造纸废水处理技术

造纸废水处理技术

造纸工业所产生的废水具有种类繁多、水量大、有机污染物含量高特点，属难处理的工业废水之一，废水来源于制浆及造纸各个工艺环节中，其物理性质及有机污染物的浓度各不相同，针对废水的特征确定有效的处理工艺，当前用于造纸工业废水处理的主要方法有沉淀、气浮、吸附、膜分离、好氧生物、厌氧生物等处理方法以及几种工艺结合的处理方法。无论采用什么样的方法，废水都需要进行预处理，预处理主要是为了改善废水水质，以便满足各工艺的进水要求，提高废水处理的整体效果，确保整个处理系统的稳定性，因此预处理在造纸工业废水处理中具有非常重要的地位。造纸工业废水处理中的预处理可分为厂内预处理和厂外预处理，厂内预处理主要是对白水中的纸浆进行回收，常采用过滤、气浮等进行回收利用，能够避免大量的纸浆进入废水处理系统中，既提高了纸浆的得率又节约了废水处理的成本；厂外预处理主要是为了保证进入物化、生化等处理系统的废水能够最大程度的满足工艺要求，能够使系统稳定运行。
  　　
  预处理工艺主要有：格栅、筛网、纤维回收系统、调节水量及水质、等工艺组成。可根据不同的造纸工业废水水质采取不同的预处理手段，去除一部分污染物，改善废水水质，使整个废水处理系统的处理效果达到最佳。
  造纸废水的特性
  根据废纸来源和生产工艺的差别,废水的特性有所不同,废水的主要成分为: 固体污染物:如颜料、填料、纤维、尘土和形体较大的各种杂质等; 溶解的污染物:如溶解性有机物和无机物,包括有机酸、溶解的有机或无机盐类、碳水化合物、木素的产物、油墨中的可溶物、化学添加剂等; 胶体污染物:分散在废水中的非常细小的形成稳定胶体的污染物。一般情况下固体污染物很容易去除,使用现代的处理设备如气浮、过滤、沉淀的方法即可除去,有的时候不用加入化学药品即可达到净化的目的,在废纸制浆废水中CODCr 、BOD5 的主要来源是悬浮固体物(SS) 。现代废纸制浆产生的废水难点主要是处理溶解的污染物和胶体污染物。
  废水污染负荷的差异性
  鉴于废纸种类、来源、处理工艺以及废纸处理过程的技术装备情况的不同,排放废水的污染特性差异较大。以纸机脱出的水为例, 网下白水的 CODCr浓度大约为500～600mg/ L ,真空部位白水的 CODCr浓度为250～300mg/ L ,而伏辊部位脱出白水的CODCr浓度则在150～200 mg/ L 之间,而且废水成分也有一定的差别。因此,根据不同用水部位对水质的要求,将不同浓度的废水分别循环回用于相应的用水部位,这不仅可以节约水资源,还可以有效地降低废水治理负担,减少纤维流失。
  1.格栅、筛网
  　　
  由于造纸工业废水中常含有树皮、木屑、塑料、纸浆纤维屑等细小的悬浮物，如以木材为原料的制浆厂在备料过程中排放的废水中往往含有树皮、木屑等，在造纸过程中的抄纸等工序中会产生大量的白水，白水中含有较高的纤维浓度。这些物质会对水泵等造成损害对主体处理工艺造成影响，特别是对生物处理中UASB、水解酸化等工艺的布水系统造成严重堵塞，因此在进入水泵及主体处理系统之前对其进行拦截，设置格栅拦截大悬浮物，设置筛网拦截细小悬浮物。
  　　
  格栅一般用在大水量的造纸废水处理中，由于废水水量大，且悬浮物颗粒种类较多，设置格栅能够有效拦截较大的悬浮物，处理能力高，不易堵塞，针对造纸废水的特点我公司在工程实践中一般设置粗细格栅，粗格栅栅缝间隙常采用10-15mm，细格栅栅缝间隙通常采用1-5mm。格栅机主要有回转式机械格栅机、网式转链格栅机、固定式格栅机、反切式旋转细格栅机等，我公司常用的主要有反切式旋转细格栅机、网式转链格栅机、固定式格栅机等。
  　　
  筛网通常应用在水量相对较小、废水中含有大量的细小悬浮物如纸浆等，同时还可以去除大颗粒的漂浮物，对悬浮物及大颗粒物质的去除率可达到90%以上。工程实践表明，筛网间隙一般为30~60目，安装形式采用固定式安装，安装角度为40~50°，安装角度不易过大，过大则造成过水负荷降低，使处理能力降低同时也增加了部分投资，过小则易造成筛网堵塞，加大了清渣难度，影响处理效果。
  2.纤维回收系统
  　　
  造纸废水中含有大量的纸浆纤维，如果不对纸浆纤维进行回收，将有大量的纸浆进入废水处理系统中，严重影响废水处理系统的处理效果，同时造成纸浆浪费。厂内纤维回收系统主要用于造纸白水的纤维回收，一方面进行白水循环减少白水的排放量，另一方面采用筛网、多圆盘过滤、气浮、沉淀等方法进行回收纸浆纤维，厂外纤维回收常采用筛网过滤的方法进行纸浆纤维的回收。
  　　
  筛网过滤主要有：重力自流式筛网过滤、普通旋转过滤机、反切单向流旋转过滤机、双向流旋转过滤机等。
  　　
  重力自流式筛网过滤是废水通过集水槽溢流堰均匀布水到筛网上，由于重力作用，滤液从筛网的缝隙中流出，纸浆纤维在重力及水的冲力作用下沿筛网流入集渣槽中，达到浆水分离的作用。
  　　
  普通旋转过滤机过滤滚筒与安装地面有一角度，废水从上部进入滚筒，进水口滤网内壁程90度角，过滤滚筒在旋转的过程中滤液从滤网的缝隙中排出，纸浆自动排到滚筒的另一端。同时可以查看中国污水处理工程网更多技术文档。
  　　
  反切单向流旋转过滤机采用卧式滚筒结构，传动方式可分为链条式和齿轮式，废水均匀布水到逆水流方向的滤网内壁上，水流与滤网形成反切相对运动，滤液从网的缝隙中排出，纸浆纤维被截留在网的内壁，在导板的作用下，从排渣端自动排出。从而达到纸浆与废水的分离作用；反切双向流过滤机的原理与单向流相同。
  　　
  3.调节
  　　
  由于造纸工业在生产过程废水排放的多样性，使排出的废水的水质及水量在一日内有一定的变化，因此要求对废水 进行进行调节，均衡水质，使其能够均匀进入后续处理单元，提高处理效果。废水的调节主要分为：水量调节和水质调节。
  　　
  废水处理设备及构筑物都是按一定的水量标准设计的，要求均匀进水，特别对生物处理系统更为重要，为了保证后续处理系统的正常运行，在废水进入处理系统之前，预先调节水量，使处理系统满足设计要求。
  　　
  根据造纸工业工艺的不同，废水的水量、水质不同，调节池的停留时间也各不相同，当处理水量比较小时，停留时间可选大些，当处理水量比较大时，停留时间可根据具体情况选小些，一般为4~8个小时。
  　　
  虽然废水在进入调节之前通过格栅、纤维回收等措施去除了大部分的悬浮物，但还是会有一部分的悬浮物特别是纸浆流进调节池，
  为了防止沉淀，同时为了加强废水的均匀性，可考虑在调节池内增加曝气装置，可有效改善废水的水质特性。
  4.
  造纸废水的来源和特性
  造纸生产过程中用水很多，生产1t纸约需水300~500m3，在造纸废水中，不仅含有大量造纸原料（约有20%原料随废水流失），而且含有大量化学药品及其他杂质，所以如果造纸废水不经处理任意排放，会对水体造成极大的危害。
  为了有限地处理造纸废水。首先必须对造纸废水的水质有所了解。碱法造纸排出的废水主要有以下三种：
  1、蒸煮木浆（或草浆）所生成的废液，又称黑液。
  2、打浆机和精浆机排出的废水，称打浆废水。
  3、造纸机废水，其中可以直接使用的称为白水。
  这些废水中含有的主要污染有以下几种：
  1、悬浮物
  包括可沉降悬浮物和不可沉降悬浮物，主要是纤维和纤维细料（即破碎的纤维碎片和杂细胞）
  2、易生物降解有机物
  包括低分子量的半纤维素、甲醇、乙酸、甲酸、糖类等。
  3、难生物降解有机物
  主要来源于纤维原料中所含的木质素和大分子碳水化合物。
  4、毒性物质
  黑液中含有的松香酸和不饱和脂肪酸等。
  5、酸碱毒物
  碱法制浆废水ph值为9~10；酸法制浆废水ph值为1.2~2.0.
  6、色度
  制浆废水中所含残余木质素是高度带色的。
  造纸废水的回收利用方法
  由于造纸废水由三种废水组成：黑液、打浆机废水和造纸机废水，因此它的回收利用主要是针对这三种废水展开。
  1、黑液的回收利用
  （1）传统碱回收法（燃烧法）
  造纸工业上用碱量很大，每生产1t纸浆需要200~400kg烧碱。在蒸煮后排出的黑液中有35%左右的无机物，其主要成分是游离的NaOH、Na2S、Na2SO4及和有机物结合的其他钠盐。回收碱的目的就是将这些钠盐转化为NaOH和Na2S回收利用，以降低成本，并减少对水体的污染。
  （2）湿式氧化法
  湿式空气氧化是指在高温、高压下，废水中的有机物被氧化分解的过程，其氧化程度取决与所使用的温度和压力。此方法适用于烧碱法黑液。
  （3）湿式裂化法
  湿式裂化法回收稻草浆黑液为我国独创的新技术。黑液在20MPa，360摄氏度左右进行湿式裂化反应15~30min，黑液中的有机物转化为气体、焦油、炭粉和有机酸，硅酸钠在高CO2分压下转化为Si2沉淀。然后在常压下用沉降法将裂化产物分离，分理出的液体可苛化回收碱。
  （4）SCA-比列若得法
  此方法的基本原理与空气氧化法相近似。将浓缩到50%~60%的黑液，在氧气不足的条件下，在热分解炉内进行瞬间热分离，分解产物为Na2CO3、H2S、C等。
  （5）黑液的综合利用办法
  回收硫酸盐松节油、用黑液制取胡敏酸氨、回收塔罗油，用黑液制取二甲基亚矾等。另外还可以回收木质素，生产酒精和酵母。
  4、打浆机废水回收利用
  纸浆经过打浆机排出的废水，其所含成分与黑液相同，只不过浓度较低。由于所含的有机物质（纤维和碱等）数量少，回收较困难，但废水 中的总固体、悬浮物和BOD5仍然很高，直接排放对水体污染仍很严重，因此需要进行处理。主要处理方法包括混凝沉淀法、气浮法、活性污泥法、稳定塘法、生物滤池法及A/O法等。
  5、造纸机废水回收利用
  从造纸机上排出的废水中含有大量纤维，如不回收利用，将造成很大浪费，因此，对造纸机器废水必须加以充分的回收和重复利用。这些水部分可以用来稀释纸浆（如案锟排出的白水），部分送至打浆工程使用（吸水箱和伏锟所压出的废水），打浆工程用不了的废水，应送到回收装置进行饲料回收。
  造纸企业废水处理工艺选择
  1废水水质、水量与排放标准
  1.1  废水水质
  　　　
  根据业主提供的水样资料，经水质分析，废水水质指标见下表所示：
  

以上数据需经业主认可后，才能采纳作为设计资料。
  1.2  处理水量
  根据业主提供的资料，本工程的设计规模为
  日平均流量 : 8000m3/d。
  1.3  使用标准
  根据业主要求，处理后的出水应达到以下标准以满足回用及排放的要求：
   
  《污水综合排放标准》（GB8978－1996）中一级标准（新建项目）：
  

备注：制浆回用水质要求有业主提出。
  2. 处理工艺的选择
  2.1   工艺选择的原则
  工艺方案的选择对于废水处理设施的建设、确保处理设施的处理效果和降低运行费用发挥着最为重要的作用，因此需要结合设计规模、废水水质特性以及当地的实际条件和要求，选择技术可行、经济合理的处理工艺技术，经全面技术经济分析后优选出最佳的总体工艺方案和实施方式。
  在废水处理设施的总体工艺方案确定中，遵循以下原则：
       (1)  所选工艺必须技术先进、成熟，对水质变化适应能力强，运行稳定，能保证出水水质达到工厂使用标准及国家废水排放标准的要求。
       (2)  所选工艺应减少基建投资和运行费用，节省占地面积和降低能耗。
       (3)  所选工艺应易于操作、运行灵活且便于管理。根据进水水质水量，应能对工艺运行参数和操作进行适当调整。
       (4)  所选工艺应易于实现自动控制，提高操作管理水平。
       (5)  所选工艺应最大程度减少对周围环境的不良影响（气味、噪声、气雾等）。
  2.2;废水的水质特性分析
  　　
  造纸废水处理主要污染物COD、BOD、SS，而COD、BOD、SS主要是纤维在生产过程中分解而引起的，也可以说是由SS引起的，废纸制浆造纸工艺更突出。废水中的悬浮物主要是长纤维、短纤维、填料及少量的杂细胞组成。根据废纸制浆造纸废水这一特点，以及污水排放标准，本厂废水处理方案确定为微孔过滤－物化预处理－生化法。
  2.3 工艺方案的选择
  　　
  借鉴以前废纸造纸废水处理经验，制浆系统有部分生产用水水质要求不高，只要控制COD小于1500mg/l、SS小于200mg/l（业主提供）。就可回用，考虑到减少投资规模及降低处理成本，本方案确定，废水经微孔水力筛及气浮处理出水共8000立方米/天，其中3000立方米/天直接回用到制浆系统（水质可满足工艺要求），其余5000立方米/小时经生化处理后，一部分回用到抄纸系统，多余部分达标排放，此时全厂生产废水的回用水量最高可达到75%（6000立方米/天），此指标在国内属于领先水平。（国家环保局仅要求白水回用效率达70%）。
  　　
  处理工艺中主要采用物化与生化处理相结合的方法，针对废水水质及回用水质要求，对废水进行分级处理。利用微孔水力筛过滤废水回收可利用的纸纤维。经一级气浮装置去除悬浮物后，部分废水（3000m3/d）即回用到制浆工序中，剩余废水（5000m3/d）通过自流送至生物接触氧化池，接触氧化池内设置曝气系统和组合填料，利用填料上的微生物去除废水中的有机物、氨氮、色度等，生物接触氧化池的出水自流进入二次混凝气浮装置，废水在气浮前部设置管道混合器，与药剂充分混合、反应后在气浮池内进行上浮分离，出水通过出水管收集自流进入清水池，清水水质保证达到国家污水排放一级标准要求及造纸抄纸生产用水标准的需要。一级气浮及二级气浮的污泥排入污泥储存池。污泥储存池的污泥定期送入泥脱水装置进行脱水，脱水污泥外运处置。处理出水排入清水池供回用，多余清水排放。（废水回用工艺及设备不在本设计范围内）
  3  工艺单元设计
  1、格栅井
     布置机械格栅一台，型号：LXG-800-2500
     电机功率：1.5kw  格栅间隙：5mm
     整体不锈钢材料制造。
  2、集水池
     有效容积300立方米。钢筋混凝土地下水池，有顶盖。
  3、集水池废水提升泵
     选用二台废水提升泵，型号：ISG200-200(I)
     流量：400m3/h  扬程：12.5m  电机功率：22kw
     一用一备
     配套引水桶二只
  4、微孔水力格栅
     选用微孔水力格栅，格栅间隙根据回收纤维要求，选用间隙为2mm。

很有吸引力  

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