有關造紙廢水污染治理現狀及改進策略

郭靜嫻

(山東城市建設職業學院,山東 濟南 250100)

0 引言

造紙廢水一般是指在制漿造紙工藝中所產生的廢水,具有較強的污染性甚至一定的有害性,主要污染物質包括懸浮物、BOD、COD以及有毒物質等,廢水主要包括煮廢液、漂白廢液、染色廢液、洗滌廢液以及紙機白水等。不同廢水所包含的污染物質和有毒物質不同,可以反映出造紙廢水污染成分的復雜性。而成分復雜的造紙廢水處理起來也具有較大的難度,造紙廢水的回收利用度較低,需要對其進行多層多次處理才能夠達到相應的排放或者是再利用標準。基于造紙廢水污染治理的難度,更應當提高對造紙廢水處理的重視程度,既需要認識到當前造紙廢水污染處理好的一面,也需要認識到當前較為嚴峻的造紙廢水污染情況,從而推動廢水處理技術和工藝流程的持續創新與優化。

1 造紙廢水污染治理現狀

造紙廢水排放量在全國工業廢水總排放量中占大頭,是我國水污染的重要污染源。因為我國具有較為龐大的紙制品需求市場,造紙量絕對規模較大,所產生的造紙廢水排放量也比較高。全國制漿造紙污水排放總量占全國總污水排放量的10%～15%左右[1]。2022年,造紙廢水排放總量為31.8億噸,全國工業廢水排放總量為221.1億噸,造紙廢水排放總量占全國工業廢水排放量的14.4%,廢水排放量為全國工業廢水排放量的第二位。而造紙廢水中所含COD,造紙廢水COD含量168.2萬噸,占比33.0%,為第一位序,說明造紙行業的污染較高。而隨著綠色經濟的發展,相關污水排放標準、廢水處理技術逐漸完善,我國造紙廢水治理也從單純的廢水凈化處理發展到了廢水處理再循環利用的階段,并且進入了產業化應用階段,在先進造紙廢水技術的支持下,部分造紙廢水能夠得到有效處理,并且循環利用流入新的產業領域,極大地推動著綠色造紙行業的發展。

2 國內常用的三種造紙廢水處理方法

2.1 廢水初級處理

廢水初級處理方法指的是運用物理或者是化學方法,對造紙廢水進行最基礎、相對簡單的處理,以去除造紙廢水中大部分的懸浮物、沉淀物以及油脂等,對于廢水中無有毒物質、無其他有機物和化學成分的廢水而言有較大作用[2]。廢水初級處理,可以分為四個步驟:第一,過濾。利用物理方法來過濾大顆粒的懸浮物;第二,沉淀。將造紙廢水儲存在沉淀池,利用重力沉降或者是化學方法凝聚懸浮物、沉淀物和油脂的方式,使得造紙廢水與沉淀后的顆粒狀物質相分離;第三,調節pH 值。在造紙廢水沉淀池中加入酸堿調節劑來解決廢水酸堿度不平衡的問題;第四,氧化。利用氯氣、次氯酸鈉、氫氧化鉀等成分制成的氧化劑來對廢水中難以溶解的有機物和污染物進行化學氧化,將污染物分解成可以消耗和分解的二氧化碳、水和無害物質等,實現造紙廢水的初級處理。

2.2 廢水生化處理

廢水生化處理方法是一種基于生物反應器的污水處理方法,主要是通過微生物的代謝作用來降解和轉化造紙廢水中的有機物。廢水生化處理技術基本上能夠去除造紙廢水中大部分的污染物,經過廢水生化處理后的造紙廢水基本上都能夠達到相應的排放標準。主要步驟包括:第一,進流水預處理,對進入和流出生化反應器的廢水進行預處理,通常是使用廢水初級處理方法來減少進流水中的顆粒物和污染,以避免堵塞和污染廢水生化反應器;第二,污泥處理。通過濃縮脫水將造紙廢水中的污泥分解出來;第三,廢水生化反應器運轉,利用活性污泥法、生物膜法等來降解微生物,從而將造紙廢水中的有害有機物轉化成無害物質;第四,將分解出來的污泥回收,通過特殊處理和研制可以將其作為生產肥料或燃料的原料,以實現循環再利用。

2.3 廢水深度處理

廢水深度處理是當前造紙廢水處理最潔凈、最有效、水平最高的一種高級處理方式,能夠有效地去除造紙廢水中的各種污染物質,包括有機物、無機物、有毒物質和懸浮物,可以通過深度處理還原水質,達到更高的污水處理標準。主要的深度處理技術包括:第一,生物處理技術,利用微生物實現生物吸附、生物轉化,從而將造紙廢水中難以處理的各種微生物物質進行有效處理;第二,膜技術,利用超濾膜、納濾膜等膜來分離、過濾造紙廢水中的有機物、重金屬有害物、微生物等物質;第三,高級氧化技術,利用臭氧、過氧化氫、高紫外光催化氧化等方式來有效地去除造紙廢水中的BOD、COD等,從而有效地降解造紙廢水中的有機物與色度;第四,離子交換技術,利用離子交換樹脂的方式來去除造紙廢水中的離子,通過陽離子、陰離子交換以及混合交換的方式來去除廢水中所包含的重金屬離子以及硫酸鹽、硝酸鹽離子等。

3 造紙廢水污染治理的優化策略

3.1 廢水厭氧處理后產生沼氣循環利用

厭氧處理具有較為顯著的優勢,能夠較大程度上分解消除造紙廢水中的各種污染物質,因此需要合理運用廢水厭氧反應器的廢水處理工藝,優化廢水厭氧反應器的運行系統,實現高濃度有機廢水的高效高質量處理[3]。例如,可以運用內循環厭氧反應器來處理造紙廢水,優化厭氧處理的效率,切實有效地提高造紙廢水厭氧反應器的運行效能和廢水污染治理效能。利用內循環厭氧處理器,結合沼氣提純技術和循環利用技術,將造紙廢水流入內循環廢水厭氧處理器處理后流入沼氣池,通過脫硫、碳、水后提純形成天然氣,輸送到工廠車間和市政天然氣管網絡,以實現造紙廢水高效處理和循環利用。將造紙廢水經內循厭氧處理器處理后,將清潔水排出,將污水儲存在厭氧罐,將產生的沼氣再輸送到沼氣穩壓柜,而后將沼氣進行脫硫、脫碳處理,達標后調壓、計量,形成可以燃燒的清潔氣體進入其他行業,作為能源燃料使用,延長造紙廢水處理的供應鏈。

3.2 新型膜材料和膜技術的組合與搭配應用

膜技術在造紙廢水處理中發揮著重要作用,當前也是我國造紙廢水處理最主要和最普及的處理技術之一。因此,需要推動膜技術的創新,推廣和應用新型膜材料與膜技術[4]。首先,需要應用和推廣各種高效的新型膜材料,例如:無機陶瓷膜,這種膜當前應用不夠廣泛,但是已經顯現出較強的優勢,對造紙廢水黑液進行過濾和分離處理,出水COD降低60%以上,并且無機陶瓷膜還能夠攔截和過濾75%以上的木質素;在聚丙烯腈膜的基礎上適當添加殼聚糖,以此來形成全新的納濾膜,可以用來處理造紙工廠作業形成的機械漿廢水,過濾40%以上的鈉離子;氧化石墨烯膜,能夠過濾造紙廢水中70%的鈣鎂離子以及54%以上的硫酸根離子,并且具有較強的穩定性,可以長期使用,在成本上也具有一定的優勢,可以通過以上幾類新型膜材料來制備新過濾膜,以有效地提升造紙廢水過濾處理的效用。

3.3 利用好氧生物處理法對污水進行深加工處理

好氧生物處理技術和厭氧處理技術同屬于生物處理技術,應當對好氧生物處理技術進行創新,改進和優化好氧處理工藝,對造紙制漿產生的廢水和污水進行處理[5]。對造紙廢水好氧處理技術進行改進,首先應當要改進和優化曝氣方式,更新曝氣器設備和支持技術,利用更加先進的供氣式低壓射流曝氣器、倒傘形曝氣器等設備來進行自動化曝氣處理,從而有效地優化曝氣方式。在先進的設備支持基礎上,還需要將具有好氧生物物質的造紙廢水排入曝氣池,利用先進的曝氣設備對廢水中的各種污染物做分區處理,以提高造紙廢水處理的效率,支持氧化技術的實施,在曝氣池中融入更多氧氣,從而實現好氧處理,更高效地降解各種好氧生物,有效地提高造紙廢水處理的效率。

3.4 優化高得率制漿工藝中解離處理方法

高得率制漿工藝能夠從根本上降低造紙廢水中包含的有機物和有害物質等,在高得率制漿的過程中應當利用有效的制漿處理方法來對各種原料進行處理。優化高得率制漿工藝中解離處理方法,應當選擇效率較高和質量較高的制漿工藝,從CTMP、SCMP、APMP、P－RC等眾多高得率制漿工藝中,客可以選擇CTMP的方法,先將造紙制漿所用的纖維原料用化學藥品完全浸透,使得化學雜質達到一個飽和狀態,而后再將纖維原料放入機械,進入機械磨漿環節。而后,將該環節產生的制漿廢水進行至少兩級生化處理,比如采用與附近化學漿廠耦合運行的方式,利用熱泵對造紙廢水進行蒸發濃縮處理,而后將處理后的制漿廢水并入化學制漿黑液堿回收生產線,從而有效地處理高費率制漿所產生的殘留化學物質、有機物、細小纖維等物質,實現高效的廢水處理。

3.5 造紙白水的處理和回收實用技術

造紙白水并不是達到可排放標準的相對純凈的水,其中仍然包含了大量污染物,需要對其進行切實有效的處理,優化多圓盤過濾工藝、氣浮處理工藝以及二級生物處理工藝等,從而有效地提高造紙白水處理與回收再利用效率。例如,在利用多圓盤過濾工藝處理造紙白水時,可以應用多圓盤真空過濾機,通過機內循環的方式來過濾和處理造紙白水,過濾和回收造紙白水中所包含的細小纖維和填料。其次,還應當優化造紙白水淺層氣浮的處理工藝,在造紙白水中加入絮凝劑,利用淺層氣浮設備,可以將造紙白水中的SS去除率從70%提升到90%～98%,具有非常可觀的效果。而造紙白水的二級生物處理工藝,主要是通過厭氧處理和好氧處理方法的結合,形成厭氧＋好氧的二級生化處理流程,以實現造紙白水的有效處理。

4 結束語

綜上所述,造紙工業會產生較多的廢水,給環境帶來較大的負擔,為了順應“十四五”規劃的發展要求,建設綠色經濟體系,應當大力推動造紙廢水治理體系的優化,創新應用造紙廢水處理技術,以有效地提升造紙廢水治理效能,為國民經濟的綠色健康發展奠定堅實的基礎。隨著造紙技術和造紙工藝的改進與優化,造紙廢水污染程度在一定程度上下降,但是仍然表現出較為嚴重的污染形勢,仍然需要投入大量時間精力去處理造紙廢水,以應對造紙規模不斷擴大而帶來的廢水污染情況。因此,需要大力推動各種造紙廢水污染處理技術,加速完善廢水處理循環利用的供應鏈,推動廢水循環利用產業的規模化和標準化,針對性改進各種造紙廢水處理技術,以推動造紙廢水中各種懸浮物、生化需氧量、化學需氧量以及其他有毒物質污染物的凈化,促進造紙工業的綠色化轉型升級。