废纸造纸废水处理技术

Posted 2023-01-12 水处理

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废纸造纸是以废纸为主要原料生产纸张的造纸方式，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，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。因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。
一、废纸造纸中废水的污染特性
废纸再生造纸工艺大体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。
(一)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。
(二)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；鉴于废纸种类、来源、处理工艺以及废纸处理过程的技术装备情况的不同，排放废水的污染特性差异较大。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。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。
二、废纸造纸废水处理技术
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，通常采用将几种处理方法结合在一起的多级综合处理方法。
(一)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，通常采用物理法，辅以化学法。
1.过滤
过滤法是最简单的去除细小纤维的方法，对其他处理设施起到保护作用。过滤通常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，所以只能作为预处理的手段。
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。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。
(二)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，通常以生化法和物化法为主，并辅以物理法、化学法。
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。
序批式间歇反应器(SBR)是近些年开发的活性污泥法工艺，该工艺通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(6～10kgCODcr/m3.d)和高去除率(CODcr去除率80%～90%)。
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，尤其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。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。
3.厌氧生物处理
厌氧生物处理不仅可以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，在造纸工业废水处理中得到了有效应用。
4.混凝沉淀
混凝沉淀法是废水处理技术中最常用的方法，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、胶体和可絮凝的其他物质失去稳定后，由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，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%。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，辅以其他处理方法，例如，混凝沉淀-化学氧化处理法、厌氧-好氧生物处理法等。
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，可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，可以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。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。
(三)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，通常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；并且，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。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。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在经济上十分可行。
三、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。目前，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，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，就可以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。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，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，不仅有效控制了废水“零排放"，而且改善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可以大为简化，运行费用相对较低，出水水质也大为改善。当然，零排放技术有其适用条件，因各造纸厂生产设备、产品种类、经济实力等方面的差异，这项技术的应用尚不能普及。
四、结语
目前，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。