废纸再生造纸废水的综合治理模式与方法研究

1、废纸再生造纸废水的综合治理模式与方法研究崔兆杰,宋薇,宋运涛(山东大学环境科学与工程学院,山东济南250100摘要在分析了废纸造纸废水来源及污染成分的基础上,提出了建立废水的循环利用-综合治理-再回用处理模式与方法,并分别对筛选浓缩水、白水、处理废水的循环利用方式及废水的处理工艺进行了研究分析。实践证明,研究和建立的模式与技术方法是一种切实可行的废水处理方案,它不仅能消除废纸造纸行业的废水污染,而且具有十分明显的经济效益。关键词废纸造纸废水;废水处理;循环利用;再回用中图分类号X793文献标识码A文章编号1005-829X(200308-0009-03Study on the model an

2、d method of comprehensive treatment ofwa ste paper2making wa stewaterCui Zhaojie,S ong Wei,S ong Y untao(School o f Environmental Science and Engineering,Shandong Univer sity,Jinan250100,China Abstract:Based on the analysis results of the s ources and com ponents of the wastewater from waste paperma

3、king,the method and m odel of wastewater treatment including recycle-com prehensive control and treatment-reuse are researched and set up.The recycling technology and process of the filter concentrating water,white water,and treated wastewater and the end2of2pipe treatment technology of the wastewat

4、er are researched and analyzed in detail.The practice and result indicate the m odel and technology is a feasible scheme for wastewater treatment,because it not only eliminates the pollu2 tion produced by the wastewater,and als o obtains obvious economic benefit.K ey words:wastewater from waste pape

5、r2making;wastewater treatment;recycle;reuse近年来,由于废纸再生造纸行业的迅速发展,生产过程中产生和排放的污染物也随之增加,对环境造成的污染也日趋严重,尤其是废水污染。目前,一般生产1t纸消耗的水量多在5070t1。为探索该类废水的综合治理和利用模式与方法,我们以清洁生产思想为指导,通过污染源的削减以及物料流程的优化调整等措施,有效地减少了废水产生量,减轻了终端治理负担。同时,在废水治理过程中,通过从废水中提取废纤维并加以利用和将不同处理阶段的废水分别回用作工艺水,又可以极大程度地降低废水的处理成本,收到了良好的环境、经济和社会效益。1废水来源与污染成

6、分分析目前,国内废纸再生造纸主要生产板纸和再生新闻纸。主要工艺流程为碎浆、净化、筛选、浓缩、贮浆、打浆、上网、压榨、烘干、卷取等,再生新闻纸的生产则增加了脱墨工艺2。生产废水主要来自制浆车间的打浆、冲渣、筛浆、浓缩以及抄造车间的净化筛选和纸机的湿部脱水等工序以及再生新闻纸的脱墨工序。经分析,废水中的污染物主要包括半纤维素、木质素、细小纤维、无机填料、油墨、染料等污染物。木质素、半纤维素、油墨、染料等是形成废水C OD及BOD的主要成分;细小纤维、无机填料等主要形成SS;而色度主要来自于废纸的油墨和染料等3。再生新闻纸的脱墨工艺主要分为浮选脱墨与洗涤脱墨两种。每吨纸浮选脱墨的清水用量大约为10m

7、3,产生废水中C OD总量为140kg;生产每吨纸洗涤脱墨工艺清水用量为90m3,产生废水中C OD总量为190 kg4。依据文献36报导,现场测定和专家咨询,传统废纸造纸各操作单元产生的污染负荷如表1所示。2废水的循环利用废纸造纸过程中不同排污点产生废水量与污染物浓度差别很大。以纸机脱出的水为例,网下白水的C OD质量浓度大约为500600mg/L,真空部位白水的C OD质量浓度为250300mg/L,而伏辊部位脱出白水的C OD质量浓度则在150200mg/L之间,而且构成废水C OD的成分也有一定的差别4。2003年8月第23卷第8期工业水处理Industrial Water Treat

8、mentAug.,2003Vol.23No.8表1产生废水的污染负荷废水来源pH 清水用量/(m3t-1COD质量浓度/(mgL-1/(kgt-1SS质量浓度/(mgL-1/(kgt-1碎浆冲渣47912130015001416160020001722沉砂盘798161504002510035014圆网浓缩7920401000140010158001200913网前筛选680.20.4502000.5310025013抄造66816251505002730070016因此,根据不同用水部位对水质的要求,将不同浓度的废水分别循环回用于相应的用水部位,这不仅可以节约水资源,还可以有效地降低废水治理

9、负担,减少纤维流失率。经实践证明:废纸再生造纸废水循环系统主要包括筛选浓缩废水的循环利用、白水回用以及处理废水再利用等几个部分。2.1筛选浓缩废水的循环利用废纸制浆过程中每吨纸浓缩废水的产生量可达2040m3,并且含有大量的纤维固形物,是废水处理的主要对象。为了减少废水的产生与排放量,可将筛浆系统进行改造与调整,即在筛浆前的稀释浆用水使用筛选工序浓缩机的再循环水。同时,筛出的废渣在排放前必须压榨脱水,此部分水可以回用于筛浆系统,以减少废水的排放量。通过浓缩水的循环回用不仅可以减少废水排放量,而且可以提高药剂的利用率,减少了废水中污染物的浓度。经测定可知,按上述方式进行改造后,清水用量、C OD

10、及SS负荷大约可以分别降低2030m3/t,1012kg/t 和1012kg/t。2.2白水的循环利用为有效利用白水,提高白水的利用率,减少白水中纤维流失量,我们根据工艺要求在不同的工序回用于不同白水的原则,对板纸生产过程中白水回用方式进行了详细的优化改进,并结合经济分析论证了优化方案的经济、技术与环境可行性。其主要改进:将网部脱水区的白水首先用于浆料上网的浓度调节,余下的白水用作冲浆和稀浆,避免回到打浆池进行打浆,以充分回收白水中的细小纤维,改善稀释水的pH;高压差脱水区以后的稀白水首先收集到白水池中,一部分用于冲浆,一部分送至损纸制浆工序进行水力碎浆,剩余白水送到稀释除砂工序,经滚筛除砂后

11、送至污水场。白水经过如此循环利用后,清水用量、C OD和SS的产生量分别可减少1020m3/ t,35kg/t和25kg/t,从而有效地降低了后续废水治理的负担。2.3处理后废水的再循环利用由沉砂盘排出的废水、剩余白水及其他部分产生的废水经混合后进入废水处理系统。这部分废水经斜网捞浆与澄清池处理后一部分可循环再用,主要应用于制浆过程的芯浆与底浆的水力碎浆、洗浆以及纸机冲浆等工序。剩余废水再经进一步的生化处理,去除其中的悬浮物和溶解性物质后,大部分废水可回用作面浆碎浆和纸机网部、毛布喷淋清洗等工序用水,其余废水达标排放。废水经循环利用后,大大地减少了废水最终的排放量,同时吨纸废水需要的清水量可减

12、少1020m3。3纤维的回收利用生产过程中浆料的流失是不可避免的。通过增设纤维回收设备可大大地减少纤维的流失量,提高纤维的回用率。常用的纤维回收设备类型主要有过滤式、浮选式及沉淀式等3种7。过滤式由于要消耗大量的滤饼,因此在我国造纸废水中很少使用。浮选式是目前用得最多的一种纤维回收方式,经浮选后的出水非常好,但易受流量变化的影响,有时也受水的化学性质变化的影响。沉淀式也能获得良好效果,但在夏季易腐浆。以山东某板纸厂为例,该厂废水纤维采取二级回收处理。废水先经斜网捞浆粗筛回收其中的长纤维,回收率为20%30%,这部分纤维可回到抄前池;剩余废水再进行混凝沉淀处理,有80%90%的纤维留在沉淀污泥中

13、,该纸浆可以直接用于箱板夹层纸的生产。通过纤维回收利用,该厂每年可多生产纸634t,增加经济效益约61万元。4废水的终端处理在目前的技术和经济条件下,很难实现废纸造纸的无废生产,废水的产生和排放是难以避免的,因此需要对废水进行必要的处理。经处理后的一部分废水可回用作某些生产工序用水,剩余废水也可实现达标排放。目前,造纸废水常用的处理方法主要有物理法、生化法以及化学法。混凝沉淀法是我国较早开发出的物理处理技术,具有过程简单、操作方便、效率高、投资少等优点,可有效地去除废水中的SS、颜色及C OD含量。但此方法不能去除相对分子质量较低的C OD组分。专论与综述工业水处理2003-08,23(8生化

14、处理法因其工艺技术成熟,运行费用低廉,在造纸废水处理中应用较多。但是该方法对于高相对分子质量的C OD物质处理效率不高,废纸造纸废水不经前处理而直接进行生化处理是不合适的。化学处理法是利用氧化剂的氧化还原作用,将废水中的某些溶解性的污染物转化为容易从水中分离的形态,然后再用常规的处理工艺将其从水中除去或将其转化为无害的新物质。采用氧化剂的预氧化的方法处理废纸造纸废水,具有过程简单、操作方便、投资省、效果好等优点5,8。由于各种处理方法自身的局限性以及废纸造纸废水中C OD的相对分子质量差异较大,该类废水的处理时常将不同的处理方法进行组合,形成新的综合处理技术,如混凝沉淀-化学氧化处理法、厌氧-

15、好氧生物处理法、混凝沉淀-好氧处理、气浮池-厌氧-好氧等工艺流程。笔者根据废纸造纸的废水特点,结合山东某造纸厂的生产工艺和废水组成,对比各种处理方法,选择混凝沉淀-接触氧化法作为处理该废水的最佳方案。4.1废水水质该厂板纸生产能力为4万t/a,废水产生量为20 m3/t,经济效益500万元/a。废水经循环回用后,需要的新鲜水量7m3/t。其生产废水混合后,废水产生量为2200m3/d,pH68,C OD13001500mg/ L,SS12001300mg/L,BOD350450mg/L。4.2工艺流程污水处理工艺流程见图1。各车间的生产废水经地沟混合后,用格栅去除易堵塞泵及管路的较大颗粒,注入

16、集水井;然后用80目尼龙斜网回收流失的纤维,并将回收的纤维送至抄前池,废水进入调节沉淀池,进行水质和水量的调节均化,并对大粒径悬浮物进行沉淀;废水用泵提升至混凝沉淀池,加药沉淀后产生的污泥回收用于作夹层纸浆,同时,40%的上清液循环回用至碎浆工序,其余60%流入生物接触氧化池,进行好氧处理,使部分有机污染物降解、去除;废水再流入沉淀池,利用沉淀作用去除活性污泥 ;沉淀出水50%回用于洗毛布等工艺,50%达标排放。图1污水处理工艺流程本工艺的混凝剂采用了无机高分子絮凝剂PAC 与有机高分子混凝剂PAM的有效复合。在混凝沉淀池内,PAC投加质量浓度为15mg/L;在二沉池内PAC与PAM(以质量分

17、数30%计的投加质量浓度分别为15mg/L,600mg/L。结果表明,加入的混凝剂能有效提高废水的沉降性能,从而大大地提高废水的处理效果。4.3处理效果该废水处理工艺已在该厂得到实施,污水处理场投入运行后,运行正常,各项指标的处理效果均达到设计要求。各构筑物的去除效果如表2所示。由表2可知,处理后的废水可达到造纸工业表2废水处理构筑物去除效果名称COD出水质量浓度/(mgL-1去除率/%SS出水质量浓度/(mgL-1去除率/%BOD出水质量浓度/(mgL-1去除率/%捞浆12601096020调节沉淀池10082076820混凝沉淀池40360779028050生物接触氧化池100754280

18、沉淀池604046402150综合95.79694水污染物排放标准G WP B21999要求。混凝沉淀池与沉淀池的出水均都达到回用水的要求,该企业回用废水的标准:C OD分别为<500mg/L与100 mg/L,SS分别为<100mg/L与50mg/L。废水经处理后循环回用于不同的生产工序,不仅回收了废水中的可用纤维,也大大地减少了清水用量及废水最终的排放量,废水排放量由20m3/t降低为5m3/t,所需清水量由25m3/t降低为7m3/t。4.4经济效益该污水处理场占地面积为0.4m2/t,废水的处理设施投资为2300元/t,处理成本0.64元/t。循环回用废水使生产每吨纸增加效

19、益9元,回收纤维使生产每吨纸增加效益15元,生产每吨纸少交纳排(下转第16页工业水处理2003-08,23(8崔兆杰,等:废纸再生造纸废水的综合治理模式与方法研究J.环境技术,2002,20(3:33-3716S wietlik J,Raczyk2S tanisawiak U.Ads orption of natural organic matteroxidized with ClO2on granular activated carbonJ.W ater Research, 2002,36(9:2328-233617王九思.ClO2氧化-活性炭吸附法处理染色废水的实验研究J.环境科学研究,2

20、001,14(5:40-4218王九思,卯晖.活性炭吸附-化学氧化处理印染废水J.兰州铁道学院学报,2001,19(6:77-7819罗道成,等.活性炭-NaClO催化氧化法处理蒸氨废水的研究J.湘潭矿业学院学报,2001,16(4:36-3820刘春英,等.载铜活性炭催化氧化深度降解石油污水中CODJ.环境污染与防治,2002,24(2:90-9221Jones D A,Lelyveld T P.M icrowave heating application in environmen2tal engineering-a reviewJ.Res ources,C onservation and

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23、pparatus for disin fection of tap water or grounderwaterby ads orption and eletrolysisP.JP11347538,199930薛向东,金奇庭.T iO2-活性炭组合光催化降解苯酚废水J.中国给水排水,2002,18(6:42-4531黄彪.超临界乙醇流体制取活性炭-T iO2光催化剂复合材料的研究J.环境科学学报,2002,22(5:641-64632范洁,等.高锰酸钾复合药剂与活性炭联用去除水中有机污染物的研究J.中国给水排水,1999,15(1:5-8作者简介于洪斌(1979,东北师范大学环境科学与工程系在读硕士研究生。电话:0431-*,E2mail:yhb531s 。收稿日期2002-12-20(上接第11页污费0.5元;生产每吨纸增加机泵运行费用19.9元,共节约金额为4.6元/t,增加经济效益18.4万元/a。由此可见,采用废水循环