不同混凝法預(yù)處理麥草漿造紙廢水的碳排放分析

宋曉 喬華珊 任天龍

摘要：采用常用的混凝法，如硫酸鋁、PAC和PFS，在其最佳條件下對(duì)麥草漿造紙廢水進(jìn)行預(yù)處理，其效果差異不大，為更多角度來判斷工藝更加經(jīng)濟(jì)適用，運(yùn)用IPCC計(jì)算方法分別對(duì)各工藝進(jìn)行碳排放概算。

關(guān)鍵詞：碳排放；混凝；麥草漿造紙廢水

中圖分類號(hào)：TE08文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

碳排放是關(guān)于溫室氣體排放的一個(gè)總稱或簡稱。近年來，氣候變暖所產(chǎn)生的氣象災(zāi)害影響日益嚴(yán)重，[1]污水處理行業(yè)的碳排放量已被公認(rèn)為是前十大碳排放行業(yè)之一，是不可忽視的減排領(lǐng)域，[2]我國對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠碳排放較多，污水處理廠低碳節(jié)能有一定指導(dǎo)意義，但是對(duì)工業(yè)廢水處理工藝碳排放研究甚少。以處理麥草漿造紙廢水的幾種常見混凝工藝為研究對(duì)象，運(yùn)用《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》中推薦的計(jì)算方法對(duì)各工藝碳排放概算并進(jìn)行分析，確定最為合適的工藝與加核絮凝[3]工藝聯(lián)用處理草漿造紙廢水。

1 研究方法

1.1 研究對(duì)象

河南一林紙業(yè)有限責(zé)任公司位于河南省許昌市，處于沙潁河上中游，以麥草為原料制漿抄造文化用紙。公司現(xiàn)擁有麥草制漿生產(chǎn)線1 條，制漿能力5萬t/a，堿回收能力150t/d，噸漿排水量約200m3，廢水排放總量為30000m3/d。實(shí)驗(yàn)用水取自具有典型代表性的河南一林造紙廠麥草制漿造紙廢水處理站水樣色度偏深，有惡臭味，含雜質(zhì)多。

主要是研究硫酸鋁混凝工藝、PAC混凝工藝和PFS混凝工藝分別處理上述造紙廢水過程中的碳排放量。

1.2 碳排放概算方法

在混凝工藝過程中，溫室氣體的排放來源主要是間接排放，間接排放包括電耗和藥耗（聚丙烯酰胺）兩部分。電耗產(chǎn)生的間接排放，是通過中國區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子和污水處理過程中消耗的電能來計(jì)算的。藥物在其生產(chǎn)及運(yùn)輸?shù)冗^程中涉及的碳排放量，以相應(yīng)的排放系數(shù)進(jìn)行衡量。硫酸鋁、PAC和PFS排放系數(shù)不能確定，以其生產(chǎn)過程中的電耗和運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的碳排放來確定。其他的藥劑藥耗隨著來水PH變化而變化，故暫不考慮。

電量消耗和藥劑消耗的碳排放計(jì)算如下：

Eec，i=Cec，iEFec（式1）

Emc，i=Cmcmi，jEFmc，j（式2）

式中：i 表示不同工藝過程；

Eec，i、Emc，i分別為電耗、藥耗碳排放，t /y（碳排放以CO2計(jì)，下同）；

Cec，i為耗電量，MW·h /y；

EFec為電耗CO2 的排放因子，西安市處于西北區(qū)域電網(wǎng)，西北區(qū)域電網(wǎng)的20132015 年電量編輯排放因子（OM）為0915 5t CO2/（MW·h）；

Cmc，i，j為j藥劑的消耗量，t/y；

EFmc，j為j藥劑的CO2 排放因子，比如聚丙烯酰胺消耗的碳排放系數(shù)取 25kgCO2 /kg。[4]

2 結(jié)果與討論

2.1 硫酸鋁混凝法碳排放概算

取1L的水樣，用NaOH（濃度為10%）和稀鹽酸（濃度為10%）將其pH調(diào)節(jié)到6.0，硫酸鋁的用量為1g/L，在室溫下，助凝劑種類為陽離子型PAM，PAM用量為50mg/L，用混凝儀在一定的混凝程序（見表1）下進(jìn)行混凝反應(yīng)，其CODCr去除率為79.8%。

采用硫酸鋁混凝工藝，電耗為1.08 MW·h，計(jì)算得出CO2 排放量為0.99 t/d；共消耗聚丙烯酰胺1500 kg/d，得到CO2 排放量為37.50 t/d；硫酸鋁產(chǎn)生的碳排放當(dāng)量為74.87 t/d。硫酸鋁混凝工藝處理草漿造紙廢水過程中間接排放二氧化碳當(dāng)量113.36 t/d。

2.2 PAC混凝法碳排放概算

取1L的水樣，用NaOH（濃度為10%）和稀鹽酸（濃度為10%）將其pH調(diào)節(jié)到6.0，PAC用量為1g/L，在室溫下，助凝劑種類為陰離子型PAM，PAM用量為50mg/L，用混凝儀在一定的混凝程序（見表1）下進(jìn)行混凝反應(yīng)，CODCr去除率為78.2%。

采用PAC混凝工藝，電耗為1.08 MW·h，計(jì)算得出CO2 排放量為0.99 t/d；共消耗聚丙烯酰胺1500 kg/d，得到CO2 排放量為37.5 t/d；PAC產(chǎn)生的碳排放當(dāng)量為101.5 t/d。PAC混凝工藝處理草漿造紙廢水過程中間接排放二氧化碳當(dāng)量140.04 t/d。

2.3 PFS混凝法碳排放概算

取1L的水樣，用NaOH（濃度為10%）和稀鹽酸（濃度為10%）將其pH調(diào)節(jié)到6.0，PFS用量為2g/L，在室溫下，助凝劑種類為陰離子型PAM，M用量為100mg/L，用混凝儀在一定的混凝程序（見表2）下進(jìn)行混凝反應(yīng)，CODCr去除率為85%。

3 結(jié)論

PFS去除效果最好，但是碳排放量最大，硫酸鋁去除效果次之，但是碳排放量最小，PAC表現(xiàn)較差，綜合考慮，采用硫酸鋁混凝工藝處理草漿造紙廢水更為節(jié)能減排。所以，最終選用硫酸鋁混凝法作為預(yù)處理工藝與加核絮凝法聯(lián)用處理草漿造紙廢水。除了經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)以外，碳排放概算為選擇水處理方案有提供了一條切實(shí)可靠的依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張成.重慶市城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)碳排放研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2011.

[2]柏茜，徐冰峰.某城鎮(zhèn)污水廠處理的碳排放分析[J].中國水運(yùn)，2018，18（03）：133.

[3]宋曉喬.加核絮凝法處理草漿造紙廢水的工藝優(yōu)化研究[J].造紙科學(xué)與技術(shù)，2015，34（04）：86.

[4]王雪松，宋蕾，白潤英.呼和浩特地區(qū)污水廠能耗評(píng)價(jià)與碳排放分析[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2013，36（02）：196.

基金項(xiàng)目：西安建筑科技大學(xué)華清學(xué)院科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目（201509）；陜西省教育廳專項(xiàng)科研計(jì)劃項(xiàng)目（No.18JK1021）

作者簡介：宋曉喬（1986），女，碩士，講師，從事環(huán)境工程水處理及環(huán)評(píng)方向研究。