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造纸废水(白水)的封闭循环和零排放
点击次数:4205 发布时间:2011-05-08

 

1. 前言

  目前,国外以废纸为原料的制浆造纸厂,不少已实现零排放。实现零排放的关键是废水处理和循环回用,零排放概念是:进入系统的清水和原料中水分应等于蒸发汽化水、成品纸中水分、筛渣及污泥中水分的总和而并非是零用水。与制浆过程相比,造纸过程节水潜力较大,较易实现封闭循环。因为造纸过程排放掉的剩余白水中真正的无用废弃物很少;无论是细小纤维,还是填料、助剂和水都是有用的,可以循环使用。纸机白水中含有细小纤维,少量果胶、醋、糖,造纸填料和某些添加剂,主要反应在废水中SS和COD比较高。目前国内一些中小型企业,特别是一些老企业排水量较大,通常达到100~200m3 /t纸,SS和COD负荷大约在50~70kg/t 和70~90kg/t 。

  我国目前的再生纸和纸板厂大部分是非脱墨性的,即生产瓦楞纸、粗纸板和挂面纸板;纸张无白度要求,对水质要求不高,从技术上讲完全可以做到封闭循环,用水量达到 15m 3 每吨成品纸理论上是没有问题的。目前非脱墨再生造纸厂废水的COD cr为800~1500mg/L ,BOD 5为150~350mg/L ,SS 为900~1200mg/L 。

2. 造纸废水的封闭循环

2.1 造纸用水的种类及封闭循环: 由于造纸过程各部分对用水水质的要求不同,故要实现造纸废水的封闭循环,就要实行部分用水的单独循环和白水的可循环利用。

  (1)碎浆机用水。对产品外观要求不高的产品(如瓦楞纸),可直接回用纸机网下白水,圆网浓缩机浓缩的白水也可以一部分回用到碎浆机上,无须经任何处理即可循环回用。对于生产挂面纸的企业,如果是采用多圆网纸机生产的,面层和底层网笼排出的白水直接回用于面层和底层的碎浆机,芯层或衬层网笼排出的白水经单独的白水澄清系统后回用于芯层或衬层碎浆机。碎浆机用水一般要求不高(除非是碎白浆板,水要用清水或处理后较好的水,SS小于50mg/L ,PH 6~7 ),对SS没什么要求,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,需实行单独水循环,由于循环水温往往较高(50~60.0 c) ,影响真空泵效率,增加了能耗,因此要增加一个小型的空气冷却塔把密封排水冷却后再循环回用。其他冷却用水(如液压系统和润滑油系统)经冷却塔单独封闭回用。

  (3)浆料稀释用水。浆料稀释用水包括冲浆系统和低浓除渣器及湿干损纸池的稀释用水,均可采用纸机网下白水及圆网浓缩机浓缩出来的水来稀释。因为随着循环利用率的提高,水中积累了大量的阴、阳离子杂质,还有填料的加入使水中 PH 的出现偏差,因此需要定期更换循环白水,排放到水处理设备处理过后再回用。稀释水要求:COD1200mg/L以下,PH 5~7,zeta电位要控制好,不能偏差太大。

  (4)剩余纸机白水。由于剩余纸机白水含某些溶解性有机物,易滋生微生物,造成腐浆,影响尾浆的回用;另外随着循环率增加,因为某些污染物质的积累(如阴离子杂质)和PH 值的不稳定(影响施胶效果),因此进行比较完整的水处理(如气浮池)后再循环回用到纸机上是必要的。处理后的水质:COD 300mg/L 以下,SS100mg/L 以下,PH 6~7,zeta电位好为零。

  (5)有些系统的喷淋水可以用处理过的水来代替清水,如跳筛或圆筒筛或一部分的清洁用水,毛布冲洗水和网笼高压水也可以用SS含量小于20mg/L处理水来代替清水,但要注意喷嘴的堵塞问题,水管口好有过滤器。某些关键的部位(如真空泵)需添加少量清水以补充蒸发,流浆箱消泡水、水针水要用清水;以免造成定量的波动、水针堵塞造成断头。

2.2 白水回收及白水封闭循环

  一般认为,实行白水封闭循环会损失企业的经济效益和产品竞争力,但事实上,封闭循环后减少的纤维,填料和热能的损失会弥补白水封闭循环的投资。特别是实行封闭循环后所得到的环保形象会使企业得益斐浅。

  美国环境保护局对25家非脱墨再生纸厂调查显示:其中10家已经达到了环保局的零排放要求,其他15家接近达到这个要求。零排放厂使用的清水主要用于纸板机喷淋水和碎浆用水,其他全部用于循环白水。

  为了充分利用纸机上的白水,应尽量根据废水浓度的不同分级回收,因为从纸机不同部位脱出的白水的浓度和组成是不同的。例如:纸机网下真空箱之前的网下白水浓度是浓,简称浓白水;而真空箱和压榨部脱出的白水浓度较低简称稀白水,另外还有洗毛毯水中含有毛毯毛,应该与网下白水分开回收。纸机系统还有许多地方须用清水作为冷却水来进行间接冷却,如真空泵、液压系统和磨浆机等,间接冷却水未被污染,因此必须与纸机白水分开单独回收循环利用。

  充分利用白水,可以减少清水用量,减少原料及药品的流失,减少废水处理设备的负荷,减少污染等,有着重要的经济和社会效益。纸机白水循环利用的基本原则是在不影响纸机操作和成纸质量的前提下,尽量对白水加以处理和利用,尤其是优先利用浓白水,以减少清水用量。

   一般造纸机的白水可采用三级循环的方式来处理。其*级循环是采取网部的白水,用于冲浆稀释系统。第二级循环是网部剩余的白水和喷水管的水等经白水回收设备处理,回收其中物料,并将处理后的水分配使用的系统。第三级循环是纸机及其它工段的排水和第二级循环多余水,汇合起来经水处理设备处理,并将部分处理水分配使用的系统。

  (1)*级循环

  真空箱之前的浓白水,其水量及内含的物料量,都占网部排水的 60~90%, 这部分白水应全部用于纸料的稀释。一般来说,真空箱之前的纸层干度低于调浆箱处纸料的浓度,因此该部分白水往往可全部被用于稀释,不足的部分用真空箱白水补充。但如果流浆箱中消泡水、网上定边板的拦浆水,以及洗网的清水大量混入,浓白水将用不完,造成二级循环浓度升高,白水回收设备负荷增高,因此在设计和实践中,应尽量减少清水在浓白水中的混入。

  *级循环系统中还包括低浓除渣器各段渣槽的稀释。这部分水也应采用*级循环的白水,好用其中的稀白水。因为浓白水携带的物料量多,稀释到同一浓度所需的白水多,使总液量加大,从而增加净化设备的负荷,增大动力消耗。

  (2)第二级循环

  第二级循环的白水,要经过白水回收设备回收其中纤维,再回用处理后的水,所以网部剩余的白水将全部投入第二级循环,其它白水,则要根据其纤维含量及水的洁净程度,根据制浆造纸的各个系统的需要来加以选择,具体可参见下表

        造纸车间各种白水应投入的循环系统
 
 
应投入的循环系统
备 注
一级循环
二级循环
三级循环
网部剩余白水
 
投入
投入
纤维含量多,就投入二级循环
损纸池浓缩机排水
 
投入
 
 
低浓除渣器排渣
 
 
投入
可用跳筛除去其中的粗渣
案辊、案板白水
投入
 
 
 
真空箱白水
投入
投入
 
作为*级的补充,多余者进入第二级循环
洗网喷淋水
 
投入
投入
 
真空伏辊白水
 
投入
投入
浓度很低有时也不进入二级循环
压榨排水
 
投入
投入
注意有毛毯毛及微细组分形成的污染物,有时不能导入二级循环
毛布洗涤水
 
投入
投入
注意有毛毯毛
冷却水、泵的密封水
 
 
投入
若无油污可返回清水系统循环使用
  处理后的白水,因处理设备的性能不同、水质不同,可根据具体情况,选择用水部位。对于处理效果好的白水,可作为喷水管用水,一般则可送往打浆调料部分作为稀释用水。

        (三)第三级循环

  该系统的水,含有许多树脂、油污、粗重杂质等,也含有可回用的填料、纤维,所以应该进一步的处理,以便回用其中的填料、纤维、水等资源,也利于环保。
 
  常用白水处理技术有:多圆盘过滤机、气浮技术和单纯沉淀塔技术,气浮技术中又有近来开发的浅层气浮和涡凹气浮,及较经典的压力溶气气浮和射流气浮,还有 A/O 法生化处理技术。一般气浮池不能获得高质量的水,要达到白水回用在纸机上,建议采用浅沉气浮池 , 配合本企业的“纸宝”系列净水剂,真正达到清洁生产和“零排放”。

2.3 白水封闭程度的选择和经济效益比较

  进行白水封闭并不是盲目的追求全封闭和“零排放”,而是在保证纸机正常操作和纸叶性能的前提下尽可能地提高白水封闭程度,使经济性和环保性有机的起来。下图为不同纸厂的白水封闭程度。
工厂类型
白水封闭程度(以每吨纸耗清水量计)
硫酸盐法浆厂
38m 3 /t
机械浆—脱墨浆资讯纸厂
20m 3 /t
回用纤维纸厂
5m 3 /t
  下表为某资讯纸厂的白水封闭的技术和经济指标。据该表可知,随着封闭程度的提高,系统中的无机和有机溶解物含量上升很快,B封闭程度下总无机和有机溶解物含量分别比A封闭程度下增加了6倍和3倍,而在C封闭程度下则分别增加了38和10倍,这表明在越高的封闭程度下,系统中的溶解物积累越快。研究表明,在A和B封闭程度下,纸机运行和纸页性能并没有受到严重的影响,而C封闭程度下,水系统的循环使用使纸机操作困难,同时使纸页性能指标下降较大。从表中的数据得知B封闭程度下合适,经济性和环保性有机起来。
封闭程度
(以日耗水水量)
总无机溶解物
( g/L )
总有机溶解物
( g/L )
设备费用
( 10 6 ¥)
运行费用
( 10 6 ¥)
总费用
( 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. 封闭循环后的主要污染物及处理方法

  (1) 可溶性有机物。水封闭循环后,可溶性有机物在水中积累,同时水温上升,为微生物生长创造了条件。那些能形成粘液和丝状的微生物,因为能够附着在容器壁而易于生长,成团的带粘液的微生物与纤维一起形成腐浆,容易造成纸页的空洞、透明点等纸病,甚至造成抄造断头;所以说可溶性有机物是封闭循环水处理中首先要解决的污染物。腐浆所造成的H 2 S和挥发性脂肪酸 (VAF) 会进一步影响产品质量 .

  (2) 盐积累和腐蚀问题。阳离子除了钠以外,还有钙盐,如碳酸钙和硫酸钙。碳酸钙来自废纸中的填料和涂布层,碳酸钙和 VAF 反应生成醋酸钙并放出二氧化碳,二氧化碳易引起气泡和泡沫,产生纸病和断头,严重影响抄造。来自废纸的硫酸根(如原纸抄造中施胶用的硫酸铝)与废水中的钙离子会形成硫酸钙,在纸机网部形成垢层,造成糊网、粘辊等毛病,难于抄造。而且硫酸根和 VAF 还有腐蚀性,水温升高更加剧腐蚀速度。

  (3) 二次胶粘物。二次胶粘物来自于印刷油墨、胶粘剂、涂布组分及某些添加剂,是具有胶粘性的憎水性物质,能稳定于水中,引起的抄造问题相当于树脂障碍,从而使纸浆粘度升高,网部滤水困难。

  (4) 阴离子废物。阴离子废物是指亲水性的、分子量大的一类有机物,主要来自于半纤维素和木素的降解组分,以及淀粉、油墨等其他物质。
  
  总结以上污染物主要可分为:粗、细悬浮性颗粒污染物:可采用物理、化学沉淀、过滤等方法去除;可溶性污染物分可溶性有机物和可溶性无机物:可溶性有机物好的方法是采用厌氧、好氧生化处理,而可溶性无机物即盐类则需要膜分离技术。

4. 结论

  1. 封闭循环目前在我国基本上是可以实现的,并将大大减少造纸的用水量和废水的产生量,利于环保,也利于企业。

  2. 封闭循环后主要污染物长期积累,故要定期对白水进行处理或更换循环白水。

  3. 白水封闭循环不能一味的追求全封闭和“零排放”,而是在保证纸机正常操作和纸叶性能的前提下尽可能地提高白水封闭程度,使经济性和环保性有机的起来。

  所以,各级水系统循环回用而达到零排放具有深远的意义 , 节水降污已经成为当今造纸刻不容缓的事情,制浆造纸废水的封闭循环和零排放可以给造纸企业带来巨大的经济效益,减少各种原材料的消耗,降低生产成本。另外,废水零排放避免环境污染,真正做到清洁生产,将会是造纸业可持续发展的一个新里程碑。
 

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