1. 前言
目前,國(guó)外以廢紙為原料的制漿造紙廠,不少已實(shí)現(xiàn)*。實(shí)現(xiàn)*的關(guān)鍵是廢水處理和循環(huán)回用,*概念是:進(jìn)入系統(tǒng)的清水和原料中水分應(yīng)等于蒸發(fā)汽化水、成品紙中水分、篩渣及污泥中水分的總和而并非是零用水。與制漿過(guò)程相比,造紙過(guò)程節(jié)水潛力較大,較易實(shí)現(xiàn)封閉循環(huán)。因?yàn)樵旒堖^(guò)程排放掉的剩余白水中真正的無(wú)用廢棄物很少;無(wú)論是細(xì)小纖維,還是填料、助劑和水都是有用的,可以循環(huán)使用。紙機(jī)白水中含有細(xì)小纖維,少量果膠、醋、糖,造紙?zhí)盍虾湍承┨砑觿饕磻?yīng)在廢水中SS和COD比較高。目前國(guó)內(nèi)一些中小型企業(yè),特別是一些老企業(yè)排水量較大,通常達(dá)到100~200m3 /t紙,SS和COD負(fù)荷大約在50~70kg/t 和70~90kg/t 。
我國(guó)目前的再生紙和紙板廠大部分是非脫墨性的,即生產(chǎn)瓦楞紙、粗紙板和掛面紙板;紙張無(wú)白度要求,對(duì)水質(zhì)要求不高,從技術(shù)上講*可以做到封閉循環(huán),用水量達(dá)到 15m 3 每噸成品紙理論上是沒(méi)有問(wèn)題的。目前非脫墨再生造紙廠廢水的COD cr為800~1500mg/L ,BOD 5為150~350mg/L ,SS 為900~1200mg/L 。
2. 造紙廢水的封閉循環(huán)
2.1 造紙用水的種類及封閉循環(huán): 由于造紙過(guò)程各部分對(duì)用水水質(zhì)的要求不同,故要實(shí)現(xiàn)造紙廢水的封閉循環(huán),就要實(shí)行部分用水的單獨(dú)循環(huán)和白水的可循環(huán)利用。
(1)碎漿機(jī)用水。對(duì)產(chǎn)品外觀要求不高的產(chǎn)品(如瓦楞紙),可直接回用紙機(jī)網(wǎng)下白水,圓網(wǎng)濃縮機(jī)濃縮的白水也可以一部分回用到碎漿機(jī)上,無(wú)須經(jīng)任何處理即可循環(huán)回用。對(duì)于生產(chǎn)掛面紙的企業(yè),如果是采用多圓網(wǎng)紙機(jī)生產(chǎn)的,面層和底層網(wǎng)籠排出的白水直接回用于面層和底層的碎漿機(jī),芯層或襯層網(wǎng)籠排出的白水經(jīng)單獨(dú)的白水澄清系統(tǒng)后回用于芯層或襯層碎漿機(jī)。碎漿機(jī)用水一般要求不高(除非是碎白漿板,水要用清水或處理后較好的水,SS小于50mg/L ,PH 6~7 ),對(duì)SS沒(méi)什么要求,PH 5~7 。
(2)真空泵密封用水。 在清水使用中,真空泵用水量很大,需實(shí)行單獨(dú)水循環(huán),由于循環(huán)水溫往往較高(50~60.0 c) ,影響真空泵效率,增加了能耗,因此要增加一個(gè)小型的空氣冷卻塔把密封排水冷卻后再循環(huán)回用。其他冷卻用水(如液壓系統(tǒng)和潤(rùn)滑油系統(tǒng))經(jīng)冷卻塔單獨(dú)封閉回用。
(3)漿料稀釋用水。漿料稀釋用水包括沖漿系統(tǒng)和低濃除渣器及濕干損紙池的稀釋用水,均可采用紙機(jī)網(wǎng)下白水及圓網(wǎng)濃縮機(jī)濃縮出來(lái)的水來(lái)稀釋。因?yàn)殡S著循環(huán)利用率的提高,水中積累了大量的陰、陽(yáng)離子雜質(zhì),還有填料的加入使水中 PH 的出現(xiàn)偏差,因此需要定期更換循環(huán)白水,排放到水處理設(shè)備處理過(guò)后再回用。稀釋水要求:COD1200mg/L以下,PH 5~7,zeta電位要控制好,不能偏差太大。
(4)剩余紙機(jī)白水。由于剩余紙機(jī)白水含某些溶解性有機(jī)物,易滋生微生物,造成腐漿,影響尾漿的回用;另外隨著循環(huán)率增加,因?yàn)槟承┪廴疚镔|(zhì)的積累(如陰離子雜質(zhì))和PH 值的不穩(wěn)定(影響施膠效果),因此進(jìn)行比較完整的水處理(如氣浮池)后再循環(huán)回用到紙機(jī)上是必要的。處理后的水質(zhì):COD 300mg/L 以下,SS100mg/L 以下,PH 6~7,zeta電位好為零。
(5)有些系統(tǒng)的噴淋水可以用處理過(guò)的水來(lái)代替清水,如跳篩或圓筒篩或一部分的清潔用水,毛布沖洗水和網(wǎng)籠高壓水也可以用SS含量小于20mg/L處理水來(lái)代替清水,但要注意噴嘴的堵塞問(wèn)題,水管口好有過(guò)濾器。某些關(guān)鍵的部位(如真空泵)需添加少量清水以補(bǔ)充蒸發(fā),流漿箱消泡水、水針?biāo)们逅灰悦庠斐啥康牟▌?dòng)、水針堵塞造成斷頭。
2.2 白水回收及白水封閉循環(huán)
一般認(rèn)為,實(shí)行白水封閉循環(huán)會(huì)損失企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力,但事實(shí)上,封閉循環(huán)后減少的纖維,填料和熱能的損失會(huì)彌補(bǔ)白水封閉循環(huán)的投資。特別是實(shí)行封閉循環(huán)后所得到的環(huán)保形象會(huì)使企業(yè)得益斐淺。
美國(guó)長(zhǎng)期對(duì)25家非脫墨再生紙廠調(diào)查顯示:其中10家已經(jīng)達(dá)到了環(huán)保局的*要求,其他15家接近達(dá)到這個(gè)要求。*廠使用的清水主要用于紙板機(jī)噴淋水和碎漿用水,其他全部用于循環(huán)白水。
為了充分利用紙機(jī)上的白水,應(yīng)盡量根據(jù)廢水濃度的不同分級(jí)回收,因?yàn)閺募垯C(jī)不同部位脫出的白水的濃度和組成是不同的。例如:紙機(jī)網(wǎng)下真空箱之前的網(wǎng)下白水濃度是濃,簡(jiǎn)稱濃白水;而真空箱和壓榨部脫出的白水濃度較低簡(jiǎn)稱稀白水,另外還有洗毛毯水中含有毛毯毛,應(yīng)該與網(wǎng)下白水分開(kāi)回收。紙機(jī)系統(tǒng)還有許多地方須用清水作為冷卻水來(lái)進(jìn)行間接冷卻,如真空泵、液壓系統(tǒng)和磨漿機(jī)等,間接冷卻水未被污染,因此必須與紙機(jī)白水分開(kāi)單獨(dú)回收循環(huán)利用。
充分利用白水,可以減少清水用量,減少原料及藥品的流失,減少?gòu)U水處理設(shè)備的負(fù)荷,減少污染等,有著重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。紙機(jī)白水循環(huán)利用的基本原則是在不影響紙機(jī)操作和成紙質(zhì)量的前提下,盡量對(duì)白水加以處理和利用,尤其是優(yōu)先利用濃白水,以減少清水用量。
一般造紙機(jī)的白水可采用三級(jí)循環(huán)的方式來(lái)處理。其*級(jí)循環(huán)是采取網(wǎng)部的白水,用于沖漿稀釋系統(tǒng)。第二級(jí)循環(huán)是網(wǎng)部剩余的白水和噴水管的水等經(jīng)白水回收設(shè)備處理,回收其中物料,并將處理后的水分配使用的系統(tǒng)。第三級(jí)循環(huán)是紙機(jī)及其它工段的排水和第二級(jí)循環(huán)多余水,匯合起來(lái)經(jīng)水處理設(shè)備處理,并將部分處理水分配使用的系統(tǒng)。
(1)*級(jí)循環(huán)
真空箱之前的濃白水,其水量及內(nèi)含的物料量,都占網(wǎng)部排水的 60~90%, 這部分白水應(yīng)全部用于紙料的稀釋。一般來(lái)說(shuō),真空箱之前的紙層干度低于調(diào)漿箱處紙料的濃度,因此該部分白水往往可全部被用于稀釋,不足的部分用真空箱白水補(bǔ)充。但如果流漿箱中消泡水、網(wǎng)上定邊板的攔漿水,以及洗網(wǎng)的清水大量混入,濃白水將用不完,造成二級(jí)循環(huán)濃度升高,白水回收設(shè)備負(fù)荷增高,因此在設(shè)計(jì)和實(shí)踐中,應(yīng)盡量減少清水在濃白水中的混入。
*級(jí)循環(huán)系統(tǒng)中還包括低濃除渣器各段渣槽的稀釋。這部分水也應(yīng)采用*級(jí)循環(huán)的白水,好用其中的稀白水。因?yàn)闈獍姿當(dāng)y帶的物料量多,稀釋到同一濃度所需的白水多,使總液量加大,從而增加凈化設(shè)備的負(fù)荷,增大動(dòng)力消耗。
(2)第二級(jí)循環(huán)
第二級(jí)循環(huán)的白水,要經(jīng)過(guò)白水回收設(shè)備回收其中纖維,再回用處理后的水,所以網(wǎng)部剩余的白水將全部投入第二級(jí)循環(huán),其它白水,則要根據(jù)其纖維含量及水的潔凈程度,根據(jù)制漿造紙的各個(gè)系統(tǒng)的需要來(lái)加以選擇,具體可參見(jiàn)下表
造紙車間各種白水應(yīng)投入的循環(huán)系統(tǒng)
| 應(yīng)投入的循環(huán)系統(tǒng) | 備 注 |
一級(jí)循環(huán) | 二級(jí)循環(huán) | 三級(jí)循環(huán) |
網(wǎng)部剩余白水 | | 投入 | 投入 | 纖維含量多,就投入二級(jí)循環(huán) |
損紙池濃縮機(jī)排水 | | 投入 | | |
低濃除渣器排渣 | | | 投入 | 可用跳篩除去其中的粗渣 |
案輥、案板白水 | 投入 | | | |
真空箱白水 | 投入 | 投入 | | 作為*級(jí)的補(bǔ)充,多余者進(jìn)入第二級(jí)循環(huán) |
洗網(wǎng)噴淋水 | | 投入 | 投入 | |
真空伏輥白水 | | 投入 | 投入 | 濃度很低有時(shí)也不進(jìn)入二級(jí)循環(huán) |
壓榨排水 | | 投入 | 投入 | 注意有毛毯毛及微細(xì)組分形成的污染物,有時(shí)不能導(dǎo)入二級(jí)循環(huán) |
毛布洗滌水 | | 投入 | 投入 | 注意有毛毯毛 |
冷卻水、泵的密封水 | | | 投入 | 若無(wú)油污可返回清水系統(tǒng)循環(huán)使用 |
處理后的白水,因處理設(shè)備的性能不同、水質(zhì)不同,可根據(jù)具體情況,選擇用水部位。對(duì)于處理效果好的白水,可作為噴水管用水,一般則可送往打漿調(diào)料部分作為稀釋用水。
(三)第三級(jí)循環(huán)
該系統(tǒng)的水,含有許多樹(shù)脂、油污、粗重雜質(zhì)等,也含有可回用的填料、纖維,所以應(yīng)該進(jìn)一步的處理,以便回用其中的填料、纖維、水等資源,也利于環(huán)保。
常用白水處理技術(shù)有:多圓盤過(guò)濾機(jī)、氣浮技術(shù)和單純沉淀塔技術(shù),氣浮技術(shù)中又有近來(lái)開(kāi)發(fā)的淺層氣浮和渦凹?xì)飧。拜^經(jīng)典的壓力溶氣氣浮和射流氣浮,還有 A/O 法生化處理技術(shù)。一般氣浮池不能獲得高質(zhì)量的水,要達(dá)到白水回用在紙機(jī)上,建議采用淺沉氣浮池 , 配合本公司的“紙寶”系列凈水劑,真正達(dá)到清潔生產(chǎn)和“*”。
2.3 白水封閉程度的選擇和經(jīng)濟(jì)效益比較
進(jìn)行白水封閉并不是盲目的追求全封閉和“*”,而是在保證紙機(jī)正常操作和紙葉性能的前提下盡可能地提高白水封閉程度,使經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性有機(jī)的起來(lái)。下圖為不同紙廠的白水封閉程度。
工廠類型 | 白水封閉程度(以每噸紙耗清水量計(jì)) |
硫酸鹽法漿廠 | 38m 3 /t |
機(jī)械漿—脫墨漿新聞紙廠 | 20m 3 /t |
回用纖維紙廠 | 5m 3 /t |
下表為某新聞紙廠的白水封閉的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。據(jù)該表可知,隨著封閉程度的提高,系統(tǒng)中的無(wú)機(jī)和有機(jī)溶解物含量上升很快,B封閉程度下總無(wú)機(jī)和有機(jī)溶解物含量分別比A封閉程度下增加了6倍和3倍,而在C封閉程度下則分別增加了38和10倍,這表明在越高的封閉程度下,系統(tǒng)中的溶解物積累越快。研究表明,在A和B封閉程度下,紙機(jī)運(yùn)行和紙頁(yè)性能并沒(méi)有受到嚴(yán)重的影響,而C封閉程度下,水系統(tǒng)的循環(huán)使用使紙機(jī)操作困難,同時(shí)使紙頁(yè)性能指標(biāo)下降較大。從表中的數(shù)據(jù)得知B封閉程度下合適,經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性有機(jī)起來(lái)。
封閉程度 (以日耗水水量) | 總無(wú)機(jī)溶解物 ( g/L ) | 總有機(jī)溶解物 ( g/L ) | 設(shè)備費(fèi)用 ( 10 6 ¥) | 運(yùn)行費(fèi)用 ( 10 6 ¥) | 總費(fèi)用 ( 10 6 ¥) |
A ( 10t/d ) | 1.11 | 6.46 | 53.4 | 3.02 | 56.42 |
B ( 5t/d ) | 6.78 | 18.95 | 43.2 | 1.42 | 44.62 |
C ( 2t/d ) | 38.02 | 69.53 | 44.4 | 1.20 | 45.60 |
3. 封閉循環(huán)后的主要污染物及處理方法
(1) 可溶性有機(jī)物。水封閉循環(huán)后,可溶性有機(jī)物在水中積累,同時(shí)水溫上升,為微生物生長(zhǎng)創(chuàng)造了條件。那些能形成粘液和絲狀的微生物,因?yàn)槟軌蚋街谌萜鞅诙子谏L(zhǎng),成團(tuán)的帶粘液的微生物與纖維一起形成腐漿,容易造成紙頁(yè)的空洞、透明點(diǎn)等紙病,甚至造成抄造斷頭;所以說(shuō)可溶性有機(jī)物是封閉循環(huán)水處理中首先要解決的污染物。腐漿所造成的H 2 S和揮發(fā)性脂肪酸 (VAF) 會(huì)進(jìn)一步影響產(chǎn)品質(zhì)量 .
(2) 鹽積累和腐蝕問(wèn)題。陽(yáng)離子除了鈉以外,還有鈣鹽,如碳酸鈣和硫酸鈣。碳酸鈣來(lái)自廢紙中的填料和涂布層,碳酸鈣和 VAF 反應(yīng)生成醋酸鈣并放出二氧化碳,二氧化碳易引起氣泡和泡沫,產(chǎn)生紙病和斷頭,嚴(yán)重影響抄造。來(lái)自廢紙的硫酸根(如原紙抄造中施膠用的硫酸鋁)與廢水中的鈣離子會(huì)形成硫酸鈣,在紙機(jī)網(wǎng)部形成垢層,造成糊網(wǎng)、粘輥等毛病,難于抄造。而且硫酸根和 VAF 還有腐蝕性,水溫升高更加劇腐蝕速度。
(3) 二次膠粘物。二次膠粘物來(lái)自于印刷油墨、膠粘劑、涂布組分及某些添加劑,是具有膠粘性的憎水性物質(zhì),能穩(wěn)定于水中,引起的抄造問(wèn)題相當(dāng)于樹(shù)脂障礙,從而使紙漿粘度升高,網(wǎng)部濾水困難。
(4) 陰離子廢物。陰離子廢物是指親水性的、分子量大的一類有機(jī)物,主要來(lái)自于半纖維素和木素的降解組分,以及淀粉、油墨等其他物質(zhì)。
總結(jié)以上污染物主要可分為:粗、細(xì)懸浮性顆粒污染物:可采用物理、化學(xué)沉淀、過(guò)濾等方法去除;可溶性污染物分可溶性有機(jī)物和可溶性無(wú)機(jī)物:可溶性有機(jī)物好的方法是采用厭氧、好氧生化處理,而可溶性無(wú)機(jī)物即鹽類則需要膜分離技術(shù)。
4. 結(jié)論
1. 封閉循環(huán)目前在我國(guó)基本上是可以實(shí)現(xiàn)的,并將大大減少造紙的用水量和廢水的產(chǎn)生量,利于環(huán)保,也利于企業(yè)。
2. 封閉循環(huán)后主要污染物長(zhǎng)期積累,故要定期對(duì)白水進(jìn)行處理或更換循環(huán)白水。
3. 白水封閉循環(huán)不能一味的追求全封閉和“*”,而是在保證紙機(jī)正常操作和紙葉性能的前提下盡可能地提高白水封閉程度,使經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性有機(jī)的起來(lái)。
所以,各級(jí)水系統(tǒng)循環(huán)回用而達(dá)到*具有深遠(yuǎn)的意義 , 節(jié)水降污已經(jīng)成為當(dāng)今造紙刻不容緩的事情,制漿造紙廢水的封閉循環(huán)和*可以給造紙企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益,減少各種原材料的消耗,降低生產(chǎn)成本。另外,廢水*避免環(huán)境污染,真正做到清潔生產(chǎn),將會(huì)是造紙業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)新里程碑。