化学机械浆高浓废水经济性处理工艺.pdf

工程 生产 实践中国造纸 2023 年第 42 卷 第 7 期化机浆废水化学机械浆高浓废水经济性处理工艺王长建1 朱宏伟2 唐珲军2 邹志勇3 孙长亮3（1.中国纸业投资有限公司，北京，100101；2.岳阳林纸股份有限公司，湖南岳阳，414000；3.中冶纸业银河有限公司，山东聊城，252600）摘要：本课题分析了化学机械浆废水厌氧-好氧-深度处理的传统工艺在稳定运行方面面临的挑战，以及化学机械浆高浓废水零排放工艺应用存在问题，提出了一种化学机械浆高浓废水经济性处理工艺，并对工艺实践中的注意事项、效益进行了总结。结果表明，化学机械浆高浓废水经该经济性处理工艺处理后，某企业可节约1147万元/a。关键词：化学机械浆；高浓废水；零排放；经济性中图分类号：X793 文献标识码：A DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2023.07.019Economic Treatment Process of High Concentration Wastewater from Chemical-mechanical PulpWANG Changjian1，*ZHU Hongwei2 TANG Huijun2 ZOU Zhiyong3 SUN Changliang3（1.China Paper Investment Co.，Ltd.，Beijing，100101；2.Yueyang Forest Paper Co.，Ltd.，Yueyang，Hu nan Province，414000；3.MCC Paper Galaxy Co.，Ltd.，Liaocheng，Shandong Province，252600）（*E-mail：）Abstract：The faced challenges of traditional process of anaerobic-aerobic-depth treatment of chemical-mechanical pulp wastewater in stable operation were analyzed in this paper，as well as the problems that existed in the application of the zero-discharge process for chemical-mechanical pulp high concentration wastewater.An economic treatment process of high concentration wastewater from chemical-mechanical pulp was proposed，and the considerations and benefits in process practice were summarized.The results showed that the company could save 11.47 million yuan/a after the high concentration wastewater from chemieal-mechanical pulp treated by economie treatenent process.Key words：CTMP；high concentration wastewater；zero-discharge；economy化学机械浆（简称化机浆）为高得率浆，主要通过温和的化学预处理、高效的磨浆与漂白处理成浆，与化学浆生产工艺相比，其具有原料适应性广、纸浆得率高、流程紧凑、投资较低等优点，在国内外造纸企业得到了广泛应用。2017年，我国化机浆产量达700万t以上1，近年来国内也有较多的化机浆新产能相继投产或已列入规划。中国纸业投资有限公司（以下简称中纸投）下属的岳阳林纸股份有限公司（以下简称岳阳林纸）、中冶银河纸业有限公司均配套建设多条化机浆生产线，在文化用纸、包装用纸的生产中均掺配了大量的化机浆。1 化机浆废水传统处理工艺及挑战化机浆废水具有较高的温度，通常为5070，具有很高的污染物负荷，CODCr含量一般在10000 mg/L左右，最高时甚至可以超过15000 mg/L，与化学浆废水相比，更难处理。当前国内造纸企业大多采用厌氧处理+好氧处理+深度处理相结合的处理工艺（简称传统处理工艺）来处理化机浆废水，处理后的水质可以满足制浆造纸工业水污染物排放标准（GB 35442008）的限值要求，其典型流程见图1。化机浆废水传统处理工艺成功的关键是要确保厌氧处理系统持续稳定且高效运行。在实际运行中，很多因素会影响厌氧处理效率，如废水本身的毒性、水量、温度等，特别是夏季时系统温度的升高会抑制甲烷菌的活性，使厌氧处理效率下降。化机浆废水传统作者简介：王长建先生，硕士，高级工程师；主要从事制浆、碱回收及废水处理等工艺技术的研究。收稿日期：2023-02-01（修改稿）165China Pulp&Paper Vol.42，No.7，2023工程 生产 实践处理工艺的稳定运行还面临以下挑战。1.1化机浆产量提升造成超负荷运行提高化机浆配比会赋予纸张更高的松厚度，符合纸张低定量、高松厚度的发展趋势，同时由于化机浆的成本更具优势，各造纸企业都致力于持续提升化机浆配比，由此导致化机浆需求量上升，推动生产线超产运行，化机浆高浓废水的排放量增加，打破原有浆水平衡，破坏厌氧系统运行的稳定等问题。1.2化机浆产品质量提升带来的挑战化机浆配比的提升，特别是在文化用纸中配比的提升，对化机浆本身的质量提出了更高的要求，如具有更高的白度、更好的强度等，这需要加强对纤维原料的化学预处理，使用更多的碱和过氧化氢，溶出更多木质素、抽出物等物质，会增加废水的 CODCr含量、毒性，加大废水处理难度，冲击厌氧系统运行的稳定性。1.3化机浆原料多样化带来的挑战国内化机浆在设计时大多以杨木为原料，随着化机浆总产能增加，杨木已无法满足生产需求，原料多样化成为化机浆持续生产的必然选择。如岳阳林纸通过技术攻关，已实现原设计以杨木为主要原料的化机浆生产线的零杨木原料生产。不同的纤维原料在化机浆生产时因抽出物含量不同，其产生的废水会表现出不同的生物毒性，如桉木化机浆废水的毒性大于杨木化机浆废水的毒性2。因此，原料多样化会带来废水污染特性的变化，从而对厌氧系统的稳定运行带来较大的不确定性。2 化机浆高浓废水零排放工艺及问题20世纪80年代，国外提出了化机浆废水零排放概念2。实现化机浆废水零排放的关键是要采用高效的蒸发装备将废水固形物含量提至45%及以上，再送入碱回收炉焚烧3。由于具有显著的减排效益和占地少的优点，随着MVR等高效蒸发浓缩技术的进步，化机浆废水零排放工艺在国内外造纸企业中逐步得到应用与推广4，但目前在应用和推广方面仍存在以下问题。（1）设备一次性投资大。化机浆废水零排放工艺的设备一次性投资是传统处理工艺的2倍以上。（2）碱回收成本高。由于化机浆废水中固形物含量低，一般在 1.5%2%，含碱量也低，与化学浆黑液碱回收过程相比，化机浆废水提浓过程需要消耗更多的电力、蒸汽等能源，碱回收成本高2。（3）需要配套独立碱回收系统。APMP化机浆工艺用碱中不能含硫，而化学浆一般采用硫酸盐法制浆，回收碱中含有硫化钠，即使对回收碱进行白液氧化处理，仍会含有一定浓度的硫化钠，不能回用到APMP制浆过程中。因此，化机浆高浓废水零排放工艺一般需要配套独立的碱回收系统，这也是设备一次性投资高的原因之一。对于已采用传统处理工艺的企业，为改善化机浆废水处理稳定性而改用零排放工艺的可能性极小，必须另寻应对措施。虽然存在上述问题，但随着国家对节能减排的要求越来越高，当前新建的化机浆生产线在选择配套废水处理工艺时，通常会优先考虑高浓废水零排放工艺。3 化机浆废水经济性处理工艺、适用条件及优点中纸投系统内相关企业的化机浆废水均采用传统处理工艺，在实际运行中，厌氧系统运行状态受化机浆产量、品质及原料种类等因素的影响。因此，必须对厌氧运行状态和参数进行及时、全面的监控才能确保系统稳定运行。3.1化机浆高浓废水经济性处理工艺结合行业相关经验4，通过对化机浆、化学浆生产系统的综合分析，本课题创新性地提出一种化机浆 化机浆高浓废水 格栅 斜网 初沉 预酸化水厌氧好氧 二沉 深度处理 达标排放 污泥半干化 掺烧、制砖等综合利用 厌氧污泥外售 沼气焚烧 污泥浓缩图1国内化机浆废水传统处理工艺的流程图Fig.1Flow diagram of domestic CTMP wastewater traditional treatment process166工程 生产 实践中国造纸 2023 年第 42 卷 第 7 期高浓废水经济性处理工艺，即选择将化机浆废水中浓度最高的部分送到化学浆生产线，替代部分热水用于化学浆的洗涤，进而通过多段逆流洗涤，进入化学浆黑液，送往化学浆黑液碱回收系统，实现以极低的成本解决部分化机浆高浓废水的处理。具体工艺流程如图2所示。化机浆高浓废水经济性处理工艺可有效结合化学浆生产流程，将化机浆废水中高浓部分经过化学浆提取工段的洗浆机浆层，经多级过滤后转化成化学浆黑液，再送入碱回收车间处理。此工艺具有以下优点。（1）高浓废水的平均温度一般在60 以上，可以替代热水用于化学浆洗涤，降低化学浆的水耗，使吨浆水耗下降45 m3。（2）高浓废水的平均CODCr含量一般在10000 mg/L以上，部分高浓废水回用到化学浆后，相应地可以减少厌氧处理负荷，使进入厌氧系统的CODCr负荷下降20.5 t/d，相当于厌氧系统设计负荷的15%。特别是在厌氧系统运行状态不佳时，可以通过临时加大送至化学浆回用的高浓废水量，调节厌氧系统的进水负荷，为厌氧系统的快速恢复创造条件。（3）高浓废水中细小纤维含量一般为150 mg/L，经过化学浆洗浆机浆层过滤，滤液中的细小纤维含量降至30 mg/L。因此，该工艺可以有效回收高浓废水中的纤维，减少浆料流失。（4）高浓废水中约 60%固形物转移进入黑液，使黑液固形物含量提高约5%，固形物中的碱可以通过碱回收系统回收。经统计，在高浓废水中回收的碱量可达化机浆用碱量的40%以上。（5）污冷凝水回用于化机浆木片原料的洗涤，可以充分发挥污冷凝水碱性、高温等特性，强化木片预处理效果，对降低化机浆用碱量和磨浆能耗有一定的促进作用。3.2运行中需注意的事项化机浆高浓废水经济性处理工艺将高浓化机浆废水用于化学浆洗涤，会影响化学浆的品质，使化学浆树脂含量上升，中纸投系统内某企业对此进行检测，结果如表1所示。从表 1 可见，在采用化机浆高浓废水作洗涤水后，化学苇浆的树脂含量由原来的 1.02%上升到3.04%，但在实际运行中，通过在化学浆生产线上添加适量的树脂分散剂，可以使化学浆树脂含量恢复到正常水平。由于化学浆树脂含量的增加，受化机浆原料种类、高浓废水占洗涤水比例等因素的影响，在实际运行中，还要特别注意以下3点。（1）当纤维原料配比发生变化时，要加强对浆料树脂含量的检测，并根据检测结果及时调整树脂分散剂的用量。（2）化机浆高浓废水在洗涤水中的占比要结合实际生产进行确定。（3）该工艺适合在本色化学浆线中应用，但在漂白化学浆线中应用需要慎重评估，因为高浓废水含有的纤维属于高得率浆纤维，含有大量的木质素，漂白难度较大。3.3经济性分析化机浆高浓废水经济性处理工艺既可以降低企业整体水耗，减少废水排放量，同时也可以降低废水处 化机浆高浓废水 化学浆热水槽 化学浆逆流洗涤 化学浆黑液 黑液蒸发 蒸发冷凝水回用于化机浆木片洗涤 碱回收炉焚烧苛化 回收碱送化学浆回用 图2化机浆高浓废水经济性处理工艺流程图Fig.2Flow chart of economic treatment process highly concentrated wastewater from CTMP表1化机浆高浓废水经济性处理工艺对化学浆树脂的影响Table 1Effect of the economic treatment process of the highly concentrated wastewater from CTMP on the chemical pulp resin样品常规化学苇浆使用化机浆高浓废水洗涤后的化学苇浆树脂含量/%1.023.04注 化机浆以杨木为原料，化学苇浆为本色苇浆。167China Pulp&Paper Vol.42，No.7，2023工程 生产 实践理系统的负荷和成本，还可以回收化机浆高浓废水中的纤维及碱，兼顾经济效益与节能减排效益。某企业化机浆能产20万t/a，本色化学浆15万t/a，将70万m3/a化机浆高浓废水采用经济性处理工艺送至化学浆线进行处理，可降耗增效约1147万元/a，经济效益分析如表2所示。4 结论4.1 化学机械浆高浓废水经济性处理工艺适用于化学机械浆废水已配套厌氧处理+好氧处理+深度处理系统，同时又拥有化学浆生产线，特别是本色化学浆生产线的企业。4.2 采用化学机械浆高浓废水经济性处理工艺具有显著的经济效益和环保效益，既可以减少高浓废水的排放量，减少总排水的全盐量，节约清水，又能因回收纤维和碱产生可观的经济效益，可降低成本约1147万元/a。参考文献1 房桂干，沈葵忠，李晓亮.中国化学机械法制浆的生产现状、存在问题及发展趋势 J.中国造纸，2022，39（5）：55-62.FANG G G，SHEN K Z，LI X L.Production Status and Development Trend of Chemi-mechanical Pulping in ChinaJ.China Pulp&Paper，2022，39（5）：55-62.2 房桂干.我国化机浆废水处理技术的发展 C/第二届中国林业学术大会Sll木材及生物质资源高效增值利用与木材安全，制浆造纸用木材资源研讨会论文集，2009：576-583FANG G G.Development of high-yield pulping effluent treatment in China C/The second Forestry Academic Congress-Sll Efficient value-added utilization of wood and biomass resources and wood safety，2009：576-583.3 乔军，安庆臣，应广东.化学机械浆浓废水零排放技术的研究J，华东纸业，2014，45（6）：43-46.QIAO J，AN Q C，YING G D.Study on Zero Discharge Technology of Chemi-mechanical Thick WastewaterJ.East China Pulp&Paper Industry，2014，45（6）：43-46.4 宋士昌，房桂干，施英乔.化学机械浆制浆废液实现零排放的可行性探讨 C/中国造纸学会第十五届学术年会论文集，2012：358-359.SONG S C，FANG G G，SHI Y Q.Research and Prospect for the Possibility to Use the Evaporation and Chemical Recovery Process for the Effluent Treatment from the Chemi-mechanical Pulp Manufacturing Process C/Proceedings of the 15th Annual Academic Conference of the Chinese Paper Society，2012：358-359.CPP（责任编辑：杨苗秀）表2化学机械浆高浓废水经济性处理工艺经济分析Table 2Economic analysis of the economic treatment process of highly concentrated wastewater from CTMP指标清水/万m3废水/万m3回收碱/t回收浆/t合计数量70702400105单价/元0.55.030004000效益/万元35350720421147注 化机浆高浓废水纤维含量按150 mg/L计；回收碱单价以外购商品碱单价计。168