化學(xué)機(jī)械漿濃廢水零排放技術(shù)的研究

喬 軍 安慶臣 應(yīng)廣東

（山東太陽(yáng)紙業(yè)股份有限公司, 山東 兗州 272100）

化學(xué)機(jī)械漿濃廢水零排放技術(shù)的研究

喬 軍 安慶臣 應(yīng)廣東

（山東太陽(yáng)紙業(yè)股份有限公司, 山東 兗州 272100）

研究通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外高效新型設(shè)備選型的創(chuàng)新組合，采用車間加強(qiáng)廢水循環(huán)利用程度，提高廢水濃度，再蒸發(fā)濃縮的方式，把廢液濃縮后送進(jìn)堿爐中燒掉，從而實(shí)現(xiàn)了化學(xué)機(jī)械漿濃廢水零排放的目標(biāo)。該技術(shù)既解決了化學(xué)機(jī)械漿制漿廢水的污染問(wèn)題，又回收了大量的堿，并充分利用了制漿廢水中有機(jī)物產(chǎn)生的熱能。該技術(shù)具有良好的產(chǎn)業(yè)化前景，為我國(guó)制漿造紙工業(yè)的清潔生產(chǎn)和節(jié)能減排提供了新的思路。

化學(xué)機(jī)械漿 濃廢水 零排放

采用化學(xué)預(yù)處理和機(jī)械磨解后處理的制漿方法制得的紙漿[1]被稱為化學(xué)機(jī)械漿。目前，化學(xué)機(jī)械漿主要有磺化化學(xué)機(jī)械漿（BCTMP）、堿性過(guò)氧化氫機(jī)械漿（APMP） 和預(yù)處理堿性過(guò)氧化氫漂白機(jī)械漿（PRC-APMP） 三種。化學(xué)機(jī)械法制漿屬于兩步制漿法，即纖維原料在進(jìn)入機(jī)械磨漿之前，先用化學(xué)藥品做溫和預(yù)處理。由于采用保留木素及破壞其發(fā)色基團(tuán)的方法以保持得率高、不透明度高等特點(diǎn)。化學(xué)機(jī)械漿具有紙漿得率高、強(qiáng)度好、磨漿能耗低、廢水污染少的特點(diǎn)，20 世紀(jì)70 年代以來(lái)化學(xué)機(jī)械漿技術(shù)發(fā)展迅速，是當(dāng)今制漿造紙工業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)之一。

與傳統(tǒng)的化學(xué)漿廢水相比，化學(xué)機(jī)械漿廢水的排放量和污染負(fù)荷已大大降低，但由于其污染成分復(fù)雜，既有殘余化學(xué)藥劑，又有木材溶出物，廢水的CODcr和BOD5濃度依然較高。其廢水中的污染物質(zhì)[2-5]主要來(lái)源于生產(chǎn)過(guò)程中溶出的有機(jī)化合物、殘余的化學(xué)藥品和流失的細(xì)小纖維，成分為木質(zhì)素、半纖維素、糖類及其他溶出物（殘堿、無(wú)機(jī)鹽、揮發(fā)酸、氨氮等），還有多種有機(jī)氯化物如氯化木素、氯酚等難生物降解有機(jī)物，廢水的可生化性較差。目前漿廠普遍采用的化學(xué)機(jī)械漿廢水處理方法主要有好氧、厭氧生物處理法等。其中經(jīng)厭氧處理后CODcr含量只能達(dá)到1 000～1 300 mg/L，即使再附加好氧和深度處理，CODcr的含量也只能達(dá)到400～500 mg/L，仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于山東省的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，因此各企業(yè)不得不普遍采用廠區(qū)綜合廢水稀釋的方法來(lái)達(dá)標(biāo)排放，此時(shí)急需尋求一種新的廢水處理方法以滿足各企業(yè)對(duì)化學(xué)機(jī)械漿廢水的處理。現(xiàn)以PRC-APMP為例，通過(guò)對(duì)廢水成分的分析和處理工藝條件的研究，初步確定了實(shí)現(xiàn)化學(xué)機(jī)械漿濃廢水零排放的技術(shù)路線 。

1 材料與方法

1.1 PRC-APMP廢水來(lái)源和性質(zhì)

化學(xué)機(jī)械漿廢水取自PRC-APMP生產(chǎn)線，化學(xué)需氧量（CODcr）、生物耗氧量（BOD5）、懸浮物含量（SS）的測(cè)定均采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 材料

水泵5臺(tái)；壓縮熱風(fēng)機(jī)2臺(tái)；MVR蒸發(fā)器1套，含2組降膜蒸發(fā)器；熱交換器2套；閃蒸罐2套。

2 結(jié)果與討論

2.1 PRC-APMP廢水來(lái)源及廢水性質(zhì)

化學(xué)機(jī)械漿生產(chǎn)過(guò)程用水盡量分層次循環(huán)利用來(lái)減少用水量，減少纖維流失，提高廢水濃度，以利于后續(xù)蒸發(fā)器的蒸發(fā)。化機(jī)漿廢水的種類一共分為木片洗滌廢水、化學(xué)預(yù)處理廢水、漂白廢水和漂白后洗漿廢水四種。其廢水性質(zhì)列于表1。

表1 PRC-APMP廢水性質(zhì)

由表1可知，在化學(xué)機(jī)械漿制漿過(guò)程中，其廢水的pH值是逐漸增加的。開始階段的木片洗滌廢水的pH值最低為5.48，呈酸性。這是因?yàn)樵谀酒礈爝^(guò)程中，原料中的部分抽提物及有機(jī)酸的會(huì)逐漸溶出，從而導(dǎo)致其洗滌廢水呈酸性。同時(shí)還可以看出，木片洗滌廢水的CODcr和BOD5濃度也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他工段，因此該工段廢水其經(jīng)簡(jiǎn)單處理后可循環(huán)使用。在四種廢水中漂白廢水的懸浮物（SS）的含量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他工段，是其他工段的2～6倍。這可能是在漂白過(guò)程中由于木素、纖維素在漂白劑的作用下發(fā)生降解產(chǎn)生了大量的細(xì)小纖維，從而增加了廢水的懸浮物含量。此外，在漂白過(guò)程產(chǎn)生的木素及其衍生、半纖維素、糖類、有機(jī)酸等要高于其他工段，從而使得該工段廢水的CODcr最高。除木片洗滌廢水，其他三種廢水經(jīng)過(guò)濾或離心分離后，分別回收木片和纖維，最終均進(jìn)入廢液儲(chǔ)存塔，此時(shí)混合廢水濃度約為1.5%。

2.2 化學(xué)機(jī)械漿廢水零排放技術(shù)路線的確定

（1）國(guó)際先進(jìn)水平的高效一段蒸發(fā)設(shè)備選型研究。化學(xué)機(jī)械漿實(shí)現(xiàn)濃廢水零排放的關(guān)鍵技術(shù)之一是采用高效的蒸發(fā)設(shè)備組合技術(shù)，在做到經(jīng)濟(jì)可行性的同時(shí)，把來(lái)自化學(xué)機(jī)械漿系統(tǒng)濃度為1.65%的固形物含量濃縮到45%，從而達(dá)到進(jìn)入堿回收爐燃燒的濃度要求。常規(guī)的多效式蒸發(fā)器處理低濃廢液時(shí)，運(yùn)行成本高、操作不方便、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。研究采用的新型機(jī)械蒸汽再壓縮式蒸發(fā)器（MVR），主要是由蒸發(fā)器、空氣壓縮風(fēng)機(jī)、熱交換器、廢水循環(huán)泵組成，其主要工作原理是以電作為能源，把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再由機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能。化學(xué)機(jī)械漿系統(tǒng)濃度1.65%的廢水，經(jīng)濃縮后分為兩個(gè)區(qū)域：在第一個(gè)區(qū)域污水的濃度達(dá)到7%；在第二個(gè)區(qū)域時(shí)濃度達(dá)到15%。并且采用機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)器系統(tǒng)還具有以下優(yōu)點(diǎn)：能量消耗成本低；幾乎不需要蒸汽和冷卻水；其他輔助設(shè)備很少，占地面積小；冷凝水分離技術(shù)先進(jìn)，能把干凈的二次冷凝水和污冷凝水分離，使得前者完全回到化學(xué)機(jī)械漿車間做為清水使用，后者則全部應(yīng)用于化學(xué)機(jī)械漿車間的木片洗滌工段。

（2）化學(xué)機(jī)械漿濃縮廢水與化學(xué)漿黑液混合處理的可行性研究。為了選擇經(jīng)濟(jì)可行的廢水處理方法，研究將化學(xué)機(jī)械漿濃縮廢水與化學(xué)漿黑液化學(xué)成分進(jìn)行了比較，其結(jié)果如表2所示。兩者的元素組成相近，但化學(xué)機(jī)械漿濃縮廢水濃度較低。兩者若混合一起進(jìn)行處理，既簡(jiǎn)單可行，又節(jié)省運(yùn)行成本。因此下段采用化學(xué)機(jī)械漿和化學(xué)漿黑液混合處理，混合液濃度在15%左右。

表2 化學(xué)漿廢水與APMP化學(xué)機(jī)械漿廢水元素分析

（3）國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平的二段高效蒸發(fā)設(shè)備選型研究。化學(xué)機(jī)械漿一段濃縮廢液和從化學(xué)漿洗滌過(guò)程提取的黑液混合后，干固物含量在15%左右，需再進(jìn)一步經(jīng)過(guò)蒸發(fā)水分、提高黑液濃度至干固物含量45%以上，才能燃燒。研究選用國(guó)產(chǎn)的六效板式降膜蒸發(fā)器和當(dāng)前國(guó)內(nèi)先進(jìn)的結(jié)晶蒸發(fā)技術(shù)，蒸發(fā)效率約為5.2 kg水/kg汽，較之傳統(tǒng)工藝（蒸發(fā)效率為3.5 kg水/kg汽）節(jié)省用汽量，稀黑液的蒸發(fā)采用逆流流程。

（4） 堿回收。此段采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的低臭型次高壓堿回收爐來(lái)燃燒黑液，堿回收率在98.0%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)堿回收率85%～93%的指標(biāo)，同時(shí)回收熱量，減少惡臭氣體排放。之后采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的連續(xù)苛化工藝，白泥干度可達(dá)70%，用來(lái)生產(chǎn)碳酸鈣。

其詳細(xì)處理工藝流程見圖1。

圖1 化學(xué)機(jī)械漿濃廢水零排放工藝流程圖

3 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)研究通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外高效新型設(shè)備的選型創(chuàng)新組合，采用車間加強(qiáng)廢水循環(huán)利用，提高廢水濃度，再蒸發(fā)濃縮的方式，把廢液濃縮后送進(jìn)燃燒爐中燒掉，來(lái)實(shí)現(xiàn)濃廢水零排放的目標(biāo)。對(duì)速生材化學(xué)機(jī)械法制漿廢液的有效處理，不僅減少?gòu)U水處理運(yùn)行成本，而且真正做到化學(xué)機(jī)械漿濃廢水的零排放，節(jié)約了能源和資源，真正實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)，對(duì)加速推進(jìn)我國(guó)林紙一體化進(jìn)程具有重要意義和良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益。該技術(shù)特別適合已有堿回收設(shè)備，同時(shí)準(zhǔn)備上化學(xué)機(jī)械漿項(xiàng)目的制漿造紙企業(yè)。國(guó)內(nèi)外高效設(shè)備的組合，既提高了高污染負(fù)荷的處理能力，又降低了投資費(fèi)用。

[1] 張志城，余貽驥． 化學(xué)機(jī)械法制漿[M/OL]． 北京: 中國(guó)輕工業(yè)出版社,2008．

[2] 張瑞霞,陳夫山，劉廷志． 制漿造紙廠廢水處理綜述[J]．國(guó)際造紙,2005 ,24 (6) :48-54．

[3] 勞嘉葆． 造紙工業(yè)污染控制與環(huán)境保護(hù)[M]．北京: 中國(guó)輕工業(yè)出版社,2000．

[4] 黃娟,伍健東,周興求． 化學(xué)機(jī)械漿廢水處理技術(shù)探討[J] ． 四川環(huán)境,2003 ,22 (6) : 5-8．

[5] 鐘樹明，多金環(huán),戴永立．化機(jī)漿發(fā)展現(xiàn)狀及黑液零排放可行性分析[J]．環(huán)境保護(hù)科學(xué),2008,34(6): 19-22．

[6] 郭海泉,劉鋼彪． 漂白化學(xué)機(jī)械漿廢水處理技術(shù)及運(yùn)行成本分析[J]． 中華紙業(yè)，2008,19(29): 54-57．

Study on Zero Discharge Technology of Chemi-mechanical Thick Wastewater

QIAO Jun, AN Qingchen, YING Guangdong

(Shan Dong Sun Paper Industry Joint Stock Co.LTD, Yanzhou, Shandong Province, 272100)

New efficiency equipments in treatment of paper mill sludge were tentatively combined in this research. Number of wastewater recycle was also increased to get higher concentration of wastewater, then the concentrated black liquor was burned up in alkali recovery furnace after concentrated by evaporation. The final goal is to achieve zero discharge of thick wastewater. The problem of chemi-mechanical wastewater pollution was efficiently resloved using the technology, a mass of alkali were retrieved, and the heat energy from organic matter of pulping wastewater was sufficiently utilized. It was considered the zero discharge technology is really a good idea of clean production and energy conservation and emission reduction in pulp and paper industry ,which has a good prospect of industrialization.

chemi-mechanical pulping； thick wastewater； zero discharge