造紙廢水主要來(lái)源于造紙生產(chǎn)過(guò)程中的制漿和抄紙,洗漿廢水呈黑褐色,含有大量的纖維、無(wú)機(jī)鹽和色素,抄紙廢水中含有大量的纖維和造紙過(guò)程中的填料。對(duì)其不進(jìn)行科學(xué)合理的處理,不僅污染環(huán)境,而且會(huì)造成水資源極大的浪費(fèi)。本文分析了造紙廢水的來(lái)源及特點(diǎn),并對(duì)常用的處理工藝進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析,最后對(duì)造紙廢水處理技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了展望。
造紙工業(yè)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)的重要組成部分,是文化教育、新聞出版以及工農(nóng)業(yè)的重要物資基礎(chǔ),是現(xiàn)代生活和社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)象征。一般來(lái)說(shuō),每生產(chǎn)1噸的成品紙,就需要消耗4—5m3木材,造紙工業(yè)消耗木材數(shù)量巨大,對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響嚴(yán)重。
在造紙過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生大量的造紙廢水,通常情況下,每生產(chǎn)1噸紙漿,就會(huì)產(chǎn)生60——100m3的廢水,而廢水中含有大量的半纖維素、木質(zhì)素、無(wú)機(jī)酸鹽、無(wú)機(jī)填料、油墨等??梢?jiàn),造紙廢水的排放量大,而且污染嚴(yán)重,如不對(duì)其進(jìn)行科學(xué)有效的處理,不僅會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染,還會(huì)浪費(fèi)大量的水資源,極不符合我國(guó)可持續(xù)的發(fā)展戰(zhàn)略。
隨著造紙行業(yè)的不斷發(fā)展,其廢水的排放和治理也受到更多的重視。因此,如何將造紙廢水化害為利,促進(jìn)造紙工業(yè)和環(huán)境保護(hù)共同發(fā)展具有非常重要的意義。
1造紙廢水的來(lái)源及特點(diǎn)
1.1廢水的來(lái)源
在造紙過(guò)程中主要產(chǎn)生三類廢水,黑液、中段廢水、和紙機(jī)白水。黑水主要是在蒸煮制漿過(guò)程中除渣、洗漿以及漂洗產(chǎn)生的洗滌廢水,廢水量較大,占造紙廢水總量的90%。中段水是在紙漿洗滌、篩選和漂白過(guò)程中產(chǎn)生的廢水;紙機(jī)廢水是在抄紙車間生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水。
1.2廢水的特點(diǎn)
造紙工業(yè)廢水是在其生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水,其廢水特點(diǎn)與生產(chǎn)工藝、原料、產(chǎn)品種類等有著重要的關(guān)系。一般來(lái)講造紙廢水主要的污染物有四類:(1)還原性物質(zhì),例如木素、無(wú)機(jī)鹽等;(2)可生物降解類物質(zhì),有半纖維素、樹(shù)脂酸,還有一些低分子的糖、醇、有機(jī)酸等;(3)懸浮物,例如細(xì)小纖維素、無(wú)機(jī)填料等;(4)色素類物質(zhì),有油墨、染料等。
不同的產(chǎn)品種類和制漿工藝產(chǎn)生的廢水中CODCr、BOD5、TSS含量不同。例如非脫墨工藝產(chǎn)生的廢水CODCr濃度為800——1500mg/L、BOD5濃度150——350mg/L、TSS濃度為900——1200mg/L,脫墨工藝廢水的CODCr濃度為200mg/L左右、BOD5濃度為300——900mg/L、TSS濃度為500——1500mg/L。此外,在一些使用次氯酸鈉漂白制紙過(guò)程中還存在三氯甲烷等具有毒性的物質(zhì)。因此,造紙工業(yè)廢水水量大,成分復(fù)雜,還具有一定的毒性。
2造紙廢水處理技術(shù)
2.1物理法
物理法是污水處理技術(shù)中較為簡(jiǎn)單且常用的技術(shù)方法,主要是指利用機(jī)械的、物理的方法去除污水中的污染物,這些物質(zhì)包括不溶性的、粒徑較大的一些雜志。主要的技術(shù)有機(jī)械過(guò)濾、沉淀、吸附等方法。在造紙廢水處理中,含有大量的細(xì)小纖維物質(zhì),采用過(guò)濾法具有很好的處理效果。
為了避免堵塞等現(xiàn)象的出現(xiàn),在過(guò)濾的同時(shí),要注意及時(shí)的清運(yùn)操作,因此,過(guò)濾技術(shù)主要是作為廢水預(yù)處理的方法。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多的是微過(guò)濾,主要設(shè)備有斜篩或過(guò)濾機(jī)。斜篩是大多數(shù)小型造紙廠使用較多,其能耗低、投資少,采用的網(wǎng)目數(shù)一般在60——100目。
沉淀也是在污水處理工藝中應(yīng)用較多的物理技術(shù),其常用其他技術(shù)配合使用,沉淀技術(shù)運(yùn)行穩(wěn)定、設(shè)施簡(jiǎn)單、動(dòng)力消耗低、構(gòu)筑物維護(hù)費(fèi)用低等特點(diǎn),但其使用面積較大。目前,在實(shí)際應(yīng)用中主要是以幅流式沉淀為主,此外還有平流式、豎流式等。
吸附法是利用一些具有多孔性的材料,將廢水中的一種或者多種物質(zhì)被吸附到固體表面而將其去除的方法。常用的吸附劑有活性炭、活性焦、膨潤(rùn)土、硅藻精土等。對(duì)于造紙廢水,吸附技術(shù)可對(duì)其廢水中的懸浮物、色度、CODCr等具有良好的處理效果。但其吸附飽和后還需要再生,而且價(jià)格昂貴,一般作為預(yù)處理工藝。
2.2化學(xué)法
化學(xué)法是利用試劑或某種技術(shù)使得污水中污染物的形態(tài)發(fā)生了變化,進(jìn)而得到去除的技術(shù)方法。常見(jiàn)的化學(xué)方法有中和、氧化還原、催化氧化、微電解、高級(jí)氧化等。常規(guī)的化學(xué)法需要和其他技術(shù)相結(jié)合來(lái)進(jìn)行廢水的處理,將化學(xué)處理劑加入到廢水中進(jìn)行預(yù)氧化,然后進(jìn)行混凝沉淀,還可以在混凝的同時(shí)進(jìn)行投加氧化劑,以利用混凝劑和氧化劑的協(xié)同作用來(lái)凈化廢水。
化學(xué)法采用的氧化劑主要有高錳酸鉀、次氯酸鈉、二氧化氯、Fenton試劑等。而不同類型的污水采用不同氧化劑處理得到的效果差異很大。針對(duì)造紙廢水的處理效果表明,高錳酸鉀是良好的預(yù)處理劑、次氯酸鈉更適合作為深度處理藥劑。Fenton試劑化學(xué)法是以過(guò)氧化氫為氧化劑、Fe2+為反應(yīng)的催化劑,兩者反應(yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基,能夠?qū)﹄y降解的有機(jī)物等進(jìn)行分解。
該試劑法不需要特定的反應(yīng)系統(tǒng),在反應(yīng)過(guò)程中也不會(huì)產(chǎn)生具有危害的物質(zhì)。此外,F(xiàn)e2+的加入一部分會(huì)被反應(yīng)所消耗,還會(huì)有一部分被氧化成Fe3+而增加水環(huán)境中的絮凝效果,進(jìn)而提高污水的處理效果。電化學(xué)法是一種新型的廢水處理技術(shù),其工作原理是利用電解作用來(lái)去除水中的污染物,或者將有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無(wú)毒或者低毒性的物質(zhì)。
研究表明,采用電絮凝法處理造紙廢水有著良好的處理效果,而且無(wú)需預(yù)處理,在低壓和低電流條件下即可運(yùn)行,安全性較高。相比化學(xué)絮凝能耗更低,COD和濁度去除率可達(dá)到60%和95%。還有利用光催化氧化技術(shù)來(lái)處理造紙廢水,光催化氧化技術(shù)是利用n型半導(dǎo)體(TiO2、ZnO等)作為催化劑的化學(xué)處理技術(shù)。
但該技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中存在一些問(wèn)題,例如造紙廢水的色度高、懸浮物含量高,進(jìn)而影響了紫外線的透過(guò)性,使得處理效果并不理想,還需要在今后的研究中逐步的解決。臭氧氧化技術(shù)也是污水處理中常用的一種工藝,其工作原理是利用臭氧在催化劑的作用下能夠產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基,研究表明臭氧氧化技術(shù)對(duì)于造紙廢水中的色度、CODcr都具有顯著的處理效果,其色度和CODcr去除率可達(dá)到88.8%——99%、54.9%——80%。
2.3生物法
生物處理技術(shù)是廢水處理方法中較為成熟和應(yīng)用較多的技術(shù)。是以微生物的代謝作用為基礎(chǔ),利用污水中的有機(jī)污染物和無(wú)機(jī)微生物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)作用微生物生長(zhǎng)繁殖的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),在利用這些污染物的同時(shí),既保證了微生物的正常繁殖,又將其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定、無(wú)害的物質(zhì)。
目前常見(jiàn)的生物處理技術(shù)有活性污泥法、生物膜法、生物接觸氧化、氧化溝、生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤(pán)、厭氧消化等[5]。造紙廢水中COD含量高且相對(duì)分子質(zhì)量較大,因此其可生化性較差,直接利用生物處理技術(shù)得不到較好的效果。研究表明當(dāng)廢水中的BOD5/CODCr>0.6時(shí)可生化性較好,當(dāng)BOD5/CODCr<0.2時(shí)不宜采用生物法。
一般情況下,造紙廢水經(jīng)過(guò)一級(jí)的物理化學(xué)處理后,其BOD5/CODCr大約在0.4——0.7,可行進(jìn)生化處理。生物處理技術(shù)主要里利用微生物在生長(zhǎng)代謝過(guò)程中的分解作用將有機(jī)物進(jìn)行分解、同時(shí)利用形成菌膠團(tuán)對(duì)污染物進(jìn)行吸附,繼而將有機(jī)物或者其他污染物去除。
活性污泥法是廢水生物處理中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一,但其存在一重要缺點(diǎn)是會(huì)發(fā)生污泥膨脹現(xiàn)象,一旦發(fā)生整個(gè)系統(tǒng)的處理效果將會(huì)大大降低,大量的污泥將會(huì)流失,不能保證出水水質(zhì)。同時(shí)污泥處置也是造紙廢水處理遇到的一個(gè)難題。
針對(duì)造紙廢水生物處理存在的這些問(wèn)題,研究者開(kāi)發(fā)了動(dòng)態(tài)曝氣活性污泥技術(shù),研究表明污泥膨脹現(xiàn)象得以解決,該工藝充分發(fā)揮了厭氧菌、兼氧菌和好氧菌的功能,隨著曝氣的不同輪流發(fā)揮各自的特點(diǎn),有機(jī)物氧化分解更為徹底,同時(shí)也減少了剩余污泥量,大大減輕了污水廠污泥處理負(fù)擔(dān)。
此外,該技術(shù)投資相比傳統(tǒng)的活性污泥法降低了20%,運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省了10%,更有利于小型造紙企業(yè)的應(yīng)用。生物接觸氧化法也是廢水處理中常用的工藝,杜宇脫墨造紙廢水有著良好的處理效果,但其需要注意構(gòu)筑池內(nèi)填料的選擇,填料直接關(guān)系到微生物活性的高低,進(jìn)而直接影響出水水質(zhì)。氧化溝也是目前廢水處理中應(yīng)用較多的技術(shù),其具有污泥產(chǎn)量少、出水水質(zhì)穩(wěn)定、污染物去除率高等優(yōu)點(diǎn),而且設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低。
因此在造紙廢水處理中也日漸增多,其SS去除率可達(dá)80%,CODCr去除率可保持在80%左右,BOD5的去除率更可高達(dá)95%以上。隨著生物處理技術(shù)的不斷進(jìn)步,在處理工藝上厭氧處理技術(shù)對(duì)造紙廢水也具有良好的處理效果。目前主要的厭氧生物處理工藝有上流式污泥床(UASB)、厭氧濾池、厭氧流化床等。
厭氧處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是耐受能力強(qiáng),污泥量少,而且終產(chǎn)物可用利用。也存在一些缺點(diǎn),例如投資較大、使用的設(shè)備較多,運(yùn)行管理復(fù)雜。隨著生物處理技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,厭氧和好氧工藝的組合形式越來(lái)越多,其處理效果也更好。
法國(guó)Minguet&Thomas造紙廠采用厭氧——好氧處理技術(shù),廢水中CODCr的去除率可保持在95%,BOD5的去除率可高達(dá)98%——99.7%。廣西某造紙企業(yè)采用氧化結(jié)合厭氧水解工藝處理造紙廢水,處理效果良好,其中CODCr的去除率在95%以上,其余各項(xiàng)指標(biāo)均符合GB8978——1996中的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
3造紙廢水處理技術(shù)展望
隨著造紙行業(yè)的不斷發(fā)展,其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位越來(lái)越重要,但其產(chǎn)生的造紙廢水影響也越來(lái)越大。但全球可持發(fā)展戰(zhàn)略影響不斷增強(qiáng),清潔生產(chǎn)越來(lái)越受到關(guān)注,水資源的有效處理和回用率要求越來(lái)越高,即給造紙行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)峻的考驗(yàn),同時(shí)也帶來(lái)了轉(zhuǎn)型升級(jí)的機(jī)遇。造紙廢水一味地末端治理已經(jīng)不能滿足當(dāng)前造紙行業(yè)的發(fā)展,新型的污水處理技術(shù)和廢水回用技術(shù)的應(yīng)用迫在眉睫。
未來(lái)造紙廢水處理主要想以下幾個(gè)方面突破:
(1)要深入學(xué)習(xí)和貫徹循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念,重視清潔生產(chǎn)技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用,逐步提高物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率和回收率,從源頭上減少污染物的產(chǎn)生。在造紙技術(shù)提高的基礎(chǔ)上,應(yīng)用科學(xué)有效的污水處理技術(shù)和回用方法,增加廢水的利用率和回用率,實(shí)現(xiàn)廢水在廠區(qū)循環(huán)流動(dòng),實(shí)現(xiàn)廢水的零排放。
(2)綜合考慮國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的廢水治理技術(shù),重視開(kāi)發(fā)和引進(jìn)先進(jìn)的處理技術(shù),尤其是造紙過(guò)程中產(chǎn)生污染較為嚴(yán)重的污水,要注重各個(gè)污染指標(biāo)的去除情況,不能以單獨(dú)某個(gè)或某幾個(gè)指標(biāo)的好壞來(lái)判斷治理效果。
(3)生物處理技術(shù)是廢水處理中最為常用和相對(duì)成熟的方法,應(yīng)充分考慮其處理成本低、效益高、工藝形式多樣的優(yōu)點(diǎn)。目前,分子生物學(xué)和微生物學(xué)的發(fā)展速度較快,生物技術(shù)的突破性有著良好的發(fā)展前進(jìn)。因此,應(yīng)用生物技術(shù)處理造紙廢水前景比較廣闊。
(4)重視污水資源化戰(zhàn)略的發(fā)展,將經(jīng)過(guò)處理的廢水作為另一種資源加以利用,是污水處理的延伸。污水資源化的利用能夠在一定程度上大大減少新鮮水的利用,對(duì)保護(hù)水資源有著重要的意義。污水資源化戰(zhàn)略是一個(gè)系統(tǒng)工程,需要多方面的共同努力,需要技術(shù)、政策、企業(yè)等等各方面進(jìn)行互相支持和配合。
有研究者和企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始實(shí)施這樣的發(fā)展戰(zhàn)略,例如東京大學(xué)教授采用苛性鉀和氨代替氫氧化鈉和稻草紙漿一同煮沸,使得造紙廢水可作為農(nóng)田肥料來(lái)利用;以資源化利用為目的也是解決廢水處理的重要方向。
4結(jié)語(yǔ)
造紙工業(yè)對(duì)我們的生活影響越來(lái)越大,其經(jīng)濟(jì)地位也越來(lái)越顯著。而其產(chǎn)生的廢水對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響也日漸突出。尤其在水資源短缺的今天,提高造紙廢水處理技術(shù),增強(qiáng)造紙廢水回用率顯得更為重要。造紙廢水含有的污染物種類多,而且水量較大,單純的某一種工藝對(duì)其處理的效果并不明顯,往往需要多種方法組合形成的工藝系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行處理。
因此,處理成本會(huì)有所提高,工藝復(fù)雜度增加,使得在處理過(guò)程中不便于操作,也更容易出現(xiàn)問(wèn)題。研發(fā)新型有效的處理工藝,對(duì)造紙工業(yè)廢水處理有著重要的意義。
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