废纸造纸废水处理技术模板.doc

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。
废纸造纸废水处理技术

摘　要:近年来,废纸造纸行业发展迅速,为了使其产生的废水达标排放,应采用合理的处理技术。经过对废纸
造纸废水污染特性、 当前比较成熟的处理技术及零排放清洁生产工艺的研究,对废纸造纸处理技术的进一步发
展提出了建议。当前,很多处理技术已成功研发并投入使用,取得了不错的处理效果,同时在应用范围、 能源消
耗、 技术可操作性、 投资运行费用等方面存在一定的局限性。建议在废水处理新技术开发和零排放清洁生产工
艺的研究,废水处理设备、 使用药剂的优化等方面加大工作力度。

关键词:废纸造纸废水;污染特性;处理技术;零排放工艺

　　废纸造纸是以废纸为主要原料生产纸张的造纸方式,其生产设备投资少、 工艺技术简单,与直接利用原生植物纤维原料制浆造纸相比,环境污染负荷相对较小,并能有效利用废纸资源。随着废纸制浆技术的不断成熟,废纸再生造纸已成为造纸行业发展的重要趋势之一。由于废纸中含有成分复杂的废杂质,需要化学品制剂将其去除以完成制浆,加之抄纸过程中需添加施胶剂、 滑石粉等制剂,致使废纸再生造纸过程中排放大量含有毒有害污染物的废水。针对废纸造纸中废水污染问题,国内外已成功研发出一系列的处理技术,为该类废水的有效治理奠定了基础。

1　废纸造纸中废水的污染特性

废纸再生造纸工艺大致分为制浆和抄纸两大部分,废水排放主要来源于制浆部分的除渣、 洗浆、 漂洗等过程中产生的大量洗涤废水及含有纤维、 填料和化学药品的纸机白水。

1. 1　废水的污染成分

该种废水中主要有4 种污染物: SS、 CODcr、 BOD5 和色度。CODcr和BOD5 主要来自废水的木质素、 半纤维素;细小纤维、 无机填料等主要形成SS;油墨、 染料等形成色度及CODcr[ 1 ] 。

1. 2　废水污染负荷的差异性

废水中的SS、 CODcr浓度较高, BOD5 值相对较低,BOD5 与CODcr的比值一般为0. 15～0. 25[ 2 ] ;鉴于废纸种类、 来源、 处理工艺以及废纸处理过程的技
·102·第33卷第2期 2月肖翔等·废纸造纸废水处理技术Vol133 No12 Feb. 术装备情况的不同, 排放废水的污染特性差异较大[ 1 ] 。一般来说,无化学脱墨的制浆工艺所产生的废水远比化学脱墨车间废水的污染负荷低,其废水排放量及污染物CODcr和BOD5 排放量比有脱墨工艺的废纸制浆过程要低很多,而且脱墨车间排出的废水含有重金属及印刷油墨中溶出的胶体性有毒物质。不同的脱墨工艺产生废水的污染特性不同,洗涤法脱墨与浮选法相比,其中SS、 CODc r和BOD5 浓度相对较低,但排放总量大; 对于同种脱墨方式而言,生产高档纸与生产新闻纸相比,其所用脱墨浆产生的废水中SS、 CODc r和BOD5 排放量要高。另外,废纸造纸技术的先进性也是决定废水污染负荷的重要因素,从物料综合利用、 企业管理、 工艺设备改造等方面实施先进方案的废水污染负荷较低[ 3 ] 。

2 废纸造纸废水处理技术

造纸废水的生物处理技术就是利用微生物的新陈代谢功能, 使废水中呈溶解和胶体状态的有机污染物被降解并转化为无害稳定的物质, 从而使废水得以净化。经过人为地创造适合于微生物生存和繁殖的环境, 使之大量繁殖, 以提高其氧化分解有机物的效率。根据使用微生物的种类, 可分为好氧法、 厌氧法、 生物酶法和光合细菌法等。
好氧法是利用好氧微生物在有氧条件下降解代谢处理废水的方法, 常见的好氧处理方法有活性污泥法、 生物 膜 法、 生物接触氧化、 生物流化床等方法。厌氧法是在无氧的条件下, 经过厌氧微生物降解代谢来处理废水的方法; 厌氧法的操作条件要比好氧法苛刻, 但具有更好的经济效益, 因此也具有重要的地位; 当前开发出的有厌氧塘法、 厌氧滤床法、 厌氧流动床法、 厌氧膨胀床法、 厌氧旋转圆盘法、 厌氧池法、 升流式厌氧污泥床(UASB)法等。生物酶法处理有机物的机理是先经过酶反应形成游离基, 然后游离基发生化学聚合反应生成高分子化合物沉淀; 与其它微生物处理相比, 酶处理法具有催化效能高、 反应条件温和、 对废水质量及设备情况要求较低, 反应速度快, 对温度、 浓度和有毒物质适应范围广, 能够重复使用等优点。光合细菌法处理造纸废水, 具有机污染物去除率高、 设备简单、 基建投资少、 占地面积小、 管理容易、 运行费用低等优点, 而且菌体污泥是对人畜无毒性、 富含维生素的蛋白饲料。
一般废纸造纸废水的处理方法可分为物理法、 化学法、 物理化学法、 生物法四类。由于其水质复杂,一般采用将几种处理方法结合在一起的多级综合处理方法,即对于不同污染特性的废水、 在不同的处理阶段,采取不同的处理技术。

2. 1　废水初级处理方法

针对废水中含悬浮物较高的特点,在处理废水时首先进行初级处理,一般采用物理法,辅以化学法。下面两种方法处理效果较好。

2. 1. 1　过滤

过滤法是最简单的去除细小纤维的方法,而且对其它处理设施起到保护作用。过滤一般采用细筛网或微滤机,处理水量大时一般采用微滤机。由于过滤法不能去除油墨、 溶解性物质以及过于细小的悬浮物,因此只能作为预处理的手段[ 4 ] 。

2. 1. 2　超效气浮

气浮法是固- 液或液- 液分离的一种方法,其应用的关键是在水中通入或产生大量的微细气泡。超效气浮是气浮净化技术的重大突破,将原有的静态进水、 动态出水改为动态进水、 静态出水,改变了传统推流式气浮池的进出水及污泥分离方式。实践证明,超效气浮对SS的去除率能达到90%以上,特别适合废纸造纸废水的预处理[ 5 ] ,对中等规模以上废纸造纸生产废水的预处理具有一定的优越性。根据废水实际情况,选择适当的处理方法对废水进行初级处理后,可去除80%左右的悬浮物和无机颗粒物,部分CODcr和BOD5 也被去除,大大减轻了后续处理工艺的负荷。

2. 2　废水深度处理

废水初级处理不能达到排放标准,且废水中有机物浓度较高,根据出水水质的要求必须进一步的深度处理,一般以生化法和物化法为主,并辅以物理法、 化学法。介绍几种废纸造纸废水深度处理方法。

2. 2. 1　活性污泥法

活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体处理有机废水的一类好氧生物处理方法,主要包括A /O法、 SBR法、 百乐克、 选择器活性污泥法、 氧化沟等[ 6 ] 。
序批式间歇反应器( SBR)是近些年开发的活性污泥法工艺,该工艺经过程序化自动控制充水、 反应、 沉淀、 排水排泥和停置五个阶段,实现对废水的生化处理。SBR处理流程简洁、 控制灵活,可根据进水水质和出水水质控制指标处理水量,改变运行周期及工艺处理方法,适应性很强,可实现高容积负荷(6～10 kgCODcr /m3 ·d)和高去除率(CODcr去除率80%～90% ) 。
造纸废水含有大量有机物, 废水可生化性较好, 因此活性污泥法在造纸废水处理中得到广泛的应用。陈让福等用好氧活性污泥法处理造纸废水得到很好的效果, 用盐酸和石灰作用, 产生的二氧化碳来控制pH, 对设备腐蚀性小, 该法对BOD, COD, SS的去除率分别达到88．5%, 77．8%, 85．3%。

2. 2. 2　生物接触氧化

生物接触氧化法是一种好氧生物膜法工艺,其原理是在曝气池中安装固定填料,废水在压缩空气的带动下,同填料上的生物膜不断接触,同时压缩空气提供氧气。实践证明,生物接触氧化法能够较好的处理废水,特别适合脱墨废水的处理,但在实际应用当中其挂膜的效果和生物膜的优劣直接决定处理效果[ 7 ] 。在处理废水过程中,生物膜的活性厚度在70～100μm之间,生物膜的活性较好;在挂膜不同阶段,对CODcr的去除率有所不同,在挂膜前期去除率较低,在正常运行后,去除率稳定在较高水平,能够达到88%的去除率。

2. 2. 3　厌氧生物处理

厌氧生物处理不但能够用于高浓度和中等浓度有机废水的处理,而且也适用于低浓度有机废水的处理,其处理设备UASB 反应器在世界各国的造纸废水处理得到广泛应用,这种技术同样适用于废纸造纸废水处理。20世纪90年代荷兰Paques公司的专利技术IC反应器(内循环厌氧反应器)以其占地极少、 体积小、 效率高的优点[ 8 ] ,在造纸工业废水处理中得到了有效应用。

2. 2. 4　混凝沉淀

混凝沉淀法是废水处理技术中最常见的方法,其基本原理是:向废水中投加混凝剂,使水中胶体状悬浮颗粒、 胶体和可絮凝的其它物质失去稳定后,由·103·第33卷第2期 2月肖翔等·废纸造纸废水处理技术Vol133 No12 Feb. 于相互碰撞成为颗粒或絮状物,从而易于从水中沉淀分离。混凝沉淀法处理废纸造纸废水的效果取决于混凝过程的好坏。混凝剂种类很多,一种是无机盐类混凝剂应用广泛的为铝盐及铁盐;另一种是有机高分子混凝剂,其中聚合氯化铝应用效果较好。
实践证明,用混凝沉淀法处理废纸造纸废水,其SS去除率可达85% ～98%,色度去除率可达90%以上, CODcr去除率可达60% ～80%[ 5 ] 。由于混凝沉淀法不能去除分子质量较低的CODcr组分、 难以实现对废水的有效处理,因此,必须合理设计工艺,辅以其它处理方法,例如,混凝沉淀- 化学氧化处理法、 厌氧- 好氧生物处理法、 混凝沉淀- 好氧处理法等。

2. 2. 5　纳米TiO2 光催化处理

纳米TiO2 在紫外光的照射下具有非常强的氧化能力,能够使绝大多数有机物直接降解,生成无毒无味的CO2、 H2O及一些简单的无机物,达到一次性降解污染物的目的。研究表明, pH值是影响光催化的重要因素, TiO2 表面电荷受pH影响很大,进而影响对有机物的降解。在处理废纸造纸脱墨废水的时候, pH正好合适,能够直接进行光催化氧化而不需要调节pH,因此,纳米TiO2 光催化氧化对脱墨废水深度处理有比较强的适用性[ 8 ] 。
废纸造纸废水深度处理的方法还有很多,在实际当中造纸厂应根据实际选择适宜的处理方法,使造纸废水达标排放。

2. 3　废水处理中产生的固体排放物———污泥的处理

在废纸造纸废水处理后大部分被分离出的悬浮物转化为大量污泥,一般将来自初沉池内的污泥称为初级污泥;来自生化处理中的污泥称为二级污泥;若废水经混凝处理,还会产生含有混凝剂的化学污泥。传统的污泥处理方法主要为污泥脱水后农用和填埋焚烧,前者受污泥脱水性差的制约应用起来比较困难,很容易形成二次污染;后者的应用则应更加慎重,处理不当必会影响地下水和大气环境;而且,在这两种方法实施前要作必要的预处理,如浓缩、 稳定、 污泥调节等,其操作过程复杂、 效率较低。超临界水氧化技术( SCWO)是一种能完全彻底破坏有机物结构的深度氧化法,与其它传统的方法相比,具有效率高、 反应速度快的优点[ 9 ] 。
该技术以超临界水作为化学反应介质,在超临界条件下,只要存有足够量的氧化剂(H2O2 或空气)时,能将制浆废水中各种有机物进行彻底处理,最终得到CO2、 N2、 H2O以及少量无机盐[ 10 ] 。研究表明,超临界水氧化法是有利于环保的污泥处理技术,对于处理废纸造纸废水产生的污泥再在经济上十分可行[ 11 ] 。

3　废纸造纸废水零排放

有效应用各种废水处理技术,将其有机结合起来,形成一套完备的处理工艺是解决废水污染问题的关键。当前,在国家大力推进节能减排工作的环保形势下,针对废水污染问题,有关部门研发了废纸造纸废水”零排放”处理工艺。由南京林业大学和常熟市富士莱包装材料厂共同研发的”动态平衡短流程”的废纸造纸零排放技术[ 12 ] ,其原理是加入纸机抄造系统中的各种生产原料和化学助剂中,有相当多的细小纤维、 填料和助剂,会进入到纸机抄造系统各段所排放出的废水中去。在循环回用到某一时间、 回用废水的浓度提高到某一个水平后就会趋向稳定,只要将生产过程中的各段废水按水量和水质情况进行统筹安排,不经净化处理并尽快循环回用,就能够有效实现废纸制浆造纸过程中废水的零排放,且不会对产品质量产生明显的影响。
在实践中,为防止造纸废水发醇变臭,不利于把不经过处理的废水全部返回生产中回用,又压减了造纸工艺过程,实现了废纸造纸的”短流程”,为新鲜废水循环使用创造了有力条件。”动态平衡短流程”的零排放清洁生产新技术与传统的制浆造纸清洁生产技术相比,首先突破了传统制浆造纸清洁生产技术,对制浆造纸废水采用各种方法进行处理,使水质符合制浆造纸用水要求之后,再送回各道工序利用的习惯思维模式,提出了造纸废水不加处理、 分段回用到”短流程”中去的新观念。同时,在造纸纸机抄造系统中,加入与废水蒸发量相当的新鲜水,为实现废水”动态平衡”奠定了基础,不但有效控制了废水”零排放”,而且改进了纸机抄造系统的操作性和稳定性。
对于非脱墨废纸造纸废水处理相对于传统造纸工艺以及含脱墨废纸造纸废水流程能够大为简化,运行费用相对较低,出水水质也大为改进。天津万利纤维薄膜有限公司下属造纸厂生产过程没有脱墨和漂白工序,该厂采用UASB + SBR工艺,成功实现了零排放[ 13 ] 。

4　结语

当前,很多废纸造纸废水处理技术已成功研发并投入使用,取得了不错的处理效果,同时在处理技术的应用范围、 能源消耗、 技术可操作性、 投资运行费用等方面还存在着一定的局限性。因此,对废纸造纸废水处理技术的研究不能停滞,建议在以下方面加大研发力度:(1)针对废纸造纸废水处理的不同阶段,从物理、 化学、 物化和生物等方面,优化现有的技术,并不断开发新技术。(2)研究适合于各种情况的废水零排放清洁生产工艺,以普及行业废水零排放。(3)加强废水处理设备、 处理使用药剂的研发,增强处理效果。相信废纸造纸行业定会在处理技术日趋完善的形势下,符合环保要求,实现经济效益、 环境效益和社会效益的统一。

参考文献:
[ 1 ]武书彬. 造纸工业水污染控制与治理技术[M ]. 北京:化学工业出版社, .
[ 2 ]郭茂新. 利用废纸造纸行业废水的处理技术[ J ]. 中国给水排水, , 16 (11) : 23 - 25.
[ 3 ]崔兆杰,宋薇,张国英. 废纸造纸行业的清洁生产措施与实践[ J ]. 环境科学与技术, , 27 (4) : 88 - 90.
[ 4 ]高玉杰. 废纸再生使用技术[M ]. 北京:化学工业出版社, .
[ 5 ]苗庆显,秦梦华,徐清华. 废纸造纸废水处理技术的现状与发展[ J ]. 中国造纸, , 24 (12) : 55 - 58.
[ 6 ]王利,买文宁,马新辉. 废纸造纸废水生物处理方式的分析与选择[ J ]. 河南科技, , (2) : 34 - 35.
[ 7 ]马邕文,刘洋,万金泉,等. 废纸造纸废水生物接触氧化处理过程中生物膜特征研究[ J ]. 林产化学与工业, , 26 (1) : 95 - 98.
[ 8 ]万金泉,马邕文. 造纸工业环境工程导论[M ]北京:中国轻工业出版社, .
[ 9 ]李刚,秦森. 废水处理中超临界水氧化技术及其进展[ J ]. 油气田地面工程, , 20 (6) : 33 - 34.
[ 10 ]吴克宏,张居正. 超临界水氧化技术及其在废水处理中的应用[ J ]. 云南环境科学, , 22 (4) : 35 - 38.
[ 11 ]杨学富. 制浆造纸工业废水处理[M ]. 北京:化学工业出版社, .
[ 12 ]许文昌. 江苏五成造纸企业年底”零排放”[ J ]. 中华纸业, , 28 (6) : 107.
[ 13 ]王培,马邕文,万金泉等. 非脱墨废纸造纸废水零排放技术现状及展望[ J ]. 造纸科学与技术, , 24 (4) : 42- 44.
[ 19 ] Rittmann B E, Langeland W E, 1985.Simultaneous denitrification with nitrification in single-channel oxidation ditches [J]. J WPCF, 57(4): 300-308.

废
纸
造
纸
废
水
处
理
技
术

轻化与环境工程学院
造纸试点10-1
05031081
吕秀爽