造纸废水资源化利用的探讨

Posted 2023-01-12 水资源

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通过分析造纸废水水质的分类和特点，提出了造纸工业废水尤其是造纸黑液综合利用资源化的途径，为造纸工业废水尤其是造纸黑液资源化途径的探讨提出了思路。
[中图分类号]X793[文献标识码]A[文章编号]1003-2673(2010)09-113-02
1.前言
制浆造纸工业是国民经济的重要产业之一。截至2009年底，广西全区已拥有制浆造纸企业200多家，纸及纸板产量200万吨，约占全国的2%，产值150亿元。广西已初步形成了以北海、防城港和钦州为基地的北部湾沿岸造纸产业带，并成功引进了包括APP、斯道拉恩索等世界造纸巨头。广西壮族自治区政府公布了全区造纸业发展规划：到2012年全区纸浆产量400万吨，纸和纸板产量500万吨，造纸业产值380亿元，工业增加值160亿元；到2015年，全区纸浆产量700万吨，纸和纸板产量900万吨，造纸业产值800亿元，工业增加值达320亿元；到2020年，全区纸和纸板产量1100万吨，造纸业产值1200亿元，工业增加值480亿元。
然而造纸工业也是一个用水量大、污染严重的行业。由于造纸废水污染物浓度高、治理难度大，各国均将造纸废水列为主要公害之一。在全球环境保护意识日益增强的今天，造纸行业废水作为污染环境的主要污染源日益受到人们的重视。能否解决好我国造纸工业的水污染问题，不仅关系到造纸行业自身的生存与发展，也关系到我国生态环境质量的改善。因此，开发一种治理效果好、经济实用的造纸废水处理工艺是非常必要的。
2.造纸废水的种类和特点
2.1造纸废水的种类
制浆造纸工业是指用物理、化学或者物理化学相结合的方法使植物纤维原料离解变成本色纸浆或者漂白纸浆，再将纸浆抄造成纸产品的过程。在造纸生产过程中，主要产生三种废水黑液、中段水和白水。
2.2造纸废水的特点
(1)黑液
蒸煮所得的废液含有大量木质素和半纤维素等降解产物、色素、戊糖类、残碱及其它溶出物，废水颜色呈现棕黑色，因此蒸煮废水又称为黑液。黑液是超高浓度废液，是制浆过程中污染物浓度最高的废液，它几乎集中了制浆造纸过程90%的污染物，每生产1t纸浆约排出黑液10t。它含有大量的烧碱和杂质，其中65%为有机物，BOD浓度在5000～40000mg/L，COD值一般都在数万mg/L左右，有的甚至高达18万mg/L。黑液中的有机物大部分是由木质素构成，木质素存在于植物细胞壁内，在制浆工艺的高温、高压、高PH值的情况下溶解于水中，构成制浆废水的主要污染成分。

(2)中段水
一般是指纸浆漂白、筛选、净化过程中产生的废水，也就是说在洗浆(提取)之后，打浆抄纸之前，各个工序中产生的废水。制浆中段废水是经过黑液提取后的蒸煮浆料在洗涤、筛选、漂白以及打浆中所排出的废水。这部分废水水量较大，每吨浆约产生50～200t中段废水。中段废水的污染量约占8%～9%，吨浆COD负荷310Kg左右，含有较多的木质素、纤维素等降解产物、有机酸等有机物，以可溶性COD为主。根据我国目前生产现状，生产1吨漂白麦草风干浆要产生200～650m3中段水。

(3)白水
白水是指在抄纸过程中产生的废水。根据纤维含量的高低又分为浓白水和稀白水，大部分浓白水一般直接回用到抄纸前的调浓中，稀白水和少量浓白水排出抄纸车间外。主要含有细小纤维和抄纸时添加的填料、胶料和化学品等，这部分废水的水量较大，每吨纸产生的白水量为100～150t，其污染物负荷低，以不溶性COD为主，易于处理，在回收纤维的同时可以回收，重复利用。
3.造纸废水资源化途径的探讨
3.1造纸黑液的处理与资源化
3.1.1碱回收法
碱回收处理法是目前解决黑液问题比较有效的方法，通过黑液提取、蒸发、燃烧、苛化四个主要工段，可将黑液中的SS、COD、BOD一并彻底去除，并可回收碱，产生二次蒸汽(能量)。加入除硅剂，改进工艺后，能使黑液硅含量降低95%以上，而碱损失却只有5%左右.此工艺基本解决了白泥回收中硅含量过高的问题。
3.1.2酸析法
利用烟道气酸析黑液是近年来处理黑液的另一种方法。对蒸煮黑液进行烟道气酸析，其酸析过程兼具强酸和弱酸酸析的特点，净化效果可达到硫酸酸化法的水平，而终点pH值却较硫酸法高2-2.5个pH值，极大地减轻了二次酸性废水的污染。在对黑液中木质素、硅酸析出条件及其胶体特性，对烟气中二氧化硫气的催化氧化原理和胶体微粒絮凝理论等一系列问题进行研究的基础上，设计了“黑液烟气酸析净化—单阳膜电渗析"的碱回收工艺流程。该工艺采用了以废治废的方法，既消除了烟道气污染，又避免了木质素沉淀堵槽的现象，从而提高了碱的回收率，降低了吨碱的耗电量。
3.1.3作为型煤的粘合剂
加工型煤需要添加粘合剂，一般使用的粘合剂是泡花碱和黄土。如果用造纸黑液作为加工型煤的粘合剂，取代泡花碱，既可节省原料，又可消除或减轻造纸黑液对环境的污染，并使造纸黑液得到综合利用，这将为造纸黑液的综合利用开辟一种新途径。实验表明，用黑液作为型煤的粘合剂是可行的，试验取得成功。此外，还可以考虑把造纸黑液作为水煤浆生产工艺用水，既可为造纸黑液寻找综合利用的新出路，又可以节约水资源。
3.1.4生产木素磺酸钠
采用黑液高浓提取、蒸发浓缩、磺化、喷雾干燥，转化成木质素产品，从污染源头拿掉黑液，能实现造纸污水的零排放。投资较碱回收少，以日处理300～400吨黑液(出木质素1万吨/年规模)为例，其投资仅需500多万元。木质素磺酸钠富含磺酸基和羧基等活性基因，具有较好的溶解性能、较高的表面活性和分散能力，广泛应用于化工、建筑、陶瓷、矿粉、冶金、石油、耐火材料、水煤浆分散剂等行业，其分散性、引气性和缓凝性，可改善混凝土的性能，还可达到提高强度、节约水泥的目的。
3.1.5制取糠醛法
用草类制浆黑液制取糠醛，这对于不能用碱回收方法处理黑液来说是一种好方法。这种方法的主要工艺过程是通过蒸发来浓缩黑液，并经加酸、加热进行水解后转化为戊糖，戊糖脱水便制成糠醛。
3.1.6制磷肥法
将黑液蒸发浓缩至25波美度(25°Be)浓度，与磷石、钾石共同在1100℃温度下燃烧，利用黑液中部分热量和高温燃烧时生成的碳酸钠烧制成磷肥。
3.2白水的处理与回用
3.2.1气浮法处理白水
白水中所含的物质为短纤维、填料、胶状物以及溶解物，它经过调节后在气浮池内与减压后的溶气水混合，进行气浮操作过程。完成分离后，清水入清水池供纸机回用，短纤维进入浆池供造纸机回用。气浮法在我国造纸企业中有较广的应用。海拉尔晨鸣纸业公司使用气浮法使纤维、填料与水分离得到较为满意的效果，处理后的水全部回用。海拉尔晨鸣纸业公司应用气浮技术回收纸机白水，使SS去除率达到94%，COD降至200mg/L以下，出水清澈透明，并且实现了循环再利用。
3.2.2黑液和白水的混合废水作为农业灌溉用水
土地处理污水是一种应用较多的污水处理方法，但是将造纸黑液和白水的混合废水用于农田灌溉，并取得成功的实例少见，所以把造纸废水灌溉作为一种综合利用的新方法提出，其目的是使这种方法得到完善和发展。废水灌溉是利用土壤净化废水的处理方法，因为土壤是一种天然的净化系统，具有废水净化中的物理、化学和生物的作用，如机械的渗滤、物理和化学的吸附或吸收，以及微生物群落的生物降解作用。但是造纸工业废水污灌有两个需要注意和考虑的问题：一是污灌必须按照国家《农田污灌水质标准》控制污灌水质，预防农田污染和危害，并定期对污灌地区进行污染状况调查；二是农灌是有季节性的。
3.3中段水活性污泥法
活性污泥法是利用微生物降解代谢有机物为无机物来处理废水。通过人为的创造适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、兼性氧和生物酶法等。通常为了取得更好的处理效果，将好氧法和厌氧法联合使用。针对草浆造纸中段废水，进行了厌氧折流板反应器(ABR)、序批式反应器(SBR)及ABR-SBR组合处理工艺的研究，结果表明：ABR的水力停留时间(HRT)为6h时，废水可生化性由0.2～0.25增加到0.4～0.5；SBR最佳HRT为8h，单独运行，COD去除率65%左右；ABR-SBR组合工艺中SBR处理效果明显提高，COD去除率达80%左右，且组合工艺处理效果好，COD和BOD5去除率达90%左右，抗冲击负荷能力强。
3.4芦苇人工湿地处理造纸废水
芦苇是一种多年生的草本植物，耐盐碱，适应性和抗逆性强，尤其在湿地环境下，生长繁殖极为迅速，且芦苇湿地能通过物理、化学和生物的作用对废水进行自然降解处理。山东省沾化齐明纸业有限公司，充分利用芦苇湿地的这一特性，利用人工芦苇湿地处理造纸废水，变废为宝，使造纸废水得到资源化利用，取得了显著的经济效益、生态效益和社会效益。该方法是利用造纸废水浇灌盐碱地，创造湿地环境种植芦苇，利用芦苇湿地对废水自然降解处理，处理后的废水回流利用，实现工业废水零排放。湿地生产的芦苇用作造纸原料，盐碱地经过3～4年的改良，可开垦为耕地种植农作物，从而实现造纸废水资源化利用和造纸废水的零排放，实现造纸废水资源化利用，经济效益、生态效益、社会效益显著。
4.结语
随着科技的不断进展，制浆造纸废水处理和资源化技术日新月异。根据造纸废水资源化探讨，因地制宜地采用污灌方法是不花钱解决造纸工业废水出路的一种十分简便有效的方法。农田污灌方法不但不会对农田、作物造成污染和危害，相反废水中的养料能给农田作物提供肥料，促进作物的生长，又可减少农肥和化肥的使用量，给农民带来明显的经济效益，并且可以解决缺水地区的农业用水问题。利用人工芦苇湿地处理造纸废水，处理后的废水回流再利用，芦苇湿地生产的芦苇用作造纸原料。芦苇湿地经过3到4年的改良又可开垦为耕地，实现造纸废水资源化利用，经济效益、生态效益、社会效益显著。如与其他行业嫁接，充分发挥其在环保和生态方面的作用，则有更好的效益。
综上所述，污灌和利用芦苇人工湿地是解决造纸工业废水出路的值得推广的好方法，用造纸黑液作为型煤的粘合剂、用来生产木素磺酸钠和制取糠醛、磷肥是很值得人们探索和开发的综合利用黑液的途径。