有关造纸废水污染治理现状及改进策略

郭静娴

(山东城市建设职业学院,山东 济南 250100)

0 引言

造纸废水一般是指在制浆造纸工艺中所产生的废水,具有较强的污染性甚至一定的有害性,主要污染物质包括悬浮物、BOD、COD以及有毒物质等,废水主要包括煮废液、漂白废液、染色废液、洗涤废液以及纸机白水等。不同废水所包含的污染物质和有毒物质不同,可以反映出造纸废水污染成分的复杂性。而成分复杂的造纸废水处理起来也具有较大的难度,造纸废水的回收利用度较低,需要对其进行多层多次处理才能够达到相应的排放或者是再利用标准。基于造纸废水污染治理的难度,更应当提高对造纸废水处理的重视程度,既需要认识到当前造纸废水污染处理好的一面,也需要认识到当前较为严峻的造纸废水污染情况,从而推动废水处理技术和工艺流程的持续创新与优化。

1 造纸废水污染治理现状

造纸废水排放量在全国工业废水总排放量中占大头,是我国水污染的重要污染源。因为我国具有较为庞大的纸制品需求市场,造纸量绝对规模较大,所产生的造纸废水排放量也比较高。全国制浆造纸污水排放总量占全国总污水排放量的10%～15%左右[1]。2022年,造纸废水排放总量为31.8亿吨,全国工业废水排放总量为221.1亿吨,造纸废水排放总量占全国工业废水排放量的14.4%,废水排放量为全国工业废水排放量的第二位。而造纸废水中所含COD,造纸废水COD含量168.2万吨,占比33.0%,为第一位序,说明造纸行业的污染较高。而随着绿色经济的发展,相关污水排放标准、废水处理技术逐渐完善,我国造纸废水治理也从单纯的废水净化处理发展到了废水处理再循环利用的阶段,并且进入了产业化应用阶段,在先进造纸废水技术的支持下,部分造纸废水能够得到有效处理,并且循环利用流入新的产业领域,极大地推动着绿色造纸行业的发展。

2 国内常用的三种造纸废水处理方法

2.1 废水初级处理

废水初级处理方法指的是运用物理或者是化学方法,对造纸废水进行最基础、相对简单的处理,以去除造纸废水中大部分的悬浮物、沉淀物以及油脂等,对于废水中无有毒物质、无其他有机物和化学成分的废水而言有较大作用[2]。废水初级处理,可以分为四个步骤:第一,过滤。利用物理方法来过滤大颗粒的悬浮物;第二,沉淀。将造纸废水储存在沉淀池,利用重力沉降或者是化学方法凝聚悬浮物、沉淀物和油脂的方式,使得造纸废水与沉淀后的颗粒状物质相分离;第三,调节pH 值。在造纸废水沉淀池中加入酸碱调节剂来解决废水酸碱度不平衡的问题;第四,氧化。利用氯气、次氯酸钠、氢氧化钾等成分制成的氧化剂来对废水中难以溶解的有机物和污染物进行化学氧化,将污染物分解成可以消耗和分解的二氧化碳、水和无害物质等,实现造纸废水的初级处理。

2.2 废水生化处理

废水生化处理方法是一种基于生物反应器的污水处理方法,主要是通过微生物的代谢作用来降解和转化造纸废水中的有机物。废水生化处理技术基本上能够去除造纸废水中大部分的污染物,经过废水生化处理后的造纸废水基本上都能够达到相应的排放标准。主要步骤包括:第一,进流水预处理,对进入和流出生化反应器的废水进行预处理,通常是使用废水初级处理方法来减少进流水中的颗粒物和污染,以避免堵塞和污染废水生化反应器;第二,污泥处理。通过浓缩脱水将造纸废水中的污泥分解出来;第三,废水生化反应器运转,利用活性污泥法、生物膜法等来降解微生物,从而将造纸废水中的有害有机物转化成无害物质;第四,将分解出来的污泥回收,通过特殊处理和研制可以将其作为生产肥料或燃料的原料,以实现循环再利用。

2.3 废水深度处理

废水深度处理是当前造纸废水处理最洁净、最有效、水平最高的一种高级处理方式,能够有效地去除造纸废水中的各种污染物质,包括有机物、无机物、有毒物质和悬浮物,可以通过深度处理还原水质,达到更高的污水处理标准。主要的深度处理技术包括:第一,生物处理技术,利用微生物实现生物吸附、生物转化,从而将造纸废水中难以处理的各种微生物物质进行有效处理;第二,膜技术,利用超滤膜、纳滤膜等膜来分离、过滤造纸废水中的有机物、重金属有害物、微生物等物质;第三,高级氧化技术,利用臭氧、过氧化氢、高紫外光催化氧化等方式来有效地去除造纸废水中的BOD、COD等,从而有效地降解造纸废水中的有机物与色度;第四,离子交换技术,利用离子交换树脂的方式来去除造纸废水中的离子,通过阳离子、阴离子交换以及混合交换的方式来去除废水中所包含的重金属离子以及硫酸盐、硝酸盐离子等。

3 造纸废水污染治理的优化策略

3.1 废水厌氧处理后产生沼气循环利用

厌氧处理具有较为显著的优势,能够较大程度上分解消除造纸废水中的各种污染物质,因此需要合理运用废水厌氧反应器的废水处理工艺,优化废水厌氧反应器的运行系统,实现高浓度有机废水的高效高质量处理[3]。例如,可以运用内循环厌氧反应器来处理造纸废水,优化厌氧处理的效率,切实有效地提高造纸废水厌氧反应器的运行效能和废水污染治理效能。利用内循环厌氧处理器,结合沼气提纯技术和循环利用技术,将造纸废水流入内循环废水厌氧处理器处理后流入沼气池,通过脱硫、碳、水后提纯形成天然气,输送到工厂车间和市政天然气管网络,以实现造纸废水高效处理和循环利用。将造纸废水经内循厌氧处理器处理后,将清洁水排出,将污水储存在厌氧罐,将产生的沼气再输送到沼气稳压柜,而后将沼气进行脱硫、脱碳处理,达标后调压、计量,形成可以燃烧的清洁气体进入其他行业,作为能源燃料使用,延长造纸废水处理的供应链。

3.2 新型膜材料和膜技术的组合与搭配应用

膜技术在造纸废水处理中发挥着重要作用,当前也是我国造纸废水处理最主要和最普及的处理技术之一。因此,需要推动膜技术的创新,推广和应用新型膜材料与膜技术[4]。首先,需要应用和推广各种高效的新型膜材料,例如:无机陶瓷膜,这种膜当前应用不够广泛,但是已经显现出较强的优势,对造纸废水黑液进行过滤和分离处理,出水COD降低60%以上,并且无机陶瓷膜还能够拦截和过滤75%以上的木质素;在聚丙烯腈膜的基础上适当添加壳聚糖,以此来形成全新的纳滤膜,可以用来处理造纸工厂作业形成的机械浆废水,过滤40%以上的钠离子;氧化石墨烯膜,能够过滤造纸废水中70%的钙镁离子以及54%以上的硫酸根离子,并且具有较强的稳定性,可以长期使用,在成本上也具有一定的优势,可以通过以上几类新型膜材料来制备新过滤膜,以有效地提升造纸废水过滤处理的效用。

3.3 利用好氧生物处理法对污水进行深加工处理

好氧生物处理技术和厌氧处理技术同属于生物处理技术,应当对好氧生物处理技术进行创新,改进和优化好氧处理工艺,对造纸制浆产生的废水和污水进行处理[5]。对造纸废水好氧处理技术进行改进,首先应当要改进和优化曝气方式,更新曝气器设备和支持技术,利用更加先进的供气式低压射流曝气器、倒伞形曝气器等设备来进行自动化曝气处理,从而有效地优化曝气方式。在先进的设备支持基础上,还需要将具有好氧生物物质的造纸废水排入曝气池,利用先进的曝气设备对废水中的各种污染物做分区处理,以提高造纸废水处理的效率,支持氧化技术的实施,在曝气池中融入更多氧气,从而实现好氧处理,更高效地降解各种好氧生物,有效地提高造纸废水处理的效率。

3.4 优化高得率制浆工艺中解离处理方法

高得率制浆工艺能够从根本上降低造纸废水中包含的有机物和有害物质等,在高得率制浆的过程中应当利用有效的制浆处理方法来对各种原料进行处理。优化高得率制浆工艺中解离处理方法,应当选择效率较高和质量较高的制浆工艺,从CTMP、SCMP、APMP、P－RC等众多高得率制浆工艺中,客可以选择CTMP的方法,先将造纸制浆所用的纤维原料用化学药品完全浸透,使得化学杂质达到一个饱和状态,而后再将纤维原料放入机械,进入机械磨浆环节。而后,将该环节产生的制浆废水进行至少两级生化处理,比如采用与附近化学浆厂耦合运行的方式,利用热泵对造纸废水进行蒸发浓缩处理,而后将处理后的制浆废水并入化学制浆黑液碱回收生产线,从而有效地处理高费率制浆所产生的残留化学物质、有机物、细小纤维等物质,实现高效的废水处理。

3.5 造纸白水的处理和回收实用技术

造纸白水并不是达到可排放标准的相对纯净的水,其中仍然包含了大量污染物,需要对其进行切实有效的处理,优化多圆盘过滤工艺、气浮处理工艺以及二级生物处理工艺等,从而有效地提高造纸白水处理与回收再利用效率。例如,在利用多圆盘过滤工艺处理造纸白水时,可以应用多圆盘真空过滤机,通过机内循环的方式来过滤和处理造纸白水,过滤和回收造纸白水中所包含的细小纤维和填料。其次,还应当优化造纸白水浅层气浮的处理工艺,在造纸白水中加入絮凝剂,利用浅层气浮设备,可以将造纸白水中的SS去除率从70%提升到90%～98%,具有非常可观的效果。而造纸白水的二级生物处理工艺,主要是通过厌氧处理和好氧处理方法的结合,形成厌氧＋好氧的二级生化处理流程,以实现造纸白水的有效处理。

4 结束语

综上所述,造纸工业会产生较多的废水,给环境带来较大的负担,为了顺应“十四五”规划的发展要求,建设绿色经济体系,应当大力推动造纸废水治理体系的优化,创新应用造纸废水处理技术,以有效地提升造纸废水治理效能,为国民经济的绿色健康发展奠定坚实的基础。随着造纸技术和造纸工艺的改进与优化,造纸废水污染程度在一定程度上下降,但是仍然表现出较为严重的污染形势,仍然需要投入大量时间精力去处理造纸废水,以应对造纸规模不断扩大而带来的废水污染情况。因此,需要大力推动各种造纸废水污染处理技术,加速完善废水处理循环利用的供应链,推动废水循环利用产业的规模化和标准化,针对性改进各种造纸废水处理技术,以推动造纸废水中各种悬浮物、生化需氧量、化学需氧量以及其他有毒物质污染物的净化,促进造纸工业的绿色化转型升级。