造纸厂污水处理工艺及方法介绍

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。

一、造纸污水的特点

为了有限地处理造纸污水。首先必须对造纸污水的水质有所了解。碱法造纸排出的污水主要有以下三种：
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污水，称打浆污水。
3、造纸机污水，其中可以直接使用的称为白水。
这些污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：碱法制浆污水ph值为9~10；酸法制浆污水ph值为1.2~2.0.
6、色度：制浆污水中所含残余木质素是高度带色的。

二、工艺的选择

工艺方案的选择对于污水处理设施的建设、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、污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。
在污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污水排放标准的要求。
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）。

三、造纸污水处理常用预处理方法

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污水水质采取不同的预处理手段，去除一部分污染物，改善污水水质，使整个污水处理系统的处理效果达到最佳。
1、格栅、筛网
由于造纸工业污水中常含有树皮、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污水中往往含有树皮、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污水处理中，由于污水水量大，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，针对造纸污水的特点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，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、污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
造纸污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污水处理系统中，严重影响污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污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，污水从上部进入滚筒，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。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，污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。从而达到纸浆与污水的分离作用；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污水排放的多样性，使排出的污水的水质及水量在一日内有一定的变化，因此要求对污水进行进行调节，均衡水质，使其能够均匀进入后续处理单元，提高处理效果。污水的调节主要分为：水量调节和水质调节。污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，在污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，污水的水量、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。虽然污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，同时为了加强污水的均匀性，可考虑在调节池内增加曝气装置，可有效改善污水的水质特性。

四、基本处理方法

废纸造纸污水的SS、COD浓度较高，COD则由非溶解性COD和溶解性COD两部分组成，通常非溶解性COD占COD组成总量的大部分，当污水中SS被去除时，绝大部分非溶解性COD同时被去除。因此，废纸造纸污水处理要解决的主要问题是去除SS和COD。
废纸造纸污水中的BOD5值较低，BOD5与COD的比值一般为0.15～0.25，可生化性较差。混凝处理方法只能去除部分BOD5，绝大部分BOD5的去除主要应采用生化方法解决。

1、气浮或沉淀法

采用气浮或沉淀方法，通过投加混凝剂，可去除绝大部分SS，同时去除大部分非溶解性COD及部分溶解性COD和BOD5。其典型的处理工艺流程如下：
污水→筛网→集水池→气浮或沉淀→排放
气浮和沉淀均为物化处理方法，处理效果与选用的设备、工艺参数、混凝剂等有关，其COD去除率一般高于制浆中段水的COD去除率，通常能达到70%～85%。对吨纸污水排放量＞150m3、浓度较低的中小型废纸造纸企业，通过气浮或沉淀处理，出水水质指标可达到或接近国家排放标准。
气浮和沉淀法各自的优缺点比较见表1。

表1 气浮与沉淀法比较

最近几年来，在气浮法中高效浅层气浮异军突起。高效浅层气浮具有水力停留时间短(＜5min)、池体水深浅(仅500mm)、处理效果好等优点。它应用浅池理论和“零速度”原理，彻底改变了传统推流式气浮池的进出水及污泥分离方式，污水在气浮池中处于相对静止状态，微气泡吸附污泥后可垂直向上浮起，固形物上浮速度为4～10cm/min，可在短时间内获得优质出水，其SS、COD去除率可略高于沉淀法，对中型规模的污水处理有其一定的优越性。

2、物化与生化处理相结合

对于吨纸污水排放量较低、污水含COD较高的大中型废纸造纸企业，期望通过单级气浮或沉淀的物化方法达到国家一级排放标准有较大的难度，因为可溶性COD、BOD5主要需通过生化方法才能有效去除。一般，当执行COD≤100mg/L的排放标准时，原水COD浓度不宜超过600～800mg/L；当执行COD≤150mg/L的排放标准时，原COD浓度不宜超过800～1000mg/L。因此，在原水SS和COD浓度较高时，应在一级物化处理之后接生化方法处理，使处理出水最终达到国家排放标准的要求。
物化加生化处理方法的典型工艺流程如下：
污水→筛网→调节→沉淀或气浮→A/O或接触氧化→二沉池→排放
A/O(缺氧—好氧)处理工艺，通过缺氧段的微生物选择作用，只是对有机物进行吸附，吸附在微生物体的有机物则在好氧段被氧化分解。因此A段停留时间短，约在40～60min。
由于A段微生物的筛选和对有机物的吸附作用，能有效地抑制O段丝状菌生长，控制污泥膨胀。当污水经过混凝沉淀或气浮处理后，A/O工艺的有机负荷为0.5kgCOD/(kgMLSS·d)时，其COD去除率可达90%左右。某纸厂废纸造纸污水的COD在1500～3000mg/L，经混凝沉淀加A/O生化法处理，出水COD为60～100mg/L，各项指标均达到国家排放标准的要求。
生物接触氧化法具有挂膜快、无污泥回流系统、无污泥膨胀危害、日常运行管理容易等优点，在中小型有机污水处理中应用较多。宁波八方集团造纸厂1×104t/d黄板纸生产污水，采用气浮加生物接触氧化法处理工艺，取得了良好的效果，各项指标均达到国家一级排放标准。但是在相同条件下，接触氧化法处理效果不如活性污泥法，虽然无污泥膨胀，但在二沉池需要更低的表面负荷，而且填料的定期更换问题也应引起重视。

3、污泥处置与综合利用

回收浆料

造纸过程中浆料的流失不可避免，做好流入污水中的废浆回收有两个好处：一是回收的浆料可回用于造纸或外售作为低档纸的原料，产生直接经济效益；二是降低污水处理负荷，减少药剂消耗。
废浆的回收，一般采用筛网微滤，用60～70目尼龙网或机械格栅，筛网的规格和材质的选用与水质有关，如生产涂布白板纸污水的纤维比较细小，需要选用细筛网，但太细则过水效果差，影响污水处理量。一般机械格栅的栅距在0.15～0.25mm时，截留纤维效果最佳，SS去除率为30%～50%，COD去除率为20%～30%，既能满足过水量的需要，又能达到提高回收率的目的。

污泥脱水

污水经物化、生物方法处理后，其中的悬浮物有90%以上分离出来成为污泥。通常原料废纸有5%左右进入污水，吨纸将产生70～80kg的绝干污泥，折合：气浮污泥(沉淀浓缩污泥)含水率97%，污泥量约2.3～2.6t/t纸；机械脱水后污泥含水率75%左右，干污泥量约0.3～0.4t/t纸；自然干化污泥含水率较高，污泥量＞0.7t/t纸。
污泥脱水采用压滤机脱水，大中型企业以带式压滤机为多，中小型企业以板框压滤机为多。也有一些小企业采用自然干化方法，自然干化容易造成二次污染，南方地区尤甚，最好应避免采用。

五、造纸污水的回收利用方法

由于造纸污水由三种污水组成：黑液、打浆机污水和造纸机污水，因此它的回收利用主要是针对这三种污水展开。

1、黑液的回收利用
对造纸黑液的处理是造纸业废水处理的关键，目前，常用的造纸黑液处理技术有碱回收法、絮凝沉淀法、膜分离法、酸析法、好氧活性污泥法及生物技术法等。其中碱回收法是目前技术最成熟、工业中应用最广泛的造纸黑液处理方法。
碱回收技术是造纸黑液处理较为成熟的技术，在各地取得了广泛的应用。根据不同的工作原理，又可分为燃烧法、电渗析法及黑液气化法等。
燃烧法碱回收技术的完整流程分为提取、蒸发、燃烧、苛化-石灰回收四道工序。基本原理是将黑液浓缩后在燃烧炉中进行燃烧将有机钠盐转化为无机钠盐，然后加入石灰将其苛化为氢氧化钠，以达到回收碱和热能的目的。
黑液与浆料分离后，提取出来的木（草）浆稀黑液浓度较低，必须将其通过蒸发系统去掉大部分水分，浓缩至45-80%的浓度，再将浓缩后的黑液喷入碱回收锅炉炉膛燃烧，黑液燃烧产生的热量可用于工艺或发电。黑液中的有机钠盐在炉内发生化学反应转变为熔融的纯碱，同时把补充的芒硝还原成硫化钠，熔融物从碱炉底部排出，溶解后形成含少量铁离子的绿液。所得绿液与石灰进行反应，其中的纯碱被苛化为氢氧化钠。苛化后澄清的液体称为白液，即可重新用于制浆蒸煮。将苛化产生的白泥进行高温煅烧，可以回收石灰用于苛化过程。
燃烧法碱回收工艺技术成熟，运行稳定，但工程投资较大，适用于规模较大的造纸企业，当前各国对黑液处理主要采用燃烧法回收碱的技术路线。但燃烧法碱回收容易受到黑液中硅成分的干扰：黑液中的二氧化硅与碱作用生成硅酸钠，在燃烧过程中易形成结垢，影响了碱回收过程的顺利进行。木浆中硅含量较低，因此碱回收进行较顺利，碱回收率可达95~98%。但我国森林资源紧张，草类资源相对丰富，因此形成了以草浆造纸为主的造纸产业结构，草浆黑液中较高的硅含量影响了碱回收的效果。

电渗析法
电渗析法工艺一般采用循环式流程，黑液通过阳极室循环，稀碱液通过阴极室循环。在直流电场作用下，Na+通过阳膜进入阴极室，与电解产生的OH–结合生成NaOH而得以回收碱；阳极室黑液由于电解产生H+而不断被酸化，到一定程度时，将大部分木质素沉淀析出。电渗析法碱回收具有工艺过程简单，操作方便、设备投资少，易于自动化等特点。为了进一步提高碱回收率并降低耗电量，尚需对电极和膜片进行改进。
黑液气化法

黑液碱回收除了常采用上述两种方法外，在国外还普遍使用的一种方法是黑液气化法。其原理是将黑液在高温快速反应器中气化，使其中的有机物转化为清洁的可供燃气轮机使用的燃料气体。黑液气化法比传统的燃烧回收更有效，且环境友好性强，是制浆造纸工业能源生产与回收的一种有前景的技术。
对比以上三种工艺，总体上讲，燃烧法碱回收能够比较充分、全面地回收利用资源，对于规模在年产量在1.7万吨以上的造纸企业，该技术在经济上可收回成本或有一定收益。但我国由于木材短缺，采用非木纤维原料生产的纸浆占纸浆总量的70%以上，这样的原料结构限制了工厂的生产规模，80%以上是年产2万吨以下的中小型造纸厂，这些企业基本上不具备碱回收系统。

2、打浆机污水回收利用
纸浆经过打浆机排出的污水，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，但污水 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。

3、造纸机污水回收利用
从造纸机上排出的污水中含有大量纤维，如不回收利用，将造成很大浪费，因此，对造纸机器污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污水），打浆工程用不了的污水，应送到回收装置进行饲料回收。