的应用。国内也有多家造纸厂选用了多盘筛，但绝大数没有能用好，究 其原因，是由于多盘筛的技术关键所决定，也是由中国的国情所决定。 多盘筛的技术关键是：糊浆层必须稳定且有适宜的滤过性。理论研究表明，糊浆层 的稳定性又由其滤过性所决定，当透过糊浆层的水流达到一定的流速时，所产生的压力 降才能迫使糊浆层稳定地贴附在滤网上【2 0 】。 1 5 4 气浮法 气浮法是利用空气与水在一定压力下，使气体极大限度地溶解于水中，然后把这加 压的溶气水通过减压释放出产生大量的微细气泡，与水中的悬浮絮体充分接触，使水中 悬浮絮体粘附在气泡上，随气泡一起浮到水面，形成浮渣刮走，从而达到净化白水的目 的【2 1 1 。 气浮法的关键技术是微小气泡的产生装置和气浮池的布气装置，气浮法的特点是气 浮时间短，一般只需巧m i n 左右，去除率高，对去除水中的微小纤维特别有效，同时气 浮装置占地少2 2 1 。气浮法的不足之处【2 3 1 ： 对水中的重质纤维、填料不易选浮上来，易造成气浮池底堆积纤维、填料而腐烂 变臭，需经常清池而影响生产； 气浮回收纤维、填料带气泡，回用生产系统影响抄纸质量。 广西大学工程硕士掌位论文高舅跨笔层气v 3 勇漱爿复卫生纸抄造白水的研究及属己j 匍 1 6 混凝及气浮理论 采用气浮法处理造纸白水，因水中存在着多种溶解性和非溶解性的有机、无机杂质， 净水药剂以及大量的微细气泡，所以它们之间的混和、絮凝以及与气泡粘附的过程是一 种十分复杂的物理化学过程。水中杂质、混凝剂、微气泡以及相互粘附后形成的带气絮 粒的性质都影响气浮法处理白水的效果。下面分别介绍它们的特性及基本作用原理。 1 6 1 混凝 混凝是混合、凝聚和絮凝三个过程的总称，在给水和废水的处理中占有重要的地位。 它是沉淀( 或澄清) 、过滤、气浮等水处理工艺的基础。一般来说，混合是指向水中投加 药剂以后，药剂迅速而均匀地扩散于水中的过程；凝聚是指水中胶体的脱稳过程；絮凝 则是指胶体脱稳以后，结成絮凝体，并且慢慢增大的过程。 1 6 1 1 混凝技术的应用发展 7 0 年代以来，日、美、德等国家对高分子的无机混凝剂的合成方法和应用进行了大 量的研究工作。其中日本进展最快，目前，年产量己超过1 0 0 万吨，在地下水、生活污 水及各种工业废水的处理上取得了显著效果【2 4 】。无机混凝剂具有使用量少，沉降速度快， 絮凝物较硬，过滤速度快等优点，使其迅速广泛应用。8 0 年代以来，人们开始研制锌盐、 硅盐、镁盐、钙盐等混凝剂，但都处于试验室研究阶段，未广泛应用。 为了弥补无机混凝剂的不足，有机高分子混凝剂相继发展起来。它是一种具有较长 链节和较多官能团的水溶聚合物，能够强烈地吸附凝聚颗粒生成粗大的架桥混凝体。目 前，世界上许多国家生产的有机高分子混凝剂大多数是聚丙烯和聚乙烯类化合物。其中 聚丙烯酰胺类占总生产量的8 0 以上。有机混凝剂常用来和无机混凝剂搭配使用，处理 水的效果好，成本低。 总之，目前混凝剂正向着高分子化、复合化、系列化、专用化的方向发展。一方面 完善无机高分子混凝剂产品的实用化研究，同时加强无机混凝剂与有机高分子混凝荆复 合剂型的制造和应用。 1 6 1 2 混凝剂概况 ( 1 ) 混凝n t 2 5 2 7 】 混凝剂种类很多，据目前所知，不少于2 0 0 3 0 0 种。按化学成分可分为无机和有机 两大类。无机凝聚剂一般指传统铝、铁盐类化合物，无机高分子絮凝剂则指传统铝、铁 9 广西大掌工程硕士学位论文高效浅层气浮勇0 晓处理卫生纸翻谴白水的研究及压己j 嗣 盐的水解沉淀动力学中间产物，即轻聚合离子。其他一些品种，如钙盐、镁盐、活化 硅酸等主要作为中和剂或助凝剂使用。有机混凝剂品种很多，主要是高分子物质，但在 水处理中的应用比无机的少。目前传统凝聚剂正逐渐被无机高分子絮凝剂所取代，在全 国混凝剂市场销售量中，凝聚剂约占2 0 ，而无机高分子类约占8 0 以上。其中，聚合 氯化铝约占6 5 - - 一7 0 ，聚合硫酸铁6 8 ，其他一些品种约占2 5 。 常用无机混凝剂主要有明矾( 亿q 、硫酸铝( a s ) 、硫酸铁( f s ) 、氯化铁( f c ) 、聚合氯 化铝( p a c ) 、聚合硫酸铁( p f s ) 、聚合磷酸铝( p a p ) 、聚合磷酸铁( p f p ) 、活化硅酸( a s ) 、 聚合硅酸( p s ) 等。 有机高分子混凝剂又分天然和人工合成两类。在给水处理中，人工合成的日益增多 并居主要地位。这类混凝剂均为巨大的线性分子，每一大分子由许多链节组成且常含带 电基团，故又被称为聚合电解质。按基团带电情况，又可分为以下四种：凡基团离解后带 正电荷者称阳离子型，带负电荷者称阴离子型，分子中既含正电基团又含负电荷基团者 称两性型，若分子中不含可离解基团者称非离子型。水处理中常用的是阳离子型、阴离 子型和非离子型三种高分子混凝剂，两性型使用极少。 非离子型聚合物的主要品种是聚丙烯酞胺( p a m ) 和聚氧化乙烯( p e o ) ，前者是使用 最为广泛的人工合成有机高分子混凝剂( 其中包括水解产品) 。阴离子型主要也是聚丙烯 酰胺( h p a m ) ，通常以h a p m 作助凝剂以配合铝盐或铁盐作用，效果显著。阳离子型聚 合物通常带有氨基( - - n h a t ) 、亚氨基( 一c h 2 卟m 2 十一c h 2 一) 等正电基团。由于水中胶 体一般带负电荷，故阳离子型聚合物均具有优良的混凝效果。国外使用阳离子型聚合物 有日益增多的趋势。由于阳离子型聚合物价格较昂贵，目前我国尚很少使用，但也开始 研制。 有机高分子混凝剂的毒性是人们关注的问题，p a m 及h p a m 的毒性主要在于单体丙 烯酰胺，故产品中的单体残留量应有严格控制。有的国家规定丙烯酞胺含量不得超过 0 2 有的国家规定不得超过0 0 5 。 ( 2 ) 助凝剂 当单独使用混凝剂不能取得预期效果时，需投加某种辅助药剂以提高混凝效果，这 种药剂成为助凝剂，其作用往往是为了改善絮凝体结构，促使细小而松散的絮粒变得粗 大而密实，作用机理是高分子物质的吸附架桥。对于低温、低浊水，采用铝盐或铁盐混 凝剂时，形成的絮粒往往细小松散，不易沉淀。当投入少量活化硅酸时，絮凝体的尺寸 和密度就会增大，沉速加快。 1 0 f - 西大学工程硕士学位论- 文囊彩文浅层气浮习0 晓爿：理卫生纸抄造白水的研究及蕊u 胃 水厂内常用的助凝剂有：骨胶、聚丙烯酰胺及其水解产物、活化硅酸、海藻酸钠等。 上述各种高分子助凝剂往往也可单独作混凝剂用，但阴离子型高分子物质作混凝剂效果 欠佳，作助凝剂配合铝盐或铁盐使用效果更显著。 i 6 1 3 混凝机理 化学混凝的机理至今仍未完全清楚，因为它涉及很多因素，如水中杂质的成分和浓 度、水温、水的p h 值、碱度，以及混凝剂的性质和混凝条件等。但归结起来，可以认为 主要有这四个方面的作用机理： ( 1 ) 压缩双电层作用 d e r l a g u i n ，l a n d a u ，v c r w e y 和o v e r b e e k 根据经典胶体化学的双电层模型建立了d l v o 理论，又称凝聚物理理论。该理论提出了关于各种形状微粒之间的相互吸引能与双电层 排斥能的理论计算方法，成功的解释了胶体的稳定性及其凝聚作用，认为导致凝聚作用 的主要是高价的金属离子，如舢3 + 和f e 3 + 压缩双电层作用的结果【2 引。 根据d l v o 理论，要使胶粒通过布朗运动相撞聚集，必须降低或清除排斥能峰。吸 引势能与胶粒电荷无关，它主要决定于构成胶体的物质种类、尺寸和密度。对于一定水 质，胶粒这些特性是不变的。因此，降低排斥能峰的办法即是降低或消除胶粒的 电位， 在水中投入电解质可达此目的。 对于水中负电荷胶粒而言，投入的电解质一混凝剂应是正电荷离子或聚合离子。如 果正电荷离子是简单离子，如n r 、c a 2 + 、a 1 3 + 等，其作用是压缩胶体双电层一为保持胶 体电性中和所要求的扩散层厚度，从而使胶体滑动面上的心电位降低，见图2 1 ( 1 ) 。乒0 时称等电状态，此时排斥势能消失。实际上，只要将心电位降至一定程度( 乒缸) 使排斥 能e m a x = 0 ( 见图2 1 ( 2 ) 的虚线所示) ，胶粒便发生聚集作用，这时的 电位称临界电位。根 据叔采哈代法则，高价电解质压缩胶体双电层的效果远比低价电解质有效。对负电荷胶 体而言，为使胶体失去稳定性一脱稳”所需不同价数的正离子浓度之比为： 【m ： 衍1 ： m 3 + 】_ l ：( 1 2 ) 6 ：( 1 3 ) 6 。这种脱稳方式称压缩双电层作用。d l o 理论认为导致 凝聚作用的主要是高价金属离子( a 1 3 + 和f e 3 + ) 压缩双电层作用的结果，但忽视了水中反 离子水解形态的专属化学吸附作用。 ( 2 ) 电中和吸附理论 6 0 年代后，是铝盐、铁盐凝聚剂混凝作用机理深入研究、发展及其争论的鼎盛时期。 s t