资源描述
造纸废水治理
制浆造纸行业生产排放废水的主要特点是耗水量大、废水污染物浓度高。目前国内许多制浆造纸企业均建成了废水处理设施,但由于设计、工艺、运行和管理等方面均存在着一定的问题,导致许多废水治理工程的处理和净化效果并不理想,一些治理工程甚至无法进行正常稳定运转、达标排放。
造纸废水处理途径一般情况:一是造纸污水单独处理后排放,二是造纸污水预处理后进入城市污水处理厂。污水处理对于排污企业来讲是很陌生的,他们对于什么废水,采用什么工艺处理并不了解,所以他们会选择将污水的问题交给环保企业来处理。那去哪儿找环保企业,这些企业的实力、资质怎么样?污水处理的成本等又成为了排污企业的问题。很多排污单位痛下决心花巨资建设污水处理站,但建成后却发现污水处理成本太高,导致造价昂贵的设施成为摆设。
更有排污企业因为没有找到合适的技术工艺、有经验和实力的环保企业,导致设施建成后污水却不能处理达标;笔者建议对污水处理工艺不太了解的排污企业,最好先通过像污水宝那样的污水项目服务平台去寻找环保公司,能对比多家具有同类废水处理经验的环保企业,多接触几家再做决定,看看企业提供的技术、案例以及报价等进行选择;毕竟货比三家是有道理的。排污企业可以打开污水宝的网站提交废水数据,会有能处理该废水的环保企业与之联系,并可以做挑选。污水管网较完善地区的排污企业会选择污水排入城市污水处理厂一同处理,污水厂都有一定的接管标准,有的企业也会选择将污水预处理后排入城市污水处理厂。
一、造纸行业污染物排放特点
我国造纸行业污染物排放有以下几个特点:一是行业排放量大,产污量大。二是不同类型的企业产排污情况差异极大,不同的原材料、不同的制浆工艺,其生产废水中COD 的浓度会有几倍到几十倍的差异,治污工艺也会相差甚远。三是我国造纸企业以及其污染物排放带来的环境压力从区域上较为集中,从造纸的产量上来看,超过七成的产量来自于东部,中部地区约占两成;从COD 的产生量来看,山东、浙江、广东、江苏、河南和河北6 省造纸企业COD 的产生量就超过了全行业的70%。四是小型造纸企业的环境危害更大。小型造纸企业由于缺乏规模效益,单位产品治污成本高,一些企业存在治污设施不完善或有完善的治污设施也不能坚持长期稳定运行的问题。
二、造纸废水治理情况
在制浆造纸生产过程中,废水污染物主要产生于蒸煮废液、中段废水和造纸白水,其中蒸煮废液的污染负荷约占全部制浆造纸废水的 80%以上,其次是中段废水。由于造纸废水中的污染物成分复杂、浓度高,因此只能通过多种组合技术进行污染治理,制浆造纸废水的污染控制方法主要有物理法、化学法、生物法和物理化学法等。
我国制浆造纸废水治理起步较晚,90年代中期才取得较大进展,随着国家环保管理力度的加大以及制浆造纸行业污染控制技术的提高,形成一系列成熟的制浆造纸清洁生产及废水治理技术。制浆造纸废水源头治理和末端治理相结合的工艺路线已经得到共识,国内废水治理工艺和治理效果取得显著提高,与国外的差距缩小,有的方面还处于领先水平。从调研情况看,国内骨干制浆造纸加工企业环保意识较强,都建有较完善的废水治理系统,处理效果较好。
随着我国制浆造纸工业多年来结构调整和清洁生产的推广,新工艺、新材料和新设备的不断开发和投入,使制浆造纸工艺的用水量及水污染物发生量明显下降,但循环用水率的提高也使废水中各类污染物质的浓度增加,现阶段最突出的问题是废水的COD浓度高且生化性差,生化处理后的废水色度高,废水中性盐含量较大,这些都大大增加了废水处理的难度和资金的投入。
目前制浆造纸废水治理技术已比较成熟,基本工艺流程是源头治理与末端治理相结合。如碱法化学浆企业基本都采用碱回收技术处理造纸黑液、好氧生化技术处理综合废水的工艺路线,其中的好氧生化处理大多采用完全混合活性污泥处理工艺,根据原水水质情况部分企业在好氧生化前采用水解预处理降低进入好样单元的污染负荷;生产化机浆的企业各工序废水经源头治理(纤维回收)和充分回用后,剩余部分排入末端治理系统,末端治理采用厌氧-好氧处理工艺,其中的厌氧单元多采用IC反应器、UASB反应器等形式,好氧单元采用完全混合活性污泥技术;废纸浆企业根据综合废水水质情况多采用混凝沉淀(气浮)-好氧生化、厌氧(水解)-好氧生化处理技术;商品浆造纸企业废水经源头治理(纤维回收)和充分回用后,剩余部分多采用好氧生化处理技术。随着新修订《制浆造纸工业水污染物排放标准》(GB3544)的加严,国内制浆造纸企业大多在生化处理后新增了深度处理措施,行业内采用较多、运行稳定的技术主要有混凝沉淀和Fenton氧化技术,这两种技术均取得了较好的效果。
表2 调研企业末端治理典型治理工艺
序号
原料及产品结构
工 艺 流 程
1
木浆生产
格栅→提升1→初沉→调节池→水解→选择池→曝气池→二沉池→提升2→气浮→过滤
2
碱法草浆生产文化用纸
格栅→提升→初沉→调节→提升→氧化沟→二沉→混凝沉淀
3
碱法蔗渣浆生产瓦楞纸
格栅→提升→水解→接触氧化→二沉→混凝沉淀→过滤
4
化机浆生产
格栅→提升1→初沉→提升2→冷却→预酸化→IC反应器→活性污泥→二沉→混凝沉淀
5
废纸浆生产瓦楞纸或箱板纸
格栅→提升→纤维回收→预沉→混凝沉淀→水解→接触氧化→二沉→过滤
6
废纸浆生产白卡纸
格栅→提升→纤维回收→初沉→氧化沟→二沉→混凝沉
7
废纸、杨木化机浆生产新闻纸
格栅→斜筛→提升1→初沉→调节→提升2→冷却→提升3→厌氧接触池→中沉→选择池→曝气池→二沉池→pH调节池→提升4→fenton反应池→反应沉淀池
8
废纸浆生产生活用纸
格栅→提升→纤维回收→沉淀→浅层气浮→氧化沟→二沉池→过滤
9
商品浆生产文化纸等
格栅→提升→纤维回收→初沉→选择池→曝气池→二沉→混凝沉淀
10
商品浆生产特种纸
斜筛→调节池→预沉池→曝气池→二沉池→反应沉淀→过滤→活性碳吸附
制浆造纸废水主要工艺流程包括源头治理和末端治理两部分,其中的末端治理系统包括一级、二级和深度处理单元,各级处理工艺的选择应根据实际水质情况和处理要求,经分析论证后具体确定,典型制浆造纸废水源头治理工艺流程见图2,末端治理工艺流程简图3。
图2 源头治理工程工艺流程
图3 末端治理工艺流程
三、废水水量
(1) 单位产品废水量
纸实际上是一层纤维,再添加大量化学药剂,添加的化学药剂会影响这层纤维的属性和品质。造纸所用的纸浆可以通过化学或机械方式从原生纤维中制成,也可以通过再生纸重新制浆的方式制成,造纸厂可以简单地购买别处生产的纸浆,也可以与同一地点的制浆流程整合在一起。
由于采用的原料,使用的制浆造纸方法制得的浆粗得率、纸浆的属性不同,制浆造纸企业新鲜水消耗量和废水排放量均有较大的差异,另外,企业的清洁生产水平和工艺条件等也是影响单位产品废水量的重要因素。一般来说,非木材原料高于木浆原料废水排放量,化学浆高于机械浆废水排放量,原生纤维浆高于再生纸浆废水排放量,自产浆高于外购浆废水排放量,清洁生产水平低高于清洁生产水平高的废水排放量。表3为二十世纪八、九十年代国外部分制浆造纸工艺污染物排放情况统计值,表4为部分调研企业废水排放情况统计值。
表3 国外部分制浆造纸工艺单位产品废水污染物排方情况
工艺
废水量/m3
COD/kg
BOD/kg
TSS/kg
TKN/kg
TP/kg
机械浆(GWP)
10-15
15-32
8-15
机械浆(TMP)本色
10-30
40-60
15-25
10-40
0.1
0.01
机械浆(TMP)漂白
10-30
50-120
20-30
10-40
0.5
0.06
化机浆(CTMP)本色
10-15
70-120
30-45
20-50
0.1
0.01
化机浆(CTMP)漂白
10-15
100-180
40-60
20-50
0.5
0.06
中性亚硫酸盐法半化学浆
20-80
30-120
3-10
0.15-5
0.04-1.0
硫酸盐碱法制浆本色
40-60
40-60
8-20
10-20
0.3-0.5
0.04-0.09
硫酸盐碱法制浆漂白
60-90
100-140
20-40
10-40
0.2-0.6
0.08-0.12
表4 部分调研企业废水排方情况
企业
序号
原料
产品
废水量m3/t产品
COD
Kg/t产品
SS
kg/t产品
氨氮
g/t产品
TP
g/t产品
1
麦草
化学草浆
182
83
553
79
182
2
杨木
化学木浆
37
59.2
37
185
37
3
脱墨废纸、杨木
新闻纸
8.5
29.8
13.6
85
4.25
4
棉杆
化机浆
20
170
34
160
30
5
杨木
化机浆
19
133
28.5
114
19
6
脱墨废纸、商品浆
白卡纸
23.5
29.4
27
117.5
11.8
7
商品浆
涂布纸
20
36
18
60
10
8
商品浆
文化纸
15
21
9.8
30
7.5
9
脱墨废纸浆、商品浆
文化纸
20
29
16
80
20
10
废纸浆
箱板纸
6
17.4
7.8
72
9
近年来国内制浆造纸行业污染控制措施得到较大的发展,单位产品废水排放量明显下降,但到目前为止,与发达国家相比,现有企业废水排放量差别较大,总体水平仍然较高,如每生产1t化学木浆排放废水20-80m3,非木浆60-160m3,每生产1t化机浆废水排放量约为10-40m3,每生产1t脱墨浆废水排放量10-70m3,无脱墨的废纸浆废水量8-40m3,而由纸浆每生产1t纸约排放8-60m3。
为此,国家出台了多项控制行业水资源消耗及废水污染排放的标准和措施,表5为国内关于制浆造纸行业耗水指标及废水排放标准中的废水排放指标。
表5 国内部分制浆造纸行业相关耗水及排水量标准
考虑到现阶段企业排水现状及国家标准中的相关要求,本标准规定了单位产品生产废水量的取值范围,其中的高值依据行业现有规模企业平均排放水平,低值参照相关标准的要求并借鉴了《欧盟纸浆与造纸业最佳可行技术》中的数据,具体数据见标准文本中的表1。当企业吨产品废水排放量大于表中上限值时,应首先考虑采取清洁生产和源头治理等措施,降低吨产品废水量;当企业吨产品废水排放量在表中范围内时,若为了进一步满足相关标准的排水定额要求,应在优化原料和产品结构、强化清洁生产和源头治理措施的基础上,积极考虑末端处理后废水的深度处理和回用途径。
(2)单位产品各生产工序废水量
制浆造纸生产排水工序主要包括:备料、蒸煮、浸渍、提取、筛选、漂洗、浆料除渣、蒸发、过量白水、冷却和密封、装置的偶然排放等环节,各工段的废水污染物组成情况见表6。
表6 制浆造纸各工段的废水污染物组成及来源
a) 备料废水
原木备料废水中含有一定量的木材抽出物成份,他们以溶解胶体物质的形式存在,是废水重要的毒性来源,采用封闭循环系统是一种较彻底的方法,但会造成污染物的积累,必须对循环水处理,循环程度的大小决定了废水排放量的高低。
我国广泛应用的非木材原料有麦草、稻草、蔗渣、竹子和芦苇等。其中的草类原料的备料可采用干湿法备料,即在原有干法备料的基础上,为防止大气污染,在集尘和除尘设备中增设对排风的喷淋装置,再对喷淋后的废水进行澄清、净化后回用或排入末端治理系统;蔗渣备料的主要目的在于尽量除去其中的蔗髓,我国蔗渣除髓多采用干法,该法备料过程中一般不对水体产生显著污染,而湿法除髓的水污染较大,采用废水循环可显著降低污水排放量。表7为备料工序的排污统计值。
表7 备料工序废水污染物排放情况
考虑到现阶段企业排水现状及行业发展趋势,备料废水基本上在木浆0-5m3,非木浆2-20m3的范围内。
b) 化学制浆废水
① 蒸煮废液
据统计,每生产1t碱法草浆约排放废液10-12m3,其特征是pH为11-13,BOD为34500-42500mg/L,COD为106000-157000mg/L,SS为23500-27800mg/L,木浆排水量略低;亚硫酸盐制浆厂的蒸煮废液总量与碱法制浆相当,每生产1t制浆一般在排放废液10m3以上,但制浆总废水量比现代化减法制浆厂的高,原因是该工艺水循环率较低。
②洗选漂废水
洗选漂废水主要包括洗选废水、漂白废水及制浆各个流程部门产生的溢流水等。
由于常规化学制浆工艺洗选废水流失量较高,而漂洗废水水质和制浆废液差距大,不能全部回用于蒸煮和提取工段,也不能与制浆废液一起进行化学品回收,通常情况下这些废水与处理后的制浆废液混合后排入末端治理系统,因此,应单独考虑洗选漂废水的排放情况。而对于其他几种制浆工艺,由于洗选漂废水可以通过逆流洗涤的方式最终在制浆系统前段排放,可全部作为制浆废水统一考虑,不必单独列出。
洗选废水:根据《欧盟纸浆与造纸业最佳可行技术》,对于较先进的化学木浆生产线,通过最终阶段的挤压洗涤,可以将水量从每吨纸浆6-10m3减少到2-3m3,使漂前低浓度的洗选废水不外排。目前国内的化学制浆企业大多由于制浆设备和管理水平的不同产生或多或少的洗选废水,其废水排放量与生产工艺设备关系较大,如采用低浓筛洗设备的企业,其废水排放量每吨浆能多产生20-40m3洗选废水。因此应加强筛选系统用水的封闭措施,这是提高洗涤效率、减少废水排放量的有效途径。据统计国内这部分废水排放量木浆一般在0-5m3,非木浆一般在0-40m3。
漂白废水:在化学制浆厂中,漂白设备是最重要的废水污染物排放点。如果漂白废水可以回用到粗浆洗涤系统,就能大大地减少排放到水中的有机物、营养剂和金属的量。但由于在所有氧化漂白中会形成了大量草酸,当使用碱性滤液洗涤来自酸性阶段的纸浆或与溶解了钙的酸性滤液混合时,存在固态草酸钙沉淀的风险,漂白系统滤液回收程度越高,沉淀或结垢的风险越大,另外氯化物含量的增加也会造成工艺设备腐蚀的风险。因此根据《欧盟纸浆与造纸业最佳可行技术》,目前尚不能将漂白设备的排放进一步降低到5m3/t以下,对于常规碱法化学木浆工艺,通常漂白产生的废水量为每吨纸浆20-40m3,ECF和TCF设备目前都已实现了漂白设备的部分水循环,与传统漂白工艺相比,COD的量减少了25-50%,流量减少得更多,每吨纸浆废水排放量达到5-10m3。我国纸浆原料较多,不同原料废水排放量有所差别,且由于生产工艺、设备及日常管理等方面的原因,这部分废水排放量较大,木浆一般在15-40m3,非木浆一般在30-75m3。
制浆各个环节产生的溢流水:纤维和黑液的溢出物会出现在蒸煮设备、过滤设备及洗涤期间,蒸发设备和槽中也会产生溢出物,苛化期间,会产生白液、稀液、石灰等的溢出物。如果清洁的冷却和密封水是分开地通过管道流出,配备有足够的缓冲容积,选择正确的封口,限制机械部件(例如泵)的泄漏,且保持良好的内务操作,理论上可以将溢出物排放减少到零。溢出物收集的改进不仅可减少废水排放,而且能再利用化学品、纤维、能量等一些有价值的资源。根据《欧盟纸浆与造纸业最佳可行技术》,通常各个流程部门产生的溢流废水量为每吨纸浆3-8m3,国内各流程漏失的废水量较多,据调研统计,木浆一般在5-10m3/t,非木浆一般在10-25m3/t。
c)机械浆和化机浆废水
大多数机械制浆厂都是纸浆造纸联合企业,制浆流程中,水系统通常循环率很高,以便维持较高的流程温度。同时,来自造纸厂的过量净化水通常可用来补偿随纸浆(每吨纸浆 5-10 m3)和筛渣离开回路的水,淡水仅用于密封和冷却,因此废水排放量较低。
根据《欧盟纸浆与造纸业最佳可行技术》,在机械制浆流程中,通过使用严格的逆流水系统(即清洁洗涤水用于最后的压洗机,并被引到纤维流动方向,来自第一个压洗机的高度污染的滤液被运送至废水处理,密封和冷却水被收集起来,用作工艺用水),可使每吨纸浆清水消耗量控制在10-15m3范围内,废水排放量约为8-13m3/t,另一方面,通过使用混凝/浮选设备对第一洗涤阶段的白水进行内部处理,可将耗水量降至5-10m3/t 范围内,废水排放量约为4-8m3/t。对于单纯制浆的企业,由于没有白水进行循环利用,制浆过程中需引入清水,废水排放量会适当降低,如仅使用亚硫酸氢盐作为漂白剂的TMP纸浆厂,废水排放量为 3-4 m3/t(未包含造纸机)。
化机浆废水量较机械浆略高,根据《欧盟纸浆与造纸业最佳可行技术》,每吨纸浆需要消耗大约15-50m3清水,废水排放量约为12-45m3/t,较好的水平是12-20m3/t。据调研资料,我国机械浆产量较低,不同企业生产工艺差距较大,废水排放量一般在5-20m3/t,近年来新上的以木材为纤维原料的化机浆生产系统工艺较先进,废液排放量约为10-30m3/t浆,非木材原料排放量略高。
d) 废纸制浆废水
废纸制浆工艺可分为两类:一是不含机械清洗(即脱墨)的过程,其产品包括废纸挂面箱纸板、瓦楞原纸、非涂布纸板和盒用纸板,二是包含机械清洗(即脱墨)的过程,其产品包括新闻纸、薄棉纸、印刷纸、复印纸、杂志纸(超级压光纸/低定量涂布纸),涂布纸板、盒用纸板和商用DIP纸。由于废纸制浆工艺水主要在除渣、脱墨和纤维再生工序中被污染,因此,基于再生纤维原料的造纸厂所排出的废水包括:分离废料的筛和离心除渣器流出的水,洗浆机和浓缩机的流出液。其废水污染物排放量变化较大。
在废纸制浆生产过程水循环率很高,对于高水平的制浆造纸联合企业,清水只在造纸机中使用(助剂制备过程也使用),白水被循环回浆料制备过程,用于冲洗回收纸并用于纸浆机械除杂步骤中。由于造纸机对水质要求很高,除了在造纸机干燥部中大约1.5立方米/小时的水被蒸发外,造纸过程各步骤中的过量水也需及时排出,以防止造纸机中的流浆被杂质污染,并平衡生产流程中的水量。因此,水循环过程设计的质量决定了水的循环利用率,据统计,运行良好的企业水在循环中被使用了32次。对于单纯制浆的企业,由于没有白水进行循环利用,制浆过程中需引入清水,废水排放量也会适当降低,但目前很少有单独生产废纸浆的企业。
废纸制浆废水中悬浮物含量均很高,主要来自废纸中的细小纤维、填料、涂料和油料等。一般来说,无化学脱墨的制浆工艺产生的废水远比化学脱墨车间废水的污染负荷低,其废水排放量也相应变化。
e)纸机白水
在造纸生产中使用的清水量及废水排放量多少取决于所产纸品的等级、所用原料的性能和每种等级纸品最终的质量水平,但废水排放环节基本相同,主要包括以下部分:
①来自浆料除渣过程的废渣:来自除渣器的废渣包含杂质(如,碎浆和砂子),还有一些悬浮在水中的有价值的纤维,这些废渣通常排放到末端治理系统中。
②过量白水:白水包含用于清洁网和毡的喷洒水,其主体部分在造纸机中再循环用作稀释水和喷洒水,过量的白水被排放到末端治理系统或者用于制浆过程。这些水在被排放之前通常经过纤维循环单元,其排放量取决于水循环的程度。
③临时排放和偶然排放:这些排放与工艺流程不直接相关,而是偶尔发生。其中包括溢出的白水、从槽中或其它水位控制较差的设备中溢出的纸浆,清洗设备的水,和冲洗地板冲洗水等。
④冷却水和密封水:真空系统和泵的冷却和密封水通常不包含悬浮物颗粒。这些水通常在一定程度上循环使用,冷却水应该和其它的排出物分离开,以使处理车间的负荷最小化并保证处理车间的效率。
抄纸车间各股排水中,剩余白水是主要的水污染源,其他造纸废水量小,排入末端治理系统时,可纳入剩余白水中统一考虑,剩余白水量调研统计情况见表10。
表10 典型造纸企业单位产品纸机白水量
抄纸种类
新闻纸
未涂布印刷/书写纸
涂布印刷/书写纸
纸板
生活用纸
剩余白水排放量
8-20
8-35
10-40
8-25
10-25
SS
6-30
12-25
16-28
2-8
5-20
COD
8-15
7-15
10-25
5-15
7-15
BOD
5-7
4-8
5-10
3-7
4-8
(3)生产废水量变化系数
由于制浆造纸企业为连续性生产,特别是大型制浆造纸联合企业,其产品种类多、生产规模大,各车间排水相互间起到了平衡和缓冲的作用,正常情况下,进入末端治理系统的废水水质水量波动不大,一般在某些车间的临时排放和偶然排放时会有一定程度的波动。
因此,为了反应制浆造纸生产废水的排放特点,合理确定废水治理工程各工艺环节的设计规模,本标准依据制浆造纸生产的排水特点规定了总变化系数值。因为造纸企业生产量受市场影响较大,按照产品产量考虑日变化系数不合理,因此本标准中总变化系数可理解为生产过程中偶然因素造成临时排放和偶然排放产生的波动。
四、废水水质
(1) 水质确定原则
废水水质与排水量和产污量相关,而产污量受原料、制浆得率的影响,同时,产污量与生产过程中添加的助剂相关,如造纸过程中,有机化学品用作添加剂或助剂,并不全保留在纸幅中,流失到废水中的部分对排水水质有一定的影响,导致COD等指标升高;可吸附有机卤化物的来源主要是含氯漂白剂、消毒剂和部分添加剂(如湿强剂等)。根据相关研究资料,原生纤维为原料的蒸煮或浸渍废液污染物(以COD为例)发生量与纸浆得率的关系见式(1),洗选漂等废水污染物发生量见式(2),造纸过程中的吨产品污染物发生量约为10-25kg/t。
G1=G(1-D)nβ ……………(1)
G2=KG(1-D)n(1-β)……………(2)
式中:G1—单位产品制浆废液污染物发生量(kg/t);
G2—单位产品洗选漂废水污染物发生量(kg/t);
G—生产单位产品所需原料折算的污染物发生量(kg/t);
D—制浆得率(%);
n—得率相关系数,n=1.75;
β—制浆废液提取率,采用生产工艺设计参数值。
K—漂白系数,木浆K=1.05-1.10,非木浆K=1.03-1.05。
因此,本标准规定制浆造纸废水污染物产生情况应根据原料种类、化学品投加量、生产工艺、产品类别、回用废水治理的程度和回用量,经物料衡算确定,并给出了废水水质确定的计算公式,见标准文本中的公式(3)和(4)。
(2)各生产工序废水水质确定
a) 备料废水
备料废水随原料种类、备料方法,废水污染物排放量差别较大,以原木为原料,废水中COD 、BOD和SS分别为0-10kg/t浆、0-5kg/t浆和0-8kg/t浆,以非木材为原料,废水中COD 、BOD和SS分别为20-60kg/t浆、8-20kg/t浆和30-80kg/t浆。
b) 化学制浆废水
化学制浆废水主要包括蒸煮废液、洗选漂废水和制浆各个环节产生的溢流水等。
蒸煮废液 在化学制浆整个生产过程中蒸煮废液污染物产生量最大,如碱法制浆黑液几乎集中了制浆造纸过程90%以上的污染物,其中含有大量木质素和半纤维素的降解产物、色素、戊糖类、残碱及其他溶出物。蒸煮废液的污染负荷与制浆得率、制浆工艺条件等密切相关,由于化学浆得率较低,废液中BOD 、COD和SS分别为350-425kg/t浆、1060-1570kg/t浆和235-280kg/t浆,废液经碱回收后产生的污冷凝水中BOD和COD分别为5-10kg/t浆、10-30kg/t浆,SS含量极低,可忽略不计。
洗选漂废水 洗选废水:洗选废水主要来源于洗选未漂白纸浆产生的蒸煮废液残留物,此环节排出废水中的污染物被成为洗涤损失,根据《欧盟纸浆与造纸业最佳可行技术》,2001年前业界的洗涤损失对于软木一般为5–10kgCOD/t,对于硬木一般为7-12kgCOD/t。筛选系统用水的封闭是提高洗涤效率、减少废水排放量的有效措施。国内洗选废水污染物情况见表11。
表11 典型制浆造纸企业单位产品洗选废水排放情况
项目
COD/kg
BOD/kg
SS/kg
开放系统
16-25
5-8
5-10
封闭系统
0-16
0-5
0-6
漂白废水:纸浆漂白废水中的污染物主要包括COD、BOD和AOX,其污染物排放情况如下:
COD:纸浆漂白废水中COD发生量40-85kg/t产品,其值取决于未漂白纸浆的卡白值,根据《欧盟纸浆与造纸业最佳可行技术》,如果蒸煮或氧气去木质素得到的卡伯值可以降低一个单位,那么漂白设备中释放的COD将减少大约2kg/t产品,相对于传统原素氯漂,采用二氧化氯漂白时,其漂白废水的COD负荷随二氧化氯取代氯的增加而降低,当二氧化氯完全原素氯漂白时,废水COD负荷可降低20%-25%;采用氧脱木素同样可降低漂白废水的COD负荷,一般可降低40-50%。
BOD:在漂白过程中,浆中残余木素及残余漂白工艺中二氧化氯取代率对BOD的影响不大,若在漂白工艺前采用氧脱木素预处理,可降低BOD发生量,据报道可降低70%,漂白废水中BOD发生量10-30kg/t浆。
AOX:纸浆中的木质素是漂白废水中AOX的来源,采用延时脱木素技术和氧脱木素预处理技术,可大大降低待漂浆的卡伯值,从而降低漂白废水中的AOX;漂白废水AOX负荷与氯化段二氧化氯取代率的增加呈线性下降关系,AOX的行成复杂,取决于漂白工艺中漂白剂的种类、有效氯在各漂白段的分配情况、氯的加入形式等,减少有效氯用量及采取分步加入的漂白工艺可以降低漂白废水中AOX的负荷。据统计,次氯酸钠单段漂AOX的草浆厂发生量在2.4-7.8kg/t浆,传统CEH三段漂的草浆厂AOX的发生量7.5kg/t浆,CEH苇浆厂发生量为2.5-7kg/t浆,木浆厂为4-5kg/t浆,OHH三段漂的发生量为1.5kg/t浆。由于近年来欧盟等国采用了低氯或无氯漂白工艺,AOX排放量大幅降低,大部分企业AOX发生量低于1kg/t浆,如使用 ECF 漂白很容易将AOX水平降至 0.3kgAOX/ADT以下,TCF漂白几乎不产生AOX。
制浆各个环节产生的溢流水:如果以 COD 衡量,溢出液中排放的有机物含量通常在每吨纸浆 5-20kg之间。表12为以木浆为原料的碱法制浆洗选漂废水污染物发生量统计值。
表12 洗选漂废水的污染物发生情况
项目
COD/kg
BOD/kg
SS/kg
AOX/kg
洗选废水
0-25
0-8
0-10
0
漂白废水
40-85
10-30
15-30
0.3-7
溢流水
5-20
1.5-6
2-8
0-0.5
合计
45-140
12-44
17-48
0.3-7.5
c) 化机浆和机械浆废水
据统计化机浆废水中BOD、COD和SS分别为15-35kg/t浆、65-160kg/t浆和30-60kg/t浆;机械浆废液中BOD、COD和SS分别为15-35kg/t浆、20-100kg/t浆和15-40kg/t浆。
d) 废纸浆废水
无化学脱墨的纸浆工艺产生的废水比化学脱墨车间废水的污染负荷低,原料中进口废纸比例高的生产线,在其他工艺条件相同的情况下,废水中CODcr、SS等相对较低,与国产纸相比两者CODcr之差可达300-1000mg/L。据统计资料(见表8和表9),一般情况下,当无脱墨时,BOD=6-12kg/t浆,COD=15-40kg/t浆,SS=8-15kg/t,有机械脱墨时,BOD=8-20kg/t浆,COD=25-65kg/t浆,SS=10-25kg/t浆。
e)纸机白水
纸机白水中的污染物主要来自浆中夹带的流失纤维、填料和溶解性污染物,因此使用机械浆的造纸厂释放的有机物的量一般比使用化学浆的造纸厂释放的有机物的量高。
造纸过程中添加的部分添加剂或助剂也会流失到纸机白水中,通常,淀粉和它们的降解产物构成了大部分有机负荷。据德国的一份研究报告,生化处理后,添加剂占废水中总COD负荷的比例:涂布印刷纸和书写纸中大约占26%,再生纤维新闻纸占20%,再生纤维手巾纸占43%,再生纤维硬纸板占35%。
据《欧盟纸浆与造纸业最佳可行技术》,造纸车间排放的污染物总量与使用的纸浆原料及产品种类密切相关,对于不同的纸张产品,如生产印刷纸和书写纸的企业COD排放量为7-15kg/t产品,BOD为4-8 kg/t产品,SS为10-22kg/t产品;生产板纸的企业COD排放量为5-15kg/t产品,BOD为3-7 kg/t产品,SS为2-8kg/t产品;生产薄绵纸的企业COD排放量为8-15kg/t产品,BOD为5-7 kg/t产品,SS为2-30kg/t产品;生产特种纸的企业SS排放量为20-100kg/t产品。从国内总体情况来看,造纸车间排放的废水中各种污染物产生量:COD为10-30kg/t产品,BOD为3-10kg/t产品,SS为5-25kg/t产品,不同产品污染物排放量有较大的差距。
(3)综合废水
制浆造纸企业各工序产生的废水经车间内处理和回用后,最终均要排入末端处理系统进行集中处理,处离后的废水达标排放或回用。因此源头治理的效果与回用情况与综合废水污染物排放量关系很大,标准文本中规定了综合废水水质的理论计算公式。
另外,表13为部分调研企业实际排放水质。标准在调研数据的基础上,考虑造纸行业对用水及排水定额要求及企业发展趋势,经理论推算修正,给出了全厂综合废水的取值范围。
表13 部分调研企业综合废水排放情况
(4)废水回用对废水水质的影响
当处理后的废水回用于生产时,废水污染物(特别是全盐量指标)浓度会受到回用水中污染物的累积效应的影响,标准文本中公式(5)给出了回用后外排水质指标的修正公式,公式中假设废水经一次处理后不可去除的污染物经重新循环使用和处理后仍不可降解,该公式推导过程如下:
式中:
C——废水回用后制浆造纸废水的污染物排放浓度(mg/L);
C0——废水回用前制浆造纸废水的污染物浓度(mg/L);
α——废水回用率,即回用废水量与处理废水总量的比值;
η——废水经处理后污染物的去除率。
五、总体设计
1. 一般规定
与制浆造纸相关的环境问题主要是水的排放、废气的排放和能量消耗。通过加强过程控制能够有效节约原料消耗量、降低废水排放量和水污染负荷,提高环境和经济效益。因此,本标准从清洁生产、废水收集、技术路线、环境保护要求、废水规范化排放等方面,结合相关法律、法规和技术政策,规定了制浆造纸废水污染控制的原则性要求。
(1)清洁生产及污染控制要求
制浆造纸生产规模和生产工艺与环境绩效密切相关,为此国家发展和改革委员会于2007年10月发布的《造纸产业发展政策》从纤维原料、技术与装备、产品结构、资源节约和环境保护等方面提出了原则性要求,要求大力推进清洁生产工艺技术,实行清洁生产审核制度。近年来在制浆造纸行业颁布的清洁生产标准主要包括:《清洁生产标准 造纸工业漂白化学烧碱法麦草浆生产工艺》(HJ/T339-2007)、《清洁生产标准 造纸工业硫酸盐化学木浆生产工艺》(HJ/T340-2007)、《清洁生产标准 造纸工业废纸制浆》(HJ468-2009)、《清洁生产标准造纸工业 漂白碱法蔗渣浆生产工艺》(HJ/T317-2006)和《清洁生产标准造纸工业漂白碱法蔗渣浆生产工艺》(HJ/T317-2006)。制浆造纸企业应结合自己的实际情况,按照上述清洁生产标准的要求,从制浆造纸废水污染物的产生、处理和排放全过程进行控制。
(2)雨污分流要求
雨污分流是指废水和雨水分别采用不同管渠收纳。根据生产废水的水质特点,也可将污染物浓度低的废水(如冷却排污水)汇入到雨水收集系统中。采用这种排水体制有利于废水的分类处理,提高环境和经济效益,故要求企业采用分流制。由于制浆造纸企业路面化学品、纤维原料等污染物较多,制浆造纸企业初期雨水的污染程度比较严重,对水体保护要求高或环境敏感的地区,宜设置废水截流设施,以消除初期雨水对水体的污染。
(3)二次污染控制要求
制浆造纸废水治理工程本身在实施过程中会产生各种二次污染,应贯彻执行国家现行环境保护法规和标准中的相关规定。如:废水治理过程中从各处理环节抽(排)出的含有恶臭等污染物的气体宜经处理后排放,厌氧产生的沼气宜经脱硫后综合利用,废气污染物的排放应按照《大气污染物综合排放标准》(GB16297)、《恶臭污染物排放标准》(GB 14554)和所在地地方标准执行;废水治理工程的设计、建设,应采取有效的隔声、消声、绿化等降噪措施,噪声和振动控制的设计应符合《工业企业噪声控制设计规范》(GBJ87)和《动力机器基础设计规范》(GB50040)的规定,厂界噪声应按照《工业企业厂界噪声标准》(GB12348) 执行;废水治理污泥应妥善处理和处置,宜优先综合利用,暂无综合利用条件,可采取贮存、堆放和填埋措施,并符合国家相关标准的规定;废水处理工程应对采用药剂可能产生的危害采取有效的防护措施;废水处理厂(站)应注意环境的绿化和美化,为职工提供良好的工作环境,绿化率应符合国家现行的有关规定等。
(4)技术进步要求
由于随着科技进步和环保标准的加严,目前一些新的污水治理技术还在不断出现,本标准不应阻碍或抑制新技术的发展,鼓励积极采用经过验证、具有节能节地、经济高效的新技术,凡是在国内普遍推广、行之有效、具有完整的可靠科学数据的新技术,应积极纳入。对于需要引进的先进技术和关键设备,应以提高制浆造纸废水治理工程的综合效益,推进技术进步为原则。
2. 建设规模
工程建设规模是影响工程投资的主要方面,是关系工程投资效益能否顺利实现,提高经济效益的基础。规模大于实际需求,而短期内又无法达到建设规模的,既造成工程投资的浪费和一定的经济损失,又给运行管理工作增加了许多麻烦。规模小于实际需要,则不能达到建设的目的,尤其是对废水处理工程出水水质的达标排放、运行成本和管理增加了困难。因此,确定符合实际又适应发展需要的建设规模是非常重要的。
(1)规模确定的原则
由于制浆造纸原料、产品、生产工艺变化较大,不同企业废水水量、水质有较大的变化。因此,本标准强调工程规模应从实际出发,通过分析现有或同类工程废水排放情况,并结合企业清洁生产水平、生产计划和排水体制等因素综合考虑确定,现有企业的废水治理工程应以实测数据为依据,新(扩、改)建企业应进行物料平衡计算或类比确定。
(2)源头治理系统建设规模
由于源头治理设施与制浆造纸生产密切相关,各排水环节排放波动较大,为方便管理和质量控制,其处理规模应与其相关生产单元的工艺系统统筹规划确定,根据调研资料分析,一般按企业生产设计负荷(相当于最大日流量)进行计算。其中的废水处理规模以单位时间内处理的废水量(或污染物量)核算,化学平回收(如碱回收)规模以单位时间内处理的固形物量核算。
(3)末端治理各处理系统的建设规模
末端治理系统的设计,应考虑到分期扩建的可能性和灵活
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