制漿造紙行業(yè)水污染全過程控制技術(shù)理論與實踐

李波

摘要：造紙產(chǎn)業(yè)是與國民經(jīng)濟和社會事業(yè)發(fā)展關(guān)系密切的重要基礎(chǔ)原材料產(chǎn)業(yè)，其生產(chǎn)是以木材加工剩余物、竹子、農(nóng)業(yè)秸稈等原生植物纖維和廢紙等再生纖維為原料，通過化學(xué)、機械等方法生產(chǎn)紙漿，再以紙漿為原料生產(chǎn)紙和紙板。制漿造紙生產(chǎn)流程長，水作為纖維和化學(xué)品的載體，貫穿整個工藝過程。本文主要探討制漿造紙行業(yè)水污染全過程控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞：制漿造紙;水污染;全過程控制

前言

造紙工業(yè)是國民經(jīng)濟的一個重要組成部分，是世界六大工業(yè)污染源之一，我國造紙廢水排放量在工業(yè)廢水中居第二位。造紙廢水含有木素、殘堿、硫化物、氯化物等污染物，其特點是排放水量大，COD高，造紙廢水中的纖維類懸浮物多，而且有硫醇類惡臭氣味。造紙行業(yè)廢水排放量大，污染程度僅次于化工行業(yè)。據(jù)國家環(huán)保部數(shù)據(jù)，近年來，我國的紙和紙板生產(chǎn)量、消費量都穩(wěn)居世界第一。造紙業(yè)產(chǎn)值占國民生產(chǎn)總值1.49%，卻貢獻了工業(yè)廢水26%的COD（化學(xué)需氧量）排放。造紙綜合廢水是一種處理難度較大的工業(yè)廢水，所含污染物成份十分復(fù)雜，一般通過物化+生化法使其中的污染物質(zhì)得以降解，出水雖能基本達到排放標準，但是不能達到生產(chǎn)回用要求。隨著造紙廢水封閉循環(huán)程度的提高和循環(huán)次數(shù)的不斷增加，廢水中污染物質(zhì)會逐步積累，積累到一定程度便會產(chǎn)生許多不利影響。為了緩解制漿造紙廠的用水壓力并減少廢水排放，所采取的重要途徑之一是先將制漿中段廢水經(jīng)過深度處理，然后根據(jù)情況進行回用。下面就水污染全過程控制技術(shù)的實施進行分析。

1化學(xué)法制漿水污染全過程控制技術(shù)

化學(xué)法制漿的水污染產(chǎn)生環(huán)節(jié)主要包括備料、蒸煮、洗滌、篩選凈化和漂白，其中漂白廢水量最大，達30～50m3/t漿，這部分廢水CODCr濃度為2000～4000mg/L，且含有較高濃度的AOX，直接送廢水處理站;其次是蒸煮提取產(chǎn)生的黑液，一般在8～10m3/t漿，CODCr濃度高達100000～150000mg/L，這部分廢水送堿回收系統(tǒng)進行資源化處理;再次是篩選廢水，采用封閉篩選產(chǎn)生的廢水多在6～8m3/t漿，其廢水多呈堿性且COD濃度不高，一般都是逆流回用，并送堿回收系統(tǒng)處理;最后是備料洗滌水，通常洗滌木片廢水產(chǎn)生量2～3m3/t漿，其廢水泥沙含量較高，且含有少量有機溶出物，這部分廢水直接送廢水處理站。顯而易見，化學(xué)法制漿源頭減排的關(guān)鍵在于黑液的高效分離和漂白廢水的減量。黑液在纖維中有3種存在形式：一是游離水，約占70%;二是吸附水，約占20%;還有一部分是結(jié)合水，約占10%。紙漿保水值越高，吸附水和結(jié)合水就越難脫出，黑液提取率就低，被帶入漂白段的木素等污染物含量就高。麥草漿等非木材纖維紙漿濾水性差，常規(guī)真空洗漿機主要依靠水腿產(chǎn)生真空，只能脫出游離水和部分吸附水，其黑液提取率一般只有85%左右，導(dǎo)致較多的黑液進入漂白段，增加漂白難度和漂白廢水污染;對于木漿，因濾水性好，黑液提取率較易達到90%～95%，但要實現(xiàn)99%的提取率，難度也很大。眾所周知，黑液提取率越高，紙漿越干凈，對后續(xù)漂白越有利，因此要減排，必須盡可能多地脫出結(jié)合水。結(jié)合水用傳統(tǒng)的“稀釋-擴散-抽濾”方式很難脫出，且效率太低，只有采用外力進行“壓濾”強制置換，因此可以在原洗漿機的基礎(chǔ)上，增設(shè)或替換改成擠壓洗漿設(shè)備，如單螺旋擠漿機、雙輥擠漿機，對提取進行單元強化。通過近20年的國產(chǎn)化應(yīng)用推廣，中濃氧脫木素技術(shù)及中濃漂白技術(shù)已在行業(yè)內(nèi)普遍采用，漂白廢水量從傳統(tǒng)CEH漂白的100～150m3/t漿降至目前的30～50m3/t，為造紙行業(yè)減排發(fā)揮了重要作用。但相對其他生產(chǎn)工序，漂白廢水排放量最大，在制漿廢水中占比最高，所以仍是減排的關(guān)鍵。針對漂白廢水的進一步削減難題，一是進一步提高漂白濃度，從現(xiàn)有的10%提高到15%;二是將氧脫木素和蒸煮作為一個整體，進行協(xié)同深度脫木素，在保持紙漿質(zhì)量的同時，獲得更低硬度的未漂白漿。對于前者，漂白濃度提高后，紙漿流體化更為困難，且對操控要求極高，因而不僅要解決更高濃度下紙漿的流體化問題，而且還要對中濃輸送系統(tǒng)的控制進行優(yōu)化，降低操作難度，保證生產(chǎn)順利進行。對于后者，除了要改進蒸煮過程實現(xiàn)擴展脫木素，對于氧脫木素也可以采用加入過氧化氫、單塔改雙塔等強化措施，此外，有條件的企業(yè)還可以增加臭氧漂白。通過這些措施，不僅可以進一步提高紙漿的可漂性，降低二氧化氯用量，減少廢水毒性;而且漂白廢水的可回用性增加，廢水量可削減至20m3/t漿，廢水CODCr濃度也可降到1000mg/L，極大地降低了末端治理難度和水處理成本。

2化學(xué)機械法制漿水污染全過程控制技術(shù)

化學(xué)機械法制漿的水污染產(chǎn)生環(huán)節(jié)主要包括備料、擠壓撕裂、漂白、篩選凈化，至于濃縮產(chǎn)生的廢水，因這部分水基本上全部回用不排放，所以不予考慮。在這些排污點中，漂白產(chǎn)生的壓榨洗滌廢水量最大，約10～15m3/t漿，廢水中細小纖維等SS含量較高，CODCr濃度約10000mg/L;其次是篩選凈化產(chǎn)生的尾渣水，約有6～8m3/t漿，這部分水含有粗纖維、泥沙等雜質(zhì)，SS含量很高;再次是備料洗滌水，一般為2～3m3/t漿;最后是擠壓撕裂機產(chǎn)生的廢水，約有1m3/t漿，其廢水中粗纖維含量高。這些廢水常規(guī)處理方式都是直接排到廢水處理站，廢水量達20～30m3/t漿，雖然與化學(xué)法制漿相比，化學(xué)機械法制漿廢水量和污染負荷大幅降低，但由于各工序廢水特性差異不大，并不能像化學(xué)法制漿那樣把高污染的黑液單獨分離出來送堿回收系統(tǒng)，所以其廢水COD濃度反而比化學(xué)法制漿中段廢水高好幾倍，直接水處理無法達到現(xiàn)行排放標準要求，因此必須創(chuàng)新廢水處理方法。采用蒸發(fā)燃燒處理是解決化學(xué)機械法制漿廢水污染的有效方式，但需要解決蒸發(fā)能耗問題，以及蒸發(fā)過程產(chǎn)生的結(jié)垢問題。降低蒸發(fā)能耗有兩個方面，一是降低送蒸發(fā)廢水量，二是采用高效的蒸發(fā)器;在降低廢水量方面，重點是進行水循環(huán)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，通過工藝改進和循環(huán)水深度凈化處理，提高回用率，送蒸發(fā)水量可降至10m3/t以下;在蒸發(fā)方面，采用新型高效低耗機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)器（MVR）進行低濃蒸發(fā)，再結(jié)合多效蒸發(fā)可以顯著降低蒸發(fā)費用。蒸發(fā)處理需要解決的另一個關(guān)鍵問題是蒸發(fā)結(jié)垢，由于化學(xué)機械法制漿SS含量特別高，極易結(jié)垢，因此需要對MVR蒸發(fā)器進行特殊設(shè)計或適應(yīng)性改造。工程實踐證明，采用這種水污染全過程控制方式，可以實現(xiàn)廢水的資源化利用，綠色環(huán)保。

3廢紙制漿與造紙過程水污染全過程控制技術(shù)

廢紙制漿過程主要是一個纖維分離凈化過程，因廢紙的種類、來源、處理工藝、脫墨方法及廢紙?zhí)幚磉^程的技術(shù)裝備情況的不同，排放的廢水特性差異很大，其中脫墨制漿過程廢水量和廢水污染最大，因此本文以脫墨制漿為例進行說明。廢紙（脫墨）制漿與造紙生產(chǎn)過程水污染物產(chǎn)生的主要環(huán)節(jié)有碎漿-前浮選工序（包括碎漿、除渣、粗篩、前浮選、濃縮）、漂白-后浮選工序（包括漂白、后浮選、濃縮）、抄紙工序（包括網(wǎng)部、壓榨部）。其中，碎漿-前浮選工序產(chǎn)生的廢水量最大，排放量約為20m3/t漿，CODCr濃度達4000～6000mg/L，且廢水中細小纖維、膠黏物含量高;其次是抄紙白水，紙機產(chǎn)生的多余白水平均為13m3/t漿，這部分水一般經(jīng)處理后全部回用到制漿車間;再次是漂白-后浮選工序，一般在8m3/t漿。因此，從生產(chǎn)全過程來看，廢紙（脫墨）制漿與造紙源頭減排的關(guān)鍵在于降低浮選脫墨廢水量、提高水循環(huán)利用率。減少廢水量首選措施就是提高處理濃度，比如高濃碎漿，不僅節(jié)水、節(jié)省化學(xué)品，而且高濃度可以增加纖維與纖維的相互摩擦，有助于油墨從纖維上脫落，同時避免非纖維雜質(zhì)被碎解成細小顆粒，進而減少廢水中膠黏物的濃度。第二個方法就是介質(zhì)替代，堿性脫墨是最常用的脫墨方法[14]，但在堿性條件下，不僅環(huán)境污染大，而且膠黏物容易被碎解成難以去除的微細物質(zhì)，導(dǎo)致廢水陰離子垃圾累積，影響循環(huán)回用;采用近中性脫墨技術(shù)，則可以克服上述弊端，通過優(yōu)化多組分中性脫墨劑配方和碎漿-浮選工藝，可以減少微細膠黏物產(chǎn)生，降低廢水量和COD產(chǎn)生量，而且綜合成本也比堿性脫墨的低。此外，還需要強化廢水梯級循環(huán)回用，通過集成應(yīng)用陰離子垃圾捕捉劑和改性助留劑，多圓盤白水過濾與三級微氣浮技術(shù)，解決循環(huán)水中膠黏物的累積產(chǎn)生的不利影響，既提高了水重復(fù)利用率，同時還可以回收大量的細小纖維。通過以上措施，可以將廢紙（脫墨）制漿與造紙的外排廢水量降至10m3/t漿紙以下，CODCr濃度降至2500mg/L以下，后續(xù)末端治理的壓力大為降低。

結(jié)束語

我國制漿造紙工業(yè)已進入成熟發(fā)展期，水污染防治也由粗放型濃度控制向總量控制、質(zhì)量控制轉(zhuǎn)變，很難再從單個單元或依靠單一技術(shù)實現(xiàn)深度減排。當前造紙行業(yè)競爭激烈，普遍存在利潤空間小、成本過高的現(xiàn)實，實施水污染防治更需要全局策略，充分考慮技術(shù)的先進適用性、經(jīng)濟可靠性、治理效果長效性，結(jié)合企業(yè)實際，因地制宜，綜合采用不同技術(shù)，并進行組合與集成，實施污染全過程控制，最終實現(xiàn)環(huán)境保護和經(jīng)濟發(fā)展雙贏。

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