摘要：造紙廢水及污泥處置問題已經(jīng)成為制約造紙工業(yè)發(fā)展的大問題，本研究采用高效無二次污染的凈水劑處理造紙廢水，不但降低處理成本，而且還可以回收利用造紙污泥，達(dá)到環(huán)保和經(jīng)濟(jì)雙效益。

1.背景

早在“七五”時(shí)期，我國(guó)就把造紙工業(yè)廢水治理技術(shù)研究列為國(guó)家重點(diǎn)科研攻關(guān)項(xiàng)目，經(jīng)過多年努力，在治理技術(shù)的研究和防治工作方面，取得了一定的緊張，但由于許多實(shí)際問題(如治理費(fèi)用投資、環(huán)保管理方面等)的存在，我國(guó)造紙工業(yè)廢水對(duì)水體的污染仍在加劇。據(jù)中國(guó)造紙協(xié)會(huì)對(duì)綜合信息資料調(diào)查顯示，2002年全國(guó)紙和紙板生產(chǎn)企業(yè)約有3500家，全國(guó)紙和紙板生產(chǎn)量3780萬噸，比三年增長(zhǎng)18.13%【1,2,3】。從數(shù)據(jù)可以看出，我國(guó)造紙業(yè)的產(chǎn)量逐步提高，并保持了高速度增長(zhǎng)趨勢(shì)，但與此同時(shí)，全國(guó)的造紙廢水排放量也在逐年上升，2002年排放量為34.5億噸。目前國(guó)內(nèi)眾多造紙廠普遍采用廢紙作為原料抄紙的生產(chǎn)方式，在制漿過程中一般每生產(chǎn)1噸廢紙漿，廢水排放量達(dá)100-150立方米，大量的廢棄物除含有塑料片、泥、沙外，還有細(xì)小的纖維素和半纖維素、木質(zhì)素、油、膠粒、礦物、填料等混在廢水中排入到江河中去，其廢水中的SS和COD等污染指標(biāo)大大高出國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重污染環(huán)境。由此可以看出我國(guó)造紙工業(yè)的廢水污染問題顯得十分突出，治理任務(wù)繁重而艱巨。如何治理好廢水，是目前造紙環(huán)保工作的一項(xiàng)重要任務(wù)【4,5】。

造紙廢水的主要特點(diǎn)是懸浮物等非溶解性污染物含量高，其廢水中的溶解性物質(zhì)如：COD、BOD指標(biāo)較低(相對(duì)化學(xué)制漿)。國(guó)內(nèi)中、小型紙廠普遍使用一級(jí)處理即氣浮、化學(xué)混凝等物化處理方式，處理后的廢水回用到抄紙車間，最大限度的實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)用水循環(huán)使用。目前廢水混凝后產(chǎn)生的污泥(噸紙固體污泥產(chǎn)率達(dá)15-27kg/t，灰分含量可達(dá)40-65%)，絕大多數(shù)參加均采用燃燒或填埋的方法來處理，但存在的問題很大。例如：廢紙?jiān)旒埼勰嗷曳州^高，燃燒灰分高于50%的污泥是有困難的，因?yàn)橛袡C(jī)物含量太低，要維持燃燒則要求水分含量很低，而且燃燒后的無機(jī)組分要填埋處理【6,7】;提地填埋是污泥主要處置方法之一，經(jīng)固液分離后的污泥，使用脫水設(shè)備進(jìn)行濃縮脫水(脫水率達(dá)35-60%)。脫水后的污泥外運(yùn)到選定場(chǎng)所填埋，如果場(chǎng)地設(shè)計(jì)不當(dāng)，污泥中的濾液可能污染地表水和地下水，造成環(huán)境污染。對(duì)造紙廠來歲污泥處理費(fèi)用約占水處理運(yùn)行費(fèi)用的30-40%，所以對(duì)中、小型造紙廠而言，廢水、污泥如何處理和有效利用，從經(jīng)濟(jì)效益和減少環(huán)境污染方面是極為重要的，它關(guān)系到企業(yè)的生存和持續(xù)發(fā)展。

傳統(tǒng)的造紙廢水處理工藝(如圖1.1)

傳統(tǒng)的處理工藝無法使造紙工業(yè)排放廢水及污泥回收再利用，而且目前國(guó)內(nèi)所普遍使用的堿式氯化鋁和聚丙烯酰胺等傳統(tǒng)藥劑處理的造紙廢水，出來的污泥易發(fā)黑、發(fā)臭，從而造成二次污染，使生態(tài)環(huán)境惡化及造成資源的浪費(fèi)。因此研制來發(fā)投藥量低、適應(yīng)性強(qiáng)、絮凝效果好、廢水能回用、污泥能回用抄紙的凈水劑就成為亟待解決的問題【8,9,10,11】。

2.造紙廢水凈水劑的研究

2.1研究?jī)?nèi)容

(1)造紙廢水凈水劑的合成技術(shù)路線及制備原理和方法

造紙廢水凈水劑是一種在聚合磷硫酸鐵及聚合硫酸鋁鐵基礎(chǔ)上合成的新型無機(jī)高分子凈水劑。雖然造紙廢水凈水劑是在聚合硫酸鐵基礎(chǔ)上合成的，但由于磷酸根離子介入，使兩者的性能和使用pH值范圍有本質(zhì)的不同，下面是合成造紙廢水凈水劑的工藝條件簡(jiǎn)述。

(2)造紙廢水污泥回用的作用機(jī)理

造紙廢水凈水劑是無機(jī)混凝劑，具有極強(qiáng)的催氧化及高效混凝功效，其在水解過程中產(chǎn)生大量的多核配合物，在進(jìn)行廢水處理時(shí)一方面起到防腐作用，另一方面通過靜電中和及膠體吸附等共同作用，使廢水中的膠體粒子脫穩(wěn)，產(chǎn)生致密的凝聚實(shí)體，改善污泥回用在網(wǎng)部的留著和濾水性能。

(3)已達(dá)到的主要的技術(shù)指標(biāo)有：

表2-1技術(shù)指標(biāo)

(4)已解決的技術(shù)關(guān)鍵問題

在制備造紙廢水凈水劑的時(shí)候要注意其反應(yīng)時(shí)間及反應(yīng)溫度的控制;在污泥處理上的時(shí)候，首先在處理之前要對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)處理，為污泥回用創(chuàng)造條件，回用的污泥上紙機(jī)前應(yīng)與良漿充分混勻。

2.2 創(chuàng)新點(diǎn)

①這個(gè)項(xiàng)目研制的造紙廢水凈水劑不但能夠降低廢水的出水指標(biāo)，同時(shí)也是一種以廢治廢的環(huán)保新路線。

②該項(xiàng)目的生產(chǎn)路線中的原料是利用化工廠硫酸法制取粉的副產(chǎn)品亞鐵鋁鹽，達(dá)到了二次利用的效果，充分利用了可利用資源，實(shí)現(xiàn)了以廢治廢的環(huán)保路線。

③在生產(chǎn)產(chǎn)品過程中一直都是清潔生產(chǎn)過程，無廢氣、廢水及廢渣等的排放，是一個(gè)環(huán)保型的研究開發(fā)路線。

④生產(chǎn)過程也較為簡(jiǎn)單易行，只需要進(jìn)行一定的水解、聚合、濃縮及烘干等過程就能夠制得產(chǎn)品。

2.3 采用的方法、技術(shù)路線以及工藝流程

合成造紙廢水凈水劑的原料是化工廠硫酸法制取粉的副產(chǎn)品亞鐵鋁鹽，用強(qiáng)氧化劑氧化亞鐵鋁鹽，經(jīng)水解、聚合生成一定堿化度的聚合鐵，在此基礎(chǔ)上加入磷酸鹽，在一定溫度下反應(yīng)一段時(shí)間即生成液體聚合物，經(jīng)濃縮、烘干又可制得灰白色固體產(chǎn)品。在反應(yīng)器中，根據(jù)亞鐵鋁鹽的量加入硫酸和雙氧水后在一定溫度下反應(yīng)5-6小時(shí)，然后定量加入磷酸鹽在一定溫度下反應(yīng)30-60分鐘即制得液體產(chǎn)品，液體產(chǎn)品在60-90攝氏度間烘干可得固體產(chǎn)品。在工業(yè)生產(chǎn)中，常常是在催化劑作用下用空氣或氧氣氧化亞鐵鋁鹽，在實(shí)驗(yàn)室中則常采用強(qiáng)氧化劑直接氧化。

把強(qiáng)氧化劑加入亞鐵鋁鹽溶液中將發(fā)生以下兩個(gè)反應(yīng)：

由于第一個(gè)反應(yīng)放出的熱量較大，因此，第二個(gè)反應(yīng)不可避免地要消耗一部分強(qiáng)氧化劑，為此氧化時(shí)我們就采用在常溫下把強(qiáng)氧化劑慢慢滴入。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)亞鐵鋁鹽與強(qiáng)氧化劑摩爾比達(dá)到一定比例時(shí)，可被氧化完全。

3. 造紙廢水及污泥綜合利用技術(shù)的研究

3.1 造紙凈水劑的研制

造紙廢水的主要特點(diǎn)是懸浮物等非溶解性污染物含量高，其廢水中的溶解性物質(zhì)如：COD、BOD指標(biāo)較低(相對(duì)化學(xué)制漿)。國(guó)內(nèi)中、小型紙廠普遍使用一級(jí)處理即氣浮、化學(xué)混凝等物化處理方式，處理后的廢水回用到抄紙車間，最大限度的實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)用水循環(huán)使用。目前廢水混凝后產(chǎn)生的污泥(噸紙固體污泥產(chǎn)率達(dá)15-27kg/t，灰分含量可達(dá)40-65%)，絕大多數(shù)參加均采用燃燒或填埋的方法來處理，但存在的問題很大。

與傳統(tǒng)的廢水凈水劑相比，本公司研制的造紙廢水凈水劑不但可以處理造紙廢水，還可以處理污泥污泥，讓造紙工業(yè)的全過程都得到了清潔生產(chǎn)的保護(hù)，最終得到了全回用。

造紙廢水是無機(jī)混凝劑，具有極強(qiáng)的催氧化及高效混凝功效，其在水解過程中產(chǎn)生大量的多核配合物，在進(jìn)行廢水處理時(shí)一方面起到防腐作用，另一方面通過靜電中和及膠體吸附等共同作用，使廢水中的膠體粒子脫穩(wěn)，產(chǎn)生致密的凝聚實(shí)體，改善污泥回用在網(wǎng)部的留著和濾水性能。

3.2 實(shí)驗(yàn)方法

在同等的其他條件下，變化單一因子，確定最佳投加量、藥劑和處理工藝。藥劑絮凝反應(yīng)使用六連攪拌器，反應(yīng)一段時(shí)候之后，靜置，取上層清液，測(cè)定相關(guān)數(shù)據(jù)，以CODcr、色度和SS等指標(biāo)來衡量其去除效果。

3.3 研制的實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果

3.4 研發(fā)過程中遇見的問題及解決辦法

①藥劑反應(yīng)時(shí)間不夠

反應(yīng)時(shí)間不夠會(huì)造成造紙廢水凈水劑沒有充分合成，浪費(fèi)材料，同時(shí)也影響品質(zhì)。

解決辦法：安裝時(shí)間控制，定量投加反應(yīng)材料，定時(shí)監(jiān)控。

②生產(chǎn)造紙廢水凈水劑時(shí)溫度過高

由于反應(yīng)過程是放熱反應(yīng)，會(huì)使反應(yīng)過程劇烈，造成焦化糊化，影響藥劑的品質(zhì)。

解決辦法：安裝溫度顯示器，配套冷凝設(shè)施，當(dāng)溫度過高時(shí)候適當(dāng)在外部冷凝處理，控制反應(yīng)過程在合理的溫度范圍內(nèi)。

3.5 應(yīng)用案例

2015年8月，我司在東莞某造紙廠進(jìn)行造紙廢水及污泥處理技術(shù)的中試，先將廢水集中進(jìn)入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)廢水的濃度，pH值和廢水污染物濃度，然后廢水進(jìn)入混凝槽，投加造紙廢水凈水劑，充分混合反應(yīng)后進(jìn)入一級(jí)和二級(jí)斜管沉淀池，各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到客戶的要求。系統(tǒng)產(chǎn)生的造紙污泥，經(jīng)干化脫水處理后，回用處理，系統(tǒng)不產(chǎn)生二次污染。

系統(tǒng)運(yùn)行水質(zhì)情況如下表。

4 經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益分析

4.1 效益分析

主要的經(jīng)濟(jì)效益有：

傳統(tǒng)的處理造紙廢水的方法(也就是處理費(fèi)用最低的方法)一般是利用聚鋁及PAM，成本一般在0.5-0.8元之間，然而造紙廢水凈水劑完全可以替代傳統(tǒng)的藥劑，而且成本較傳統(tǒng)的處理成本便宜1/3-1/4，每噸廢水處理成本只需0.33-0.53元之間，同時(shí)加藥方法也簡(jiǎn)單，不需要增加勞動(dòng)力[12,13]。

造紙廢水使用造紙廢水凈水劑之后，其污泥回用抄紙，平均可減少噸消耗廢紙量5%，以每噸廢紙800元算，則每噸成品紙可省40元成本，也就是省去了污泥填埋的費(fèi)用。使用造紙廢水凈水劑之后的廢水能達(dá)標(biāo)排放，水回用或零排放，可節(jié)約用水，省去取水費(fèi)和排污費(fèi)，而且做到清潔生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，按照《清潔生產(chǎn)法》可免稅。同時(shí)紙機(jī)的清潔生產(chǎn)能延長(zhǎng)紙機(jī)易損耗的使用壽命。

最后在環(huán)保方面，由于聚鋁其它鋁系凈水劑的使用會(huì)在水體中殘留一定量的鋁，對(duì)環(huán)境造成二次污染，因此在工業(yè)廢水處理中受到限制，尤其是在生活飲用水凈化中，聚合氯化鋁等鋁系混凝劑將會(huì)隨著人們環(huán)境和健康意識(shí)的提高而受影響。造紙廢水凈水劑是利用“以廢治廢、變廢為寶”的原則，無二次污染，還高效地利用資源，達(dá)到廢物的二次回收利用。在凈水中，讓人買到安全、放心[14,15,16]。

4.2.社會(huì)效益

我公司造紙廢水凈水劑的開發(fā)和應(yīng)用，大大促進(jìn)了我國(guó)造紙行業(yè)廢水處理藥劑的發(fā)展歷程，對(duì)于我國(guó)的環(huán)保政策的落實(shí)起到了一定的作用。

①造紙廢水凈水劑在環(huán)保型現(xiàn)代社會(huì)，有完全足夠的競(jìng)爭(zhēng)力生存，通過“以廢治廢、變廢為寶”的途徑，為社會(huì)、為人類帶來了巨大的財(cái)富和健康;同時(shí)也高效地達(dá)到了所謂環(huán)保、綠色型藥劑的要求，是值得信賴、值得放心使用的高效混凝劑;

②安全環(huán)保，能為社會(huì)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益，使用最簡(jiǎn)單的生產(chǎn)方法得到最好的凈水劑產(chǎn)品;

③增加社會(huì)就業(yè)，培養(yǎng)鍛煉了一批水處理劑研發(fā)及調(diào)試人員，促進(jìn)了我國(guó)環(huán)保事業(yè)向高新技術(shù)的方向發(fā)展;

④提高我公司的知名度，使我公司向?qū)I(yè)化和規(guī)模化的先進(jìn)企業(yè)靠攏，增強(qiáng)我公司市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)也為國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了一定的貢獻(xiàn)。

5 結(jié)論

造紙廢水使用造紙廢水凈水劑之后，其污泥回用抄紙，平均可減少噸消耗廢紙量5%，以每噸廢紙800元算，則每噸成品紙可省40元成本，也就是省去了污泥填埋的費(fèi)用。使用造紙廢水凈水劑之后的廢水能達(dá)標(biāo)排放，水回用或零排放，可節(jié)約用水，省去取水費(fèi)和排污費(fèi)，而且做到清潔生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，按照《清潔生產(chǎn)法》可免稅。同時(shí)紙機(jī)的清潔生產(chǎn)能延長(zhǎng)紙機(jī)易損耗的使用壽命。造紙廢水凈水劑的市場(chǎng)認(rèn)同率不斷提高的過程中，也代表在市場(chǎng)上將會(huì)有不斷擴(kuò)大的占有率，最終達(dá)到規(guī)模效益。我公司造紙廢水凈水劑的開發(fā)和應(yīng)用，大大促進(jìn)了我國(guó)造紙行業(yè)廢水處理藥劑的發(fā)展歷程，對(duì)于我國(guó)的環(huán)保政策的落實(shí)起到了一定的作用。

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來源:散闊  作者:湯奔

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