制浆造纸废水处理回用工艺分析

2019-06-26蔡晓宣

中国资源综合利用 2019年5期

蔡晓宣

（潮州湘源环保节能科技有限公司，广东潮州 521000）

造纸产业在我国国民经济中占据十分重要的地位，也是一项重要的基础原材料产业。纸浆造纸生产往往会带来巨大的水资源消耗，还会产生大量废水，如何有效地处理废水并进行回收利用，是造纸生产中十分重要的工艺。降低造纸废水对环境的污染，是整个造纸行业的关键。因此，对制浆造纸废水进行综合利用是十分有必要的，能够有效降低环境污染，提高资源的利用效率。

1 制浆造纸废水回用的必要性分析

在制浆造纸的过程中，造纸企业可以采用源头治理的方法，对制浆造纸废水进行处理与回收利用，以提高生产效率。经过处理的白水可以现场回收利用，采用白水取代清水，不仅可以节约大量水资源，还可以减轻制浆造纸废水处理的负担，节约废水处理费用。白水的温度远高于清水，这样不仅能够减少系统的蒸气用量，降低整个制浆造纸生产过程的能耗，还能够提高纸浆的白度，减少制浆造纸过程中的漂白剂用量，从而降低制浆造纸成本和企业排污费用，减少企业生产对环境的污染，显著提高企业的经济效益。造纸废水的循环回用是制浆造纸工艺的重要组成部分，它主要是将制浆造纸各工艺流程的排出水进行净化处理，达到白水回收利用的目标，直接回用于水质要求较低的工艺段。

2 制浆造纸废水回用的工艺流程分析

某造纸企业在生产过程中主要采用漂白硫酸盐纸浆，在纸浆生产的过程中，废水处理采用“格栅+换热+初沉+中和+曝气+二沉+Fenton+絮凝+气浮”工艺，废水处理后能够达到综合排放的一级标准，保证出水COD ＜80 mg/L。在对废水进行处理时，该企业采用双膜集成处理工艺，以达到废水处理目标，减轻水资源负担，释放大量环境容量指标。该废水处理工艺的处理规模为4 m3/h，整个处理工艺主要由预处理系统、膜处理系统、浓水处理系统等部分构成。

2.1 用水工艺流程

在制浆造纸废水回收的过程中，清白水十分重要，它一般用于制浆的各段工序中，如散浆、粗筛、低浓去污、细筛等。经过处理的清白水一部分用于冲洗设备、淘洗渣浆等，一部分应用于热风散、排渣等。剩余部分储存于制浆白水槽中，以备他用，人们需要结合具体情况选择用水工艺。用水过程中产生的浊白水，主要用于生产过程中的各段稀释调浓，同时供散浆机使用。

生产期间，制浆白水槽补充浊白水，供制浆工艺各段调用，保证纸浆浓度满足要求。在造纸车间循环用水的过程中，不同生产工艺流程产生的废水也不相同，人们需要结合具体要求，对废水进行处理，例如，清白水与浊白水在不同的工艺段具有不同的用途。经过处理的废水，一部分回用，另一部分达标后排出。废水处理后的具体排放指标如表1所示。

表1 废水处理后的排放指标要求

2.2 造纸废水处理回用的难点

2.2.1 Fenton 反应后的废水处理

在废水处理的过程中，Fenton 反应后，废水中残留铁离子（Fe3+）不稳定，导致在处理的过程中未析出絮凝剂。在废水处理的过程中，经Fenton 处理后，排水的pH 稳定在6.6 附近。废水在经过处理后呈弱酸性，水中残留亚铁离子和未析出的沉淀物，造成废水处理效果不理想，达不到回用的目标。在pH升高后，铁离子就会发生化学反应，导致絮凝颗粒物析出，造成膜污染，影响废水处理效果[1]。

2.2.2 COD 可生化性能差，影响废水处理效果

经污水处理站处理后，制浆造纸废水的COD 要小于80 mg/L，才能满足处理要求。在进行正式废水处理时，废水已经经过生化和Fenton 高级氧化处理，通常，水中可生物降解的大部分有机物或高分子化合物已经被去除，废水中主要留存结构比较复杂的有机物，单靠生化不能除去，这就需要采用新方法。

如果采用直接反渗透浓缩处理，处理后的浓水中COD 浓度可达150 mg/L，含盐量高达12 000 mg/L，这样的水环境会影响微生物活性。当采用生化法降低浓水中的COD 时，如果废水含盐量过高，会影响微生物的活性和培养，进而影响废水处理。因此，在高含盐量的环境中，后续浓水处理有一定的难度，也影响废水的整体处理。

2.2.3 有机污染物的结构和成分复杂

制浆造纸废水的主要有机污染物是木质素，它是一种高分子化合物，在酸作用下难以水解，而且相对分子质量较高，容易形成亚硝酸盐。如果采用亚硫酸盐法生产纸浆，人们需要有效控制木质素的含量，因为它会与铁离子结合发生磺化反应和水解反应，形成新的高分子化合物，生成木质素磺酸盐化合物，而且木质素磺酸盐的分子量在200 ～10 000，对水质造成很大的污染，导致废水溶液呈棕色并具有胶体特性，容易降低废水处理效果。这种有机污染物结构和组分复杂，在废水中难以降解。

2.2.4 含盐量较高

采用化学制浆工艺，其本身就决定了造纸废水含盐量比较高。人们需要采用多种工艺来降低含盐量，使其满足相关要求。在具体的处理过程中，主要关注COD、pH、硬度等几项指标。一般情况下，制浆造纸废水的总含盐量可达4 800 mg/L，其中容易形成胶体物质。经过反渗透处理，废水中的污染物含量明显降低。另外，浓水中的污染物含量可达到14 000 mg/L，在一定情况下能够形成结构复杂的有机物，使得废水处理比较困难，这就需要增加处理设备，提高废水处理的深度[2]。

3 回用处理系统工艺

在具体的废水处理过程中，针对不同的水质环境和不同阶段的用途，人们需要结合具体情况，采取有针对性的措施使处理后的废水满足相关要求。结合具体的处理情况，笔者对废水处理回用的流程进行分析。

3.1 工艺流程

针对制浆造纸工艺的来水水质特点，拟采用“格栅+换热+初沉+中和+曝气+二沉+Fenton+絮凝+气浮+反渗透膜系统”工艺处理废水，以去除水中的悬浮物、绝大部分COD、盐类以及其他高分子化合物，使出水达到回用要求。

3.2 工艺流程说明

制浆过程中产生的污水将会通过提升泵定量打入过滤器，在经过过滤器前设反应装置对废水进行处理后，投加PAC 药剂使废水发生微絮凝沉淀，然后进入过滤器，对废水中的高分子物质进行处理，进一步降低废水中的SS 含量。这样不仅可以防止臭氧催化氧化塔堵塞，也能有效降低臭氧消耗，减少臭氧催化氧化塔堵塞的情况。过滤后的中水进入臭氧催化氧化塔，主要是对废水中不易生物降解的有机物进行分解，使其分解成易生物降解的小分子有机物，便于后期对其进行降解与处理。中水在氧化塔中经分解处理后，通过重力流入生物碳塔，生物碳塔利用碳元素的吸附性，在碳床中形成生物膜，可以有效地处理低分子化合物，进一步吸附并分解废水中的有机物。

生物碳塔的出水进入前处理水箱，对出水进行暂存处理后，利用提升泵将出水打入砂滤器进行过滤处理，然后砂滤后的中水经过系统处理后，直接进入超滤系统、RO（反渗透）系统进行进一步处理，出水达到回用标准后就可以回用。经RO 浓缩后的废水也需要进行降解处理，以降解高分子化合物。废水自流至生物接触氧化池后，人们可以利用池中微生物对高分子化合物进行处理，然后通过微絮凝沉淀来降解有机物，去掉水中的悬浮物，使废水达到排放标准[3]。

4 运行效果分析

4.1 COD 去除效果分析

废水处理初期，存在个别数据偏离较大的情况。分析发现，水中的氯离子浓度超过1 000 mg/L，导致部分废水处理数据出现偏差，检测时对氯离子的屏蔽不彻底，导致COD 检测值偏高，进而影响废水处理效果。在调整检测方法后，屏蔽了氯离子对COD 检测值的影响，其能够满足废水处理要求。经过处理后，各个工艺段出水COD 都比较稳定，一般在55.2 mg/L左右，而在具体的处理过程中，出水COD 平均含量在55.46 mg/L 左右就能够满足要求。利用臭氧-活性炭工艺处理废水COD，出水COD 基本稳定在26 mg/L 以下，满足废水处理要求。在沉淀池中，出水为反渗透浓水与原水勾兑后的混合水，人们可以有效控制COD 含量，使其保持在35.1 mg/L 左右，从而满足要求。经过浓水装置处理后，生物池出水的COD 平均为26.7 mg/L，也满足系统用水的要求。

4.2 产水TDS 与氯离子的去除

众所周知，TDS（总溶解性固体物质）值越小，则水中Ca2+、Mg2+、Na+、K+等离子的浓度越低，电导率越小。经过废水处理后，对出水的电导率进行测量，其在6 000 ～7000 µS/cm 范围内波动，平均进水电导率为6 432 µS/cm，说明废水处理后的导电率能够满足要求。检测发现，RO 产水电导率呈先下降后上升的趋势，主要原因是新膜运行性能稳定，经过一个阶段的处理，这种新膜的电导率平均为153 µS/cm。RO 膜的平均除盐率达到97.8%，同时氯离子平均去除率为98.52%，能够满足具体的处理要求。