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造紙廢水處理技術現狀與展望

作者: 信合達機械 時間:2021-04-15 來源:未知
摘要:造紙廢水主要來源于造紙生產過程中的制漿和抄紙,洗漿廢水呈黑褐色,含有大量的纖維、無機鹽和色素,抄紙廢水中含有大量的纖維和造紙過程中的填料。對其不進行科學合理的處理...

造紙廢水主要來源于造紙生產過程中的制漿和抄紙,洗漿廢水呈黑褐色,含有大量的纖維、無機鹽和色素,抄紙廢水中含有大量的纖維和造紙過程中的填料。對其不進行科學合理的處理,不僅污染環境,而且會造成水資源極大的浪費。本文分析了造紙廢水的來源及特點,并對常用的處理工藝進行評價和分析,最后對造紙廢水處理技術的發展進行了展望。
 

 
  造紙工業是我國經濟的重要組成部分,是文化教育、新聞出版以及工農業的重要物資基礎,是現代生活和社會發展的重要物質象征。一般來說,每生產1噸的成品紙,就需要消耗4——5m3木材,造紙工業消耗木材數量巨大,對生態環境的影響嚴重。
 
  在造紙過程中還會產生大量的造紙廢水,通常情況下,每生產1噸紙漿,就會產生60——100m3的廢水,而廢水中含有大量的半纖維素、木質素、無機酸鹽、無機填料、油墨等[1]??梢?,造紙廢水的排放量大,而且污染嚴重,如不對其進行科學有效的處理,不僅會對生態環境造成嚴重的污染,還會浪費大量的水資源,極不符合我國可持續的發展戰略。
 
  隨著造紙行業的不斷發展,其廢水的排放和治理也受到更多的重視。因此,如何將造紙廢水化害為利,促進造紙工業和環境保護共同發展具有非常重要的意義。
 
  1造紙廢水的來源及特點
 
  1.1廢水的來源
 
  在造紙過程中主要產生三類廢水,黑液、中段廢水、和紙機白水。黑水主要是在蒸煮制漿過程中除渣、洗漿以及漂洗產生的洗滌廢水,廢水量較大,占造紙廢水總量的90%。中段水是在紙漿洗滌、篩選和漂白過程中產生的廢水;紙機廢水是在抄紙車間生產過程中產生的廢水[2]。
 
  1.2廢水的特點
 
  造紙工業廢水是在其生產過程中產生的廢水,其廢水特點與生產工藝、原料、產品種類等有著重要的關系。一般來講造紙廢水主要的污染物有四類:(1)還原性物質,例如木素、無機鹽等;(2)可生物降解類物質,有半纖維素、樹脂酸,還有一些低分子的糖、醇、有機酸等;(3)懸浮物,例如細小纖維素、無機填料等;(4)色素類物質,有油墨、染料等。
 
  不同的產品種類和制漿工藝產生的廢水中CODCr、BOD5、TSS含量不同。例如非脫墨工藝產生的廢水CODCr濃度為800——1500mg/L、BOD5濃度150——350mg/L、TSS濃度為900——1200mg/L,脫墨工藝廢水的CODCr濃度為200mg/L左右、BOD5濃度為300——900mg/L、TSS濃度為500——1500mg/L。此外,在一些使用次氯酸鈉漂白制紙過程中還存在三氯甲烷等具有毒性的物質。因此,造紙工業廢水水量大,成分復雜,還具有一定的毒性。
 
  2造紙廢水處理技術
 
  2.1物理法
 
  物理法是污水處理技術中較為簡單且常用的技術方法,主要是指利用機械的、物理的方法去除污水中的污染物,這些物質包括不溶性的、粒徑較大的一些雜志。主要的技術有機械過濾、沉淀、吸附等方法[3]。在造紙廢水處理中,含有大量的細小纖維物質,采用過濾法具有很好的處理效果。
 
  為了避免堵塞等現象的出現,在過濾的同時,要注意及時的清運操作,因此,過濾技術主要是作為廢水預處理的方法。目前國內應用最多的是微過濾,主要設備有斜篩或過濾機。斜篩是大多數小型造紙廠使用較多,其能耗低、投資少,采用的網目數一般在60——100目。
 
  沉淀也是在污水處理工藝中應用較多的物理技術,其常用其他技術配合使用,沉淀技術運行穩定、設施簡單、動力消耗低、構筑物維護費用低等特點,但其使用面積較大。目前,在實際應用中主要是以幅流式沉淀為主,此外還有平流式、豎流式等。
 
  吸附法是利用一些具有多孔性的材料,將廢水中的一種或者多種物質被吸附到固體表面而將其去除的方法。常用的吸附劑有活性炭、活性焦、膨潤土、硅藻精土等。對于造紙廢水,吸附技術可對其廢水中的懸浮物、色度、CODCr等具有良好的處理效果。但其吸附飽和后還需要再生,而且價格昂貴,一般作為預處理工藝。
 
  2.2化學法
 
  化學法是利用試劑或某種技術使得污水中污染物的形態發生了變化,進而得到去除的技術方法。常見的化學方法有中和、氧化還原、催化氧化、微電解、高級氧化等[4]。常規的化學法需要和其他技術相結合來進行廢水的處理,將化學處理劑加入到廢水中進行預氧化,然后進行混凝沉淀,還可以在混凝的同時進行投加氧化劑,以利用混凝劑和氧化劑的協同作用來凈化廢水。
 
  化學法采用的氧化劑主要有高錳酸鉀、次氯酸鈉、二氧化氯、Fenton試劑等。而不同類型的污水采用不同氧化劑處理得到的效果差異很大。針對造紙廢水的處理效果表明,高錳酸鉀是良好的預處理劑、次氯酸鈉更適合作為深度處理藥劑。Fenton試劑化學法是以過氧化氫為氧化劑、Fe2+為反應的催化劑,兩者反應時會產生具有強氧化性的羥基自由基,能夠對難降解的有機物等進行分解。
 
  該試劑法不需要特定的反應系統,在反應過程中也不會產生具有危害的物質。此外,Fe2+的加入一部分會被反應所消耗,還會有一部分被氧化成Fe3+而增加水環境中的絮凝效果,進而提高污水的處理效果。電化學法是一種新型的廢水處理技術,其工作原理是利用電解作用來去除水中的污染物,或者將有毒物質轉化為無毒或者低毒性的物質。
 
  研究表明,采用電絮凝法處理造紙廢水有著良好的處理效果,而且無需預處理,在低壓和低電流條件下即可運行,安全性較高。相比化學絮凝能耗更低,COD和濁度去除率可達到60%和95%。還有利用光催化氧化技術來處理造紙廢水,光催化氧化技術是利用n型半導體(TiO2、ZnO等)作為催化劑的化學處理技術。
 
  但該技術在應用過程中存在一些問題,例如造紙廢水的色度高、懸浮物含量高,進而影響了紫外線的透過性,使得處理效果并不理想,還需要在今后的研究中逐步的解決。臭氧氧化技術也是污水處理中常用的一種工藝,其工作原理是利用臭氧在催化劑的作用下能夠產生具有強氧化性的羥基自由基,研究表明臭氧氧化技術對于造紙廢水中的色度、CODcr都具有顯著的處理效果,其色度和CODcr去除率可達到88.8%——99%、54.9%——80%。
 
  2.3生物法
 
  生物處理技術是廢水處理方法中較為成熟和應用較多的技術。是以微生物的代謝作用為基礎,利用污水中的有機污染物和無機微生物營養物質作用微生物生長繁殖的營養物質,在利用這些污染物的同時,既保證了微生物的正常繁殖,又將其轉化為穩定、無害的物質。
 
  目前常見的生物處理技術有活性污泥法、生物膜法、生物接觸氧化、氧化溝、生物濾池、生物轉盤、厭氧消化等[5]。造紙廢水中COD含量高且相對分子質量較大,因此其可生化性較差,直接利用生物處理技術得不到較好的效果。研究表明當廢水中的BOD5/CODCr>0.6時可生化性較好,當BOD5/CODCr<0.2時不宜采用生物法。
 
  一般情況下,造紙廢水經過一級的物理化學處理后,其BOD5/CODCr大約在0.4——0.7,可行進生化處理。生物處理技術主要里利用微生物在生長代謝過程中的分解作用將有機物進行分解、同時利用形成菌膠團對污染物進行吸附,繼而將有機物或者其他污染物去除。
 
  活性污泥法是廢水生物處理中應用最為廣泛的技術之一,但其存在一重要缺點是會發生污泥膨脹現象,一旦發生整個系統的處理效果將會大大降低,大量的污泥將會流失,不能保證出水水質。同時污泥處置也是造紙廢水處理遇到的一個難題。
 
  針對造紙廢水生物處理存在的這些問題,研究者開發了動態曝氣活性污泥技術,研究表明污泥膨脹現象得以解決,該工藝充分發揮了厭氧菌、兼氧菌和好氧菌的功能,隨著曝氣的不同輪流發揮各自的特點,有機物氧化分解更為徹底,同時也減少了剩余污泥量,大大減輕了污水廠污泥處理負擔。
 
  此外,該技術投資相比傳統的活性污泥法降低了20%,運行費用節省了10%,更有利于小型造紙企業的應用。生物接觸氧化法也是廢水處理中常用的工藝,杜宇脫墨造紙廢水有著良好的處理效果,但其需要注意構筑池內填料的選擇,填料直接關系到微生物活性的高低,進而直接影響出水水質。氧化溝也是目前廢水處理中應用較多的技術,其具有污泥產量少、出水水質穩定、污染物去除率高等優點,而且設備簡單、運行費用低。
 
  因此在造紙廢水處理中也日漸增多,其SS去除率可達80%,CODCr去除率可保持在80%左右,BOD5的去除率更可高達95%以上。隨著生物處理技術的不斷進步,在處理工藝上厭氧處理技術對造紙廢水也具有良好的處理效果。目前主要的厭氧生物處理工藝有上流式污泥床(UASB)、厭氧濾池、厭氧流化床等。
 
  厭氧處理技術的優點是耐受能力強,污泥量少,而且終產物可用利用。也存在一些缺點,例如投資較大、使用的設備較多,運行管理復雜。隨著生物處理技術的進一步發展,厭氧和好氧工藝的組合形式越來越多,其處理效果也更好。
 
  法國Minguet&Thomas造紙廠采用厭氧——好氧處理技術,廢水中CODCr的去除率可保持在95%,BOD5的去除率可高達98%——99.7%。廣西某造紙企業采用氧化結合厭氧水解工藝處理造紙廢水,處理效果良好,其中CODCr的去除率在95%以上,其余各項指標均符合GB8978——1996中的二級排放標準。
 
  3造紙廢水處理技術展望
 
  隨著造紙行業的不斷發展,其在國民經濟中的地位越來越重要,但其產生的造紙廢水影響也越來越大。但全球可持發展戰略影響不斷增強,清潔生產越來越受到關注,水資源的有效處理和回用率要求越來越高,即給造紙行業的發展帶來了嚴峻的考驗,同時也帶來了轉型升級的機遇。造紙廢水一味地末端治理已經不能滿足當前造紙行業的發展,新型的污水處理技術和廢水回用技術的應用迫在眉睫。
 
  未來造紙廢水處理主要想以下幾個方面突破:
 
  (1)要深入學習和貫徹循環經濟發展理念,重視清潔生產技術的開發和應用,逐步提高物質的轉化率和回收率,從源頭上減少污染物的產生。在造紙技術提高的基礎上,應用科學有效的污水處理技術和回用方法,增加廢水的利用率和回用率,實現廢水在廠區循環流動,實現廢水的零排放。
 
  (2)綜合考慮國內外先進的廢水治理技術,重視開發和引進先進的處理技術,尤其是造紙過程中產生污染較為嚴重的污水,要注重各個污染指標的去除情況,不能以單獨某個或某幾個指標的好壞來判斷治理效果。
 
  (3)生物處理技術是廢水處理中最為常用和相對成熟的方法,應充分考慮其處理成本低、效益高、工藝形式多樣的優點。目前,分子生物學和微生物學的發展速度較快,生物技術的突破性有著良好的發展前進。因此,應用生物技術處理造紙廢水前景比較廣闊。
 
  (4)重視污水資源化戰略的發展,將經過處理的廢水作為另一種資源加以利用,是污水處理的延伸。污水資源化的利用能夠在一定程度上大大減少新鮮水的利用,對保護水資源有著重要的意義。污水資源化戰略是一個系統工程,需要多方面的共同努力,需要技術、政策、企業等等各方面進行互相支持和配合。
 
  有研究者和企業已經開始實施這樣的發展戰略,例如東京大學教授采用苛性鉀和氨代替氫氧化鈉和稻草紙漿一同煮沸,使得造紙廢水可作為農田肥料來利用;以資源化利用為目的也是解決廢水處理的重要方向。
 
  4結語
 
  造紙工業對我們的生活影響越來越大,其經濟地位也越來越顯著。而其產生的廢水對生態環境的影響也日漸突出。尤其在水資源短缺的今天,提高造紙廢水處理技術,增強造紙廢水回用率顯得更為重要。造紙廢水含有的污染物種類多,而且水量較大,單純的某一種工藝對其處理的效果并不明顯,往往需要多種方法組合形成的工藝系統對其進行處理。
 
     因此,處理成本會有所提高,工藝復雜度增加,使得在處理過程中不便于操作,也更容易出現問題。研發新型有效的處理工藝,對造紙工業廢水處理有著重要的意義。

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