造纸行业废水处理及资源化利用方案

造纸行业废水处理及资源化利用方案

第1章引言.......................................................................3

1.1废水处理背景及意义......................................................3

1.2国内外废水处理技术现状...................................................4

第2章造纸行业废水来源与特性....................................................4

2.1废水来源.................................................................4

2.2废水特性..................................................................5

2.3废水污染指标.............................................................5

第3章废水预处理技术............................................................5

3.1物理预处理...............................................................5

3.1.1筛选...................................................................5

3.1.2沉淀...................................................................6

3.1.3气浮...................................................................6

3.2化学预处理...............................................................6

3.2.1混凝...................................................................6

3.2.2中和...................................................................6

3.2.3氧化还原...............................................................6

3.3生物预处理..............................................................6

3.3.1活性污泥法............................................................6

3.3.2生物膜法..............................................................6

3.3.3厌氧处理法.............................................................6

第4章废水处理主体工艺..........................................................7

4.1混凝沉淀法...............................................................7

4.1.1原理及特点.............................................................7

4.1.2混凝剂的选用...........................................................7

4.1.3沉淀设备...............................................................7

4.2生物处理法...............................................................7

4.2.1原理及特点.............................................................7

4.2.2生物处理技术...........................................................7

4.2.3影响因素...............................................................7

4.3膜分离技术...............................................................7

4.3.1原理及特点.............................................................7

4.3.2膜材料及膜组件........................................................8

4.3.3运行维护...............................................................8

4.3.4膜分离技术在造纸废水处理中的应用......................................8

第5章高浓度有机废水史理........................................................8

5.1厌氧处理技术............................................................8

5.1.1厌氧消化...............................................................8

5.1.2厌氧生物滤池..........................................................8

5.1.3厌氧颗粒污泥末........................................................8

5.2好氧处理技术.............................................................8

5.2.1活性污泥法.............................................................8

5.2.2生物膜法...............................................................8

5.2.3序批式活性污泥法(SBR)...............................................9

5.3生物质能利用.............................................................9

5.3.1甲烷回收...............................................................9

5.3.2污泥厌氧消化...........................................................9

5.3.3生物质燃料制备.........................................................9

5.3.4废水热能回收..........................................................9

第6章废水深度处理与回用........................................................9

6.1深度处理技术............................................................9

6.1.1生物处理技术...........................................................9

6.1.2化学氧化技术...........................................................9

6.1.3吸附技术..............................................................10

6.1.4高级氧化技术..........................................................10

6.2膜处理技术..............................................................10

6.2.1微滤(MF)............................................................10

6.2.2超滤(UF)............................................................10

6.2.3纳滤(NF)............................................................10

6.2.4反渗透(1«))..........................................................10

6.3回用途径及水质要求......................................................10

6.3.1生产用水..............................................................10

6.3.2城市杂用水............................................................11

6.3.3景观用水..............................................................11

第7章造纸废水中的资源回收.....................................................11

7.1碱回收...................................................................11

7.1.1碱回收工艺............................................................11

7.1.2碱回收设备............................................................11

7.2纤维素回收..............................................................11

7.2.1纤维素回收工艺........................................................11

7.2.2纤维素回收设备........................................................11

7.3污泥资源化利用..........................................................12

7.3.1污泥焚烧..............................................................12

7.3.2污泥堆肥化............................................................12

7.3.3污泥制生物质能源......................................................12

第8章造纸废水处理设施设计.....................................................12

8.1设施规模与布局..........................................................12

8.1.1废水处理规模..........................................................12

8.1.2废水处理流程..........................................................12

8.1.3设施布局..............................................................13

8.2主要设备选型............................................................13

8.2.1预处理设备............................................................13

8.2.2生化处理设备..........................................................13

8.2.3深度处理设备..........................................................13

8.2.4污泥处理设备..........................................................13

8.3自动化控制系统..........................................................13

8.3.1系统构成..............................................................13

8.3.2控制策略..............................................................14

8.3.3监控与报警............................................................14

8.3.4远程控制..............................................................14

第9章造纸废水处理工程实例.....................................................14

9.1实例一：某大型造纸企业废水处理工程.....................................14

9.1.1项目背景..............................................................14

9.1.2废水处理工艺..........................................................14

9.1.3处理效果..............................................................14

9.2实例二：某中小型造纸企业废水处理工程...................................14

9.2.1项目背景..............................................................14

9.2.2废水处理工艺..........................................................15

9.2.3处理效果..............................................................15

9.3实例三：某特种纸企业废水处理工程.......................................15

9.3.1项目背景..............................................................15

9.3.2废水处理工艺..........................................................15

9.3.3处理效果..............................................................15

第10章造纸行业废水处理发展趋势及建议.........................................15

10.1发展趋势...............................................................15

10.1.1废水排放标准提高.....................................................16

10.1.2资源化利用程度加深...................................................16

10.1.3产业链协同发展.......................................................16

10.2技术创新方向...........................................................16

10.2.1高效预处理技术.......................................................16

10.2.2生物处理技术优化.....................................................16

10.2.3膜分离技术应用.......................................................16

10.2.4污泥处理与资源化技术.................................................16

10.3政策与管理建议.........................................................16

10.3.1完善政策体系.........................................................16

10.3.2加大资金支持.........................................................16

10.3.3强化监管力度.........................................................17

10.3.4推广典型示范项目.....................................................17

10.3.5加强产学研合作.......................................................17

第1章引言

1.1废水处理背景及意义

我国经济的快速发展，造纸行业作为传统的支柱产业之一，其规模和产量持

续增长。但是造纸行业在生产过程中产生了大量废水，这些废水中含有木质素、

碱、短纤维、有机污染物及重金属等有害物质，若不进行处理直接排放，将对环

境造成严重污染。因此，造纸行业废水处理成为了亟待解决的问题。

废水处理在保护水资源、改善生态环境、促进可持续发展等方面具有重要意

义。有效处理造纸行业废水，不仅可以减少污染物排放，保护水资源，还可以实

现废水资源化利用，降低企业生产成本，提高经济效益。国家环保政策的口益严

格，废水处理也成为了企业履行社会责任、实现绿色发展的重要途径。

1.2国内外废水处理技术现状

国内外在造纸行业废水处理技术方面取得了显著进展，主要包括物理、化学

和生物处理方法。

（1）物理处理方法：主要包括筛选、沉淀、气浮等，通过物理方法去除废

水中的悬浮物和部分溶解物。物理处理方法具有操作简单、成本较低等优点，但

在去除有机污染物方面效果有限。

（2）化学处理方法：主要包括中和、氧化、还原、混凝等，通过化学反应

去除废水中的有害物质。化学处理方法具有去除污染物效果好、操作稳定等特点,

但处理成本较高，且可能产生二次污染。

（3）生物处理方法：主要包括活性污泥法、生物膜法、厌氧处理法等，利

用微生物将有机污染物转化为无害物质。生物处理方法具有处理效果好、成本低、

无二次污染等优点，但占地面积较大，运行管理要求较高。

国外在造纸行业废水处理方面技术较为成熟，如美国、加拿大、芬兰等国家,

其处理技术主要侧重于生物处理和资源化利用。我国在废水处理技术方面也取得

了显著成果，但与发达国家相比，仍存在一定差距。目前我国正加大对造纸行业

废水处理技术的研发力度，不断提高废水处理效果和资源化利用水平。

第2章造纸行业废水来源与特性

2.1废水来源

造纸行业废水主要来源于以下几个方面：

（1）制浆过程：包括洗涤、筛选、漂白等工序，产生的废水中含有大量的

有机物、悬浮物和色素等。

（2）造纸过程：包括打浆、调料、抄纸等工序，产生的废水中含有纸浆残

余物、填料、助剂等。

（3）纸机白水：纸机生产过程中，白水循环使用，但会逐渐积累有机物、

填料和助剂等污染物。

（4）生活污水：造纸企.业内部的生活污水，如员工生活用水、食堂废水等。

2.2废水特性

造纸行业废水具有以下特性：

（1）有机物含量高：废水中含有大量的碳水化合物、蛋白质等有机物，导

致生化需氧量（BOD）和化学需氧量（COD）较高。

（2）悬浮物含量高：废水中含有大量的纤维、填料和助剂等悬浮物，导致

悬浮物浓度（SS）较高。

（3）色度较高：废水中含有较多的木质素、色素等，使得废水色度较高。

（4）pH值波动较大：制浆过程中使用的化学品及造纸过程中调料的影响，

使得废水pH值波动较大。

（5）温度较高：造纸过程中产生的废水温度较高，对生物处理过程有一定

影响。

2.3废水污染指标

造纸行'也废水的污染指标主要包括以下几项：

（1）化学需氧量（COD）：反映废水中有机物含量的综合指标。

（2）生化需氧量（BOD）：反映废水中有机物生物降解性的指标。

（3）悬浮物（SS）：反映废水中悬浮物的含量。

（4）总氮（TN）和总磷（TP）：反映废水中营养盐的浓度。

（5）色度：反映废水的颜色深浅程度。

（6）pH值：反映废水的酸碱程度。

（7）温度：反映废水的温度特性。

第3章废水预处理技术

3.1物理预处理

物理预处理是造纸行业废水处理的重要环节，主要针对废水中的悬浮物、沉

淀物及部分溶解物进行处理。物理预处理技术主要包括筛选、沉淀、气浮等。

3.1.1筛选

筛选技术是通过特定孔径的筛网，将废水中的纤维、填料等悬浮物截留下来,

以降低后续处理单元的负荷。筛选设备主要包括平板筛、振动筛、旋转筛等。

3.1.2沉淀

沉淀技术是利用重力作用，使废水中的悬浮物沉降到底部，从而实现固液分

离。常用的沉淀设备有平流式沉淀池、竖流式沉淀池、斜板沉淀池等。

3.1.3气浮

气浮技术是向废水中注入微小气泡，使悬浮物与气泡结合，上浮至水面，从

而实现分离。气浮设备主要有溶气气浮、电解气浮、生物气浮等。

3.2化学预处理

化学预处理是通过向废水中投加化学药剂，使废水中的污染物发生化学反

应，从而降低污染物浓度，改善废水水质。化学预处理技术主要包括混凝、中和、

氧化还原等。

3.2.1混凝

混凝技术是向废水中投加混凝剂，使废水中的悬浮物、胶体等污染物聚集成

絮体，便于后续处理。常用的混凝剂有硫酸铝、聚合氯化铝、聚丙烯酰胺等。

3.2.2中和

中和技术是通过向废水中投加酸碱药剂，调整废水的酸碱度，使其达到适宜

的pH值，为后续处理创造条件。

3.2.3氧化还原

氧化还原技术是利用氧化剂或还原剂，对废水中的有机物、重金属离子等污

染物进行氧化还原反应，从而实现去除。常用的氧化剂有氯、过氧化氢、臭氧等。

3.3生物预处理

生物预处理是利用微生物对废水中的有机物进行降解，降低污染物浓度，改

善废水水质。生物预处理技术主要包括活性污泥法、生物膜法、厌氧处理法等。

3.3.1活性污泥法

活性污泥法是将废水和含有微生物的活性污泥混合，通过微生物的吸附、氧

化、分解等作用，去除废水中的有机污染物。

3.3.2生物膜法

生物膜法是利用固定在载体上的微生物膜，对废水中的有机物进行吸附降

解。常用的生物膜工艺有生物接触氧化、生物淀池等。

3.3.3厌氧处理法

厌氧处理法是在无氧或微氧条件下，利用厌氧微生物对废水中的有机物进行

降解。厌氧处理技术主要有厌氧消化、上流式厌氧污泥床等。

第4章废水处理主体工艺

4.1混凝沉淀法

4.1.1原理及特点

混凝沉淀法是利用混凝剂使废水中的悬浮物和胶体颗粒聚集成絮体，通过重

力沉降与水分离的一种处理方法。该方法具有操作简便、处理效果好、适应性强

等优点。

4.1.2混凝剂的选用

根据造纸废水的特点，可选择铝盐、铁盐、聚丙烯酰胺等混凝剂。在实际应

用中，应根据废水水质、处理要求及经济成本等因素综合考虑，选择合适的混凝

剂C

4.1.3沉淀设备

沉淀设备主要有平流式、竖流式、斜板式等。在选择沉淀设备时，应考虑废

水处理量、占地面积、投资成本等因素。

4.2生物处理法

4.2.1原理及特点

生物处理法是利用微生物将废水中的有机物转化为无害物质的一种处理方

法。该方法具有处理效果好、运行成本低、无二次污染等优点。

4.2.2生物处理技术

生物处理技术包括好氧处理和厌氧处理。好氧处理主要有活性污泥法、生物

接触氧化法等；厌氧处理主要有上流式厌氧污泥床反应器（UASB）、厌氧滤池等。

4.2.3影响因素

生物处理效果受温度、用值、溶解氧、污泥龄等因素影响。在实际运行过

程中，需严格控制这些因素，以保证生物处理效果。

4.3膜分离技术

4.3.1原理及特点

膜分离技术是利用半透膜对废水中的溶质和溶剂进行分离的一种方法。该方

法具有分离效果好、操作简便、易于自动化控制等优点。

4.3.2膜材料及膜组件

常用的膜材料有聚碉、聚酸碉、聚偏氟乙烯等。膜组件主要有管式、平板式、

中空纤维式等。选择膜材料和膜组件时，应考虑废水性质、处理要求、投资成本

等因素。

4.3.3运行维护

膜分离技术的运行维护主要包括膜清洗、膜更换、系统监测等。定期进行运

行维护，可保证膜分离效果，延长膜使用寿命。

4.3.4膜分离技术在造纸废水处理中的应用

膜分离技术在造纸废水处理中主要用于预处理、深度处理和回用处理。通过

膜分离技术，可实现市造纸废水的有效处理和资源化利用。

第5章高浓度有机废水处理

5.1厌氧处理技术

5.1.1厌氧消化

厌氧消化是一种在无氧条件下，通过微生物分解有机物产生甲烷和二氧化碳

的废水处理技术。对于造纸行'也高浓度有机废水，厌氧消化具有处理效率高、能

耗低、剩余污泥量少等优点。

5.1.2厌氧生物漉池

厌氧生物滤池是一种固定生物膜反应器，通过附着在填料上的厌氧微生物对

废水中的有机物进行分解。该技术具有占地面积小、抗冲击负荷能力强等特点。

5.1.3厌氧颗粒污泥床

厌氧颗粒污泥床（UASB）技术具有较高的处理能力和有机物去除率，适用于

处理造纸行业高浓度有机废水。颗粒污泥的形成有利于提高反应器的处理效果和

稳定性。

5.2好氧处理技术

5.2.1活性污泥法

活性污泥法是一种广泛应用的好氧废水处理技术，通过好氧微生物分解有机

物，实现废水的净化。针对造纸行业废水特点，可采用改进型活性污泥法，如

A/0、A2/0等工艺，以提高氮、磷去除效果。

5.2.2生物膜法

生物膜法通过附着在填料上的好氧微生物对废水中的有机物进行分解。与活

性污泥法相比，生物膜法具有抗冲击负荷能力强、剩余污泥量少等优点。

5.2.3序批式活性污泥法（SBR）

SBR技术通过序批式运行，实现有机物的去除和污泥的分离。该技术具有自

动化程度高、运行灵活、占地面积小等特点，适用于造纸行业高浓度有机废水的

处理。

5.3生物质能利用

5.3.1甲烷回收

在厌氧处理过程中，产生的甲烷气体具有很高的热值，可用于发电、供热等。

通过收集和利用甲烷气体，既可以减少温室气体排放，又能实现能源的回收。

5.3.2污泥厌氧消化

造纸行业废水处理过程中产生的剩余污泥，可通过厌氧消化转化为生物质能

源。同时厌氧消化可以减少污泥体积，降低处理成本。

5.3.3生物质燃料制备

利用废水中的有机物制备生物质燃料，如生物质颗粒、生物油等，既可以实

现废物的资源化利用，又可减少化石能源的消耗。

5.3.4废水热能回收

在废水处理过程中，可通过热交换设备回收废水中的热能，用于生产过程中

的加热或制冷，提高能源利用效率。

第6章废水深度处理与回用

6.1深度处理技术

废水深度处理技术旨在进一步降低造纸行'也废水中的污染物浓度，以满足日

益严格的排放标准和实现废水资源化利用。本章将重点讨论几种常见的深度处理

技术，包括生物处理、化学氧化、吸附和高级氧化等。

6.1.1生物处理技术

生物处理技术利用微生物的代谢作用降解废水中的有机污染物。针对造纸废

水，可选用好氧、厌氧及好氧厌氧组合工艺。好氧生物处理技术具有运行稳定、

处理效果好等优点；厌氧生物处理技术则具有能耗低、污泥产量低等特点。

6.1.2化学氧化技术

化学氧化技术通过添加氧化剂，使废水中的有机污染物发生氧化分解。常见

的化学氧化剂包括臭氧、过氧化氢、高锈酸钾等。该技术具有处理效率高、操作

简便等优点。

6.1.3吸附技术

吸附技术利用吸附剂对废水中的污染物进行吸附，从而达到净化水质的目

的。活性炭、沸石、硅胶等吸附剂在造纸废水处理中具有较好的应用前景。

6.1.4高级氧化技术

高级氧化技术通过产生具有强氧化性的自由基，对废水中的有机污染物进行

氧化分解。该技术具有处理效果好、无二次污染等优点，适用于难降解有机物的

处理。

6.2膜处理技术

膜处理技术作为一种高效的分离技术，在造纸废水深度处理与I可用方面具有

重要作用。本章将介绍以下几种膜处理技术。

6.2.1微滤(MF)

微滤是一种以压力差为推动力的膜分离技术，可去除废水中的悬浮物、狡体

等污染物。微滤膜孔径较大，通常在0.110微米之间。

6.2.2超滤(UF)

超滤是一种以压力差为推动力的膜分离技术，孔径较小，通常在o.oro.1

微米之间。超滤能有效去除废水中的有机物、微生物等。

6.2.3纳滤(NF)

纳滤是一种介于反渗透和超滤之间的膜分离技术，孔径约为1纳米。纳滤对

废水中的有机物、硬度、色度等具有较好的去除效果。

6.2.4反渗透(R0)

反渗透是一种以压力差为推动力的膜分离技术，孔径最小，通常在0.1纳米

左右。反渗透能实现本废水中的离子、有机物、微生物等的高效去除。

6.3回用途径及水质要求

废水深度处理后的回用途径包括生产用水、城市杂用水、景观用水等。根据

不同回用途径，水质要求如下：

6.3.1生产用水

生产用水对水质要求较高，通常需满足以下要求：C0DW50亳克/升，B0D5

W10毫克/升,SSW10毫克/升,pH值6~9。

6.3.2城市杂用水

城市杂用水水质要求相对较低，需满足以下要求：C0DW100毫克/升，B0D5

W30毫克/升,SSW30毫克/升,pH值6〜9。

6.3.3景观用水

景观用水对•水质要求较低，需满足以下要求：C0DW150毫克/升，B0D5W40

毫克/升,SSW40毫克/升,pH值6〜9。

通过以上深度处理与回用技术，造纸行业废水可实现高效处理与资源化利

用，为我国造纸行业的可持续发展提供有力支持。

第7章造纸废水中的资源回收

7.1碱回收

碱回收是造纸废水处理过程中重要的环节，主要针对碱法制浆产生的黑液进

行处理。碱回收不仅兀以减少环境污染，还能降低生产成本。

7.1.1碱回收工艺

碱回收工艺主要包括蒸发、燃烧和苛化三个过程。蒸发过程将黑液中的水分

去除，燃烧过程将有机物氧化成二氧化碳和水，释放出热能，苛化过程将碳酸钠

转化为氢氧化钠，实现碱的循环利用。

7.1.2碱回收设备

碱回收设备主要包括蒸发器、燃烧炉和苛化器等。目前国内碱回收技术已经

较为成熟，设备功能稳定，能够满足造纸企业的需求。

7.2纤维素回收

纤维素是造纸废水中的重要成分，回收纤维素不仅可以减少资源浪费，还能

降低废水处理难度。

7.2.1纤维素回收工艺

纤维素回收工艺主要包括筛选、浓缩和絮凝等步骤。筛选过程将废水中的纤

维素颗粒分离出来，浓缩过程提高纤维素浓度，絮凝过程使纤维素颗粒聚集成较

大颗粒，便于后续处理。

7.2.2纤维素回收设备

纤维素回收设备主要包括振动筛、离心机、絮凝剂添加装置等。这些设备能

有效提高纤维素的回收率，降低废水中的悬浮物浓度。

7.3污泥资源化利用

造纸废水处理过程中产生的污泥具有较高的有机物含量，可通过多种途径实

现资源化利用。

7.3.1污泥焚烧

污泥焚烧是一种常见的处理方法，通过焚烧将有机物转化为二氧化碳和水，

同时释放出热能。焚烧后的灰渣可用于建筑材料或农业利用。

7.3.2污泥堆肥化

污泥堆肥化是将污泥与农业废弃物混合，通过微生物作用降解有机物，形成

有机肥料。这种肥料可应用于农田，提高土壤肥力。

7.3.3污泥制生物质能源

利用污泥中的有机物制备生物质能源，如生物质颗粒、生物油等，可减少化

石能源消耗，降低环境污染。

通过以上措施，造纸废水中的资源得到了有效回收和利用，有助于提高造纸

行业的可持续发展水平。

第8章造纸废水处理设施设计

8.1设施规模与布局

8.1.1废水处理规模

根据造纸企业生产规模、废水产生量及排放标准，确定废水处理设施的规模。

综合考虑企业发展规划、生产负荷变化等因素，保证处理设施具有一定的规模适

应性和扩展性。

8.1.2废水处理流程

结合造纸废水特点，采用预处理、生化处理、深度处理和污泥处理等工艺，

保证废水处理效果。具体流程如下：

(1)预处理：包括格栅、沉砂池、调节池等，去除悬浮物、泥沙等杂质，

保证后续处理单元稳定运行。

(2)生化处理：采用好氧生化处理技术，如活性污泥法、生物膜法等，降

解有机污染物。

（3）深度处理：采用高级氧化、吸附、膜分离等技术，进一步去除难降解

有机物和氮磷等营养物质。

（4）污泥处理：对产生的污泥进行浓缩、调理、脱水等处理，降低污泥含

水率，实现资源化利用。

8.1.3设施布局

综合考虑地形、地貌、风向等因素，合理布局预处理、生化处理、深度处理

和污泥处理等设施。保证设施之间交通便利，降低运行成本，同时减少对周边环

境的影响。

8.2主要设备选型

8.2.1预处理设备

（1）格栅：选用自动冲洗型格栅，去除废水中的悬浮物。

（2）沉砂池：采用旋流式沉砂池，去除泥沙等颗粒物八

（3）调节池：采用地下式调节池，调节水质、水量，保证后续处理单元稳

定运行。

8.2.2生化处理设备

（1）活性污泥法：选用鼓风曝气式活性污泥法，降解有机污染物。

（2）生物膜法：采用生物滤池、生物转盘等设备，提高废水处理效果。

8.2.3深度处理设备

（1）高级氧化：采用臭氧氧化、Fenton氧化等技术，去除难降解有机物。

（2）吸附：选用活性炭吸附设备，去除废水中的有机污染物。

（3）膜分离：采用超滤、纳滤、反渗透等膜分离技术，实现废水的深度处

理。

8.2.4污泥处理设备

（1）浓缩：选用污泥浓缩机，降低污泥含水率。

（2）调理：采用絮凝剂调理设备，改善污泥脱水功能。

（3）脱水：选用板框压滤机、离心脱水机等设备，实现污泥的脱水处理。

8.3自动化控制系统

8.3.1系统构成

自动化控制系统主要包括数据采集、过程控制、监控与报警、远程控制等功

能模块。

8.3.2控制策略

采用PID控制、模糊控制、自适应控制等策略，实现废水处理设施的稳定运

行。

8.3.3监控与报警

对废水处理设施的运行状态、设备参数、水质指标等进行实时监控，发觉异

常情况及时报警，保证设施安全、高效运行。

8.3.4远程控制

通过远程控制平台，实现对废水处理设施的远程监控、故障诊断和运行优化,

提高管理效率。

第9章造纸废水处理工程实例

9.1实例一：某大型造纸企业废水处理工程

9.1.1项目背景

某大型造纸企业位于我国南方某省份，年产各类纸品100万吨。在生产过程

中，产生了大量的废水和废渣，对环境造成了较大压力。为响应国家环保政策，

企业决定对废水进行处理及资源化利用。

9.1.2废水处理工艺

本项目采用预处理生化处理深度处理资源化利用的工艺路线。具体包拈：

(1)预处理：采用格栅、沉砂池等设备，去除废水中的悬浮物、沉淀物等;

(2)生化处理：采用A2/O、SBR等工艺，降解有机物，去除氮、磷等污染

物；

(3)深度处理：采用活性炭吸附、膜