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工業廢水處理中造紙廠汙水處理

文章出處:管理員 人氣: 發表時間:2018-10-13 09:49

  造紙生產過程中用水很多,生產 1t 紙約需水 300~500m3,在造紙廢水中,不僅含有大量造紙原料(約有 20% 原料隨廢水流失),而且含有大量化學藥品及其他雜質,所以如果造紙廢水不經處理任意排放,會對水體造成極大的危害。

  一、造紙汙水的特點

  為了有限地處理造紙汙水。首先必須對造紙汙水的水質有所了解。堿法造紙排出的汙水主要有以下三種:

  1、蒸煮木漿(或草漿)所生成的廢液,又稱黑液。

  2、打漿機和精漿機排出的汙水,稱打漿汙水。

  3、造紙機汙水,其中可以直接使用的稱為白水。

  這些汙水中含有的主要汙染有以下幾種:

  1、懸浮物 包括可沉降懸浮物和不可沉降懸浮物,主要是纖維和纖維細料(即破碎的纖維碎片和雜細胞)

  2、易生物降解有機物 包括低分子量的半纖維素、甲醇、乙酸、甲酸、糖類等

  3、難生物降解有機物 主要來源於纖維原料中所含的木質素和大分子碳水化合物。

  4、毒性物質 黑液中含有的鬆香酸和不飽和脂肪酸等。

  5、酸堿毒物 堿法製漿汙水 ph 值為 9~10;酸法製漿汙水 ph 值為 1.2~2.0.

  6、色度 製漿汙水中所含殘餘木質素是高度帶色的。

  二、工藝的選擇

  藝方案的選擇對於汙水處理設施的建設、確保處理設施的處理效果和降低運行費用發揮著最為重要的作用,因此需要結合設計規模、汙水水質特性以及當地的實際條件和要求,選擇技術可行、經濟合理的處理工藝技術,經全麵技術經濟分析後優選出最佳的總體工藝方案和實施方式

  在汙水處理設施的總體工藝方案確定中,遵循以下原則:

  1、所選工藝必須技術先進、成熟,對水質變化適應能力強,運行穩定,能保證出水水質達到工廠使用標準及國家汙水排放標準的要求。

  2、所選工藝應減少基建投資和運行費用,節省占地麵積和降低能耗。

  3、所選工藝應易於操作、運行靈活且便於管理。根據進水水質水量,應能對工藝運行參數和操作進行適當調整。

  4、所選工藝應易於實現自動控製,提高操作管理水平。

  5、所選工藝應最大程度減少對周圍環境的不良影響(氣味、噪聲、氣霧等)。

  三、造紙汙水處理常用預處理方法

  預處理工藝主要有:格柵、篩網、纖維回收係統、調節水量及水質、等工藝組成。可根據不同的造紙工業汙水水質采取不同的預處理手段,去除一部分汙染物,改善汙水水質,使整個汙水處理係統的處理效果達到最佳。

  1、格柵、篩網

  由於造紙工業汙水中常含有樹皮、木屑、塑料、紙漿纖維屑等細小的懸浮物,如以木材為原料的製漿廠在備料過程中排放的汙水中往往含有樹皮、木屑等,在造紙過程中的抄紙等工序中會產生大量的白水,白水中含有較高的纖維濃度。這些物質會對水泵等造成損害對主體處理工藝造成影響,特別是對生物處理中 UASB、水解酸化等工藝的布水係統造成嚴重堵塞,因此在進入水泵及主體處理係統之前對其進行攔截,設置格柵攔截大懸浮物,設置篩網攔截細小懸浮物。格柵一般用在大水量的造紙汙水處理中,由於汙水水量大,且懸浮物顆粒種類較多,設置格柵能夠有效攔截較大的懸浮物,處理能力高,不易堵塞,針對造紙汙水的特點我公司在工程實踐中一般設置粗細格柵,粗格柵柵縫間隙常采用 10-15mm,細格柵柵縫間隙通常采用 1-5mm. 格柵機主要有回轉式機械格柵機、網式轉鏈格柵機、固定式格柵機、反切式旋轉細格柵機等,我公司常用的主要有反切式旋轉細格柵機、網式轉鏈格柵機、固定式格柵機等。篩網通常應用在水量相對較小、汙水中含有大量的細小懸浮物如紙漿等,同時還可以去除大顆粒的漂浮物,對懸浮物及大顆粒物質的去除率可達到 90% 以上。工程實踐表明,篩網間隙一般為30~60 目,安裝形式采用固定式安裝,安裝角度為 40~50°,安裝角度不易過大,過大則造成過水負荷降低,使處理能力降低同時也增加了部分投資,過小則易造成篩網堵塞,加大了清渣難度,影響處理效果。

  2、纖維回收係統

  造紙汙水中含有大量的紙漿纖維,如果不對紙漿纖維進行回收,將有大量的紙漿進入汙水處理係統中,嚴重影響汙水處理係統的處理效果,同時造成紙漿浪費。廠內纖維回收係統主要用於造紙白水的纖維回收,一方麵進行白水循環減少白水的排放量,另一方麵采用篩網、多圓盤過濾、氣浮、沉澱等方法進行回收紙漿纖維,廠外纖維回收常采用篩網過濾的方法進行紙漿纖維的回收。篩網過濾主要有:重力自流式篩網過濾、普通旋轉過濾機、反切單向流旋轉過濾機、雙向流旋轉過濾機等。重力自流式篩網過濾是汙水通過集水槽溢流堰均勻布水到篩網上,由於重力作用,濾液從篩網的縫隙中流出,紙漿纖維在重力及水的衝力作用下沿篩網流入集渣槽中,達到漿水分離的作用。普通旋轉過濾機過濾滾筒與安裝地麵有一角度,汙水從上部進入滾筒,進水口濾網內壁程 90度角,過濾滾筒在旋轉的過程中濾液從濾網的縫隙中排出,紙漿自動排到滾筒的另一端。反切單向流旋轉過濾機采用臥式滾筒結構,傳動方式可分為鏈條式和齒輪式,汙水均勻布水到逆水流方向的濾網內壁上,水流與濾網形成反切相對運動,濾液從網的縫隙中排出,紙漿纖維被截留在網的內壁,在導板的作用下,從排渣端自動排出。從而達到紙漿與汙水的分離作用;反切雙向流過濾機的原理與單向流相同。

  3、調節

  由於造紙工業在生產過程汙水排放的多樣性,使排出的汙水的水質及水量在一日內有一定的變化,因此要求對汙水進行進行調節,均衡水質,使其能夠均勻進入後續處理單元,提高處理效果。汙水的調節主要分為:水量調節和水質調節。汙水處理設備及構築物都是按一定的水量標準設計的,要求均勻進水,特別對生物處理係統更為重要,為了保證後續處理係統的正常運行,在汙水進入處理係統之前,預先調節水量,使處理係統滿足設計要求。根據造紙工業工藝的不同,汙水的水量、水質不同,調節池的停留時間也各不相同,當處理水量比較小時,停留時間可選大些,當處理水量比較大時,停留時間可根據具體情況選小些,一般為 4~8 個小時。雖然汙水在進入調節之前通過格柵、纖維回收等措施去除了大部分的懸浮物,但還是會有一部分的懸浮物特別是紙漿流進調節池,為了防止沉澱,同時為了加強汙水的均勻性,可考慮在調節池內增加曝氣裝置,可有效改善汙水的水質特性。

  四、基本處理方法

  廢紙造紙汙水的 SS、COD 濃度較高,COD 則由非溶解性 COD 和溶解性 COD兩部分組成,通常非溶解性 COD 占 COD 組成總量的大部分,當汙水中 SS 被去除時,絕大部分非溶解性 COD 同時被去除。因此,廢紙造紙汙水處理要解決的主要問題是去除 SS 和 COD。

  廢紙造紙汙水中的 BOD5 值較低,BOD5 與 COD 的比值一般為 0.15~0.25,可生化性較差。混凝處理方法隻能去除部分 BOD5,絕大部分 BOD5 的去除主要應采用生化方法解決。

  1、氣浮或沉澱法

  采用氣浮或沉澱方法,通過投加混凝劑,可去除絕大部分 SS,同時去除大部分非溶解性 COD 及部分溶解性 COD 和 BOD5。其典型的處理工藝流程如下:

  汙水→篩網→集水池→氣浮或沉澱→排放

  氣浮和沉澱均為物化處理方法,處理效果與選用的設備、工藝參數、混凝劑等有關,其 COD 去除率一般高於製漿中段水的 COD 去除率,通常能達到 70%~85%。對噸紙汙水排放量>150m3、濃度較低的中小型廢紙造紙企業,通過氣浮或沉澱處理,出水水質指標可達到或接近國家排放標準。

  氣浮和沉澱法各自的優缺點比較見表 2。

  表 2 氣浮與沉澱法比較

  處理方法優點缺點

  氣浮1. 處理效果穩定、可靠

  2. 占地麵積小

  3. 汙泥量少,易於脫水

  4. 土建費用低1. 設備費用較高

  2. 運行電耗略高

  沉澱1. 處理方法成熟、穩定

  2. 電耗較低

  3. 操作較簡單1. 占地較大

  2. 汙泥需經濃縮後脫水

  最近幾年來,在氣浮法中高效淺層氣浮異軍突起。高效淺層氣浮具有水力停留時間短 (<5min)、池體水深淺 (僅 500mm)、處理效果好等優點。它應用淺池理論和“零速度” 原理,徹底改變了傳統推流式氣浮池的進出水及汙泥分離方式,汙水在氣浮池中處於相對靜止狀態,微氣泡吸附汙泥後可垂直向上浮起,固形物上浮速度為 4~10cm/min,可在短時間內獲得優質出水,其 SS、COD 去除率可略高於沉澱法,對中型規模的汙水處理有其一定的優越性。

  2、物化與生化處理相結合

  對於噸紙汙水排放量較低、汙水含 COD 較高的大中型廢紙造紙企業,期望通過單級氣浮或沉澱的物化方法達到國家一級排放標準有較大的難度,因為可溶性 COD、BOD5主要需通過生化方法才能有效去除。一般,當執行 COD≤100mg/L 的排放標準時,原水 COD 濃度不宜超過 600~800mg/L;當執行 COD≤150mg/L 的排放標準時,原COD 濃度不宜超過 800~1000mg/L。因此,在原水 SS 和 COD 濃度較高時,應在一級物化處理之後接生化方法處理,使處理出水最終達到國家排放標準的要求。

  物化加生化處理方法的典型工藝流程如下:

  汙水→篩網→調節→沉澱或氣浮→A/O 或接觸氧化→二沉池→排放

  A/O(缺氧—好氧) 處理工藝,通過缺氧段的微生物選擇作用,隻是對有機物進行吸附,吸附在微生物體的有機物則在好氧段被氧化分解。因此 A 段停留時間短,約在40~60min。

  由於 A 段微生物的篩選和對有機物的吸附作用,能有效地抑製 O 段絲狀菌生長,控製汙泥膨脹。當汙水經過混凝沉澱或氣浮處理後,A/O 工藝的有機負荷為0.5kgCOD/(kgMLSS·d) 時,其 COD 去除率可達 90% 左右。寧波中華紙業有限公司的廢紙造紙汙水的 COD 在 1500~3000mg/L,經混凝沉澱加 A/O 生化法處理,出水 COD 為 60~100mg/L,各項指標均達到國家排放標準的要求。

  生物接觸氧化法具有掛膜快、無汙泥回流係統、無汙泥膨脹危害、日常運行管理容易等優點,在中小型有機汙水處理中應用較多。寧波八方集團造紙廠 1×104t/d 黃板紙生產汙水,采用氣浮加生物接觸氧化法處理工藝,取得了良好的效果,各項指標均達到國家一級排放標準。但是在相同條件下,接觸氧化法處理效果不如活性汙泥法,雖然無汙泥膨脹,但在二沉池需要更低的表麵負荷,而且填料的定期更換問題也應引起重視。

  3、汙泥處置與綜合利用

  回收漿料

  造紙過程中漿料的流失不可避免,做好流入汙水中的廢漿回收有兩個好處:一是回收的漿料可回用於造紙或外售作為低檔紙的原料,產生直接經濟效益;二是降低汙水處理負荷,減少藥劑消耗。

  廢漿的回收,一般采用篩網微濾,用 60~70 目尼龍網或機械格柵,篩網的規格和材質的選用與水質有關,如生產塗布白板紙汙水的纖維比較細小,需要選用細篩網,但太細則過水效果差,影響汙水處理量。一般機械格柵的柵距在 0.15~0.25mm 時,截留纖維效果最佳,SS 去除率為 30%~50%,COD 去除率為 20%~30%,既能滿足過水量的需要,又能達到提高回收率的目的。

  汙泥脫水

  汙水經物化、生物方法處理後,其中的懸浮物有 90% 以上分離出來成為汙泥。通常原料廢紙有 5% 左右進入汙水,噸紙將產生 70~80kg 的絕幹汙泥,折合:氣浮汙泥 (沉澱濃縮汙泥) 含水率 97%,汙泥量約 2.3~2.6t/t 紙;機械脫水後汙泥含水率 75% 左右,幹汙泥量約 0.3~0.4t/t 紙;自然幹化汙泥含水率較高,汙泥量>0.7t/t 紙。

  汙泥脫水采用壓濾機脫水,大中型企業以帶式壓濾機為多,中小型企業以板框壓濾機為多。也有一些小企業采用自然幹化方法,自然幹化容易造成二次汙染,南方地區尤甚,最好應避免采用。

  五、造紙汙水的回收利用方法

  由於造紙汙水由三種汙水組成:黑液、打漿機汙水和造紙機汙水,因此它的回收利用主要是針對這三種汙水展開。

  1、黑液的回收利用

  對造紙黑液的處理是造紙業廢水處理的關鍵,目前,常用的造紙黑液處理技術有堿回收法、絮凝沉澱法、膜分離法、酸析法、好氧活性汙泥法及生物技術法等。其中堿回收法是目前技術最成熟、工業中應用最廣泛的造紙黑液處理方法。

  堿回收技術是造紙黑液處理較為成熟的技術,在各地取得了廣泛的應用。根據不同的工作原理,又可分為燃燒法、電滲析法及黑液氣化法等。

  燃燒法堿回收技術的完整流程分為提取、蒸發、燃燒、苛化 - 石灰回收四道工序。基本原理是將黑液濃縮後在燃燒爐中進行燃燒將有機鈉鹽轉化為無機鈉鹽,然後加入石灰將其苛化為氫氧化鈉,以達到回收堿和熱能的目的。

  黑液與漿料分離後,提取出來的木(草)漿稀黑液濃度較低,必須將其通過蒸發係統去掉大部分水分,濃縮至 45-80% 的濃度,再將濃縮後的黑液噴入堿回收鍋爐爐膛燃燒,黑液燃燒產生的熱量可用於工藝或發電。黑液中的有機鈉鹽在爐內發生化學反應轉變為熔融的碳酸鈉,同時把補充的芒硝還原成硫化鈉,熔融物從堿爐底部排出,溶解後形成含少量鐵離子的綠液。所得綠液與石灰進行反應,其中的碳酸鈉被苛化為氫氧化鈉。苛化後澄清的液體稱為白液,即可重新用於製漿蒸煮。將苛化產生的白泥進行高溫煆燒,可以回收石灰用於苛化過程。

  燃燒法堿回收工藝技術成熟,運行穩定,但工程投資較大,適用於規模較大的造紙企業,當前各國對黑液處理主要采用燃燒法回收堿的技術路線。但燃燒法堿回收容易受到黑液中矽成分的幹擾:黑液中的二氧化矽與堿作用生成矽酸鈉,在燃燒過程中易形成結垢,影響了堿回收過程的順利進行。木漿中矽含量較低,因此堿回收進行較順利,堿回收率可達 95~98%。但我國森林資源緊張,草類資源相對豐富,因此形成了以草漿造紙為主的造紙產業結構,草漿黑液中較高的矽含量影響了堿回收的效果。近年來,草漿黑液堿回收同步除矽技術已成功進行了生產性試驗,該技術的推廣必將大幅提高我國造紙黑液堿回收整體效率。我省泰格林紙集團永州湘江紙業股份有限公司以馬尾鬆為原料生產本色硫酸鹽木漿,其造紙黑液處理即采用傳統的燃燒法堿回收工藝。2006 年,該廠進行擴建並形成木漿為主輔以少量竹漿,年產 10 萬噸的紙漿生產規模。新的堿回收係統同時投產,設計日處理黑液 4000m3,堿回收蒸發站采用 8 體 6 效全板式降膜蒸發器(I 效蒸發為 3 體,II~VI 效蒸發為單體),堿爐為日處理固形物量530-630 噸的次高壓低臭式堿爐,苛化工段采用壓力過濾器工藝;產生的白泥采用拋棄填埋處理,未進行綜合利用處理。配套熱電車間選用 90T/H 循環硫化床鍋爐,配備2.5/3.0MW 汽輪發電機組。總體上實現了黑液處理排放合格,為造紙行業汙染治理提供了成功的範例。

  電滲析法

  電滲析法工藝一般采用循環式流程,黑液通過陽極室循環,稀堿液通過陰極室循環。在直流電場作用下,Na+ 通過陽膜進入陰極室,與電解產生的 OH–結合生成NaOH 而得以回收堿;陽極室黑液由於電解產生 H+ 而不斷被酸化,到一定程度時,將大部分木質素沉澱析出。電滲析法堿回收具有工藝過程簡單,操作方便、設備投資少,易於自動化等特點。為了進一步提高堿回收率並降低耗電量,尚需對電極和膜片進行改進。

  黑液氣化法

  黑液堿回收除了常采用上述兩種方法外,在國外還普遍使用的一種方法是黑液氣化法。其原理是將黑液在高溫快速反應器中氣化,使其中的有機物轉化為清潔的可供燃氣輪機使用的燃料氣體。黑液氣化法比傳統的燃燒回收更有效,且環境友好性強,是製漿造紙工業能源生產與回收的一種有前景的技術。

  對比以上三種工藝,總體上講,燃燒法堿回收能夠比較充分、全麵地回收利用資源,對於規模在年產量在 1.7 萬噸以上的造紙企業,該技術在經濟上可收回成本或有一定收益。但我國由於木材短缺,采用非木纖維原料生產的紙漿占紙漿總量的 70% 以上,這樣的原料結構限製了工廠的生產規模,80% 以上是年產 2 萬噸以下的中小型造紙廠,這些企業基本上不具備堿回收係統。

  2、打漿機汙水回收利用

  紙漿經過打漿機排出的汙水,其所含成分與黑液相同,隻不過濃度較低。由於所含的有機物質(纖維和堿等)數量少,回收較困難,但汙水 中的總固體、懸浮物和BOD5 仍然很高,直接排放對水體汙染仍很嚴重,因此需要進行處理。主要處理方法包括混凝沉澱法、氣浮法、活性汙泥法、穩定塘法、生物濾池法及 A/O 法等。

  3、造紙機汙水回收利用

  從造紙機上排出的汙水中含有大量纖維,如不回收利用,將造成很大浪費,因此,對造紙機器汙水必須加以充分的回收和重複利用。這些水部分可以用來稀釋紙漿(如案錕排出的白水),部分送至打漿工程使用(吸水箱和伏錕所壓出的汙水),打漿工程用不了的汙水,應送到回收裝置進行飼料回收。