造紙工業廢水處理

造紙工業廢水處理

造紙工業生產分為兩個主要工藝階段,即製漿和抄紙。製漿是把植物原料中的纖維分離出來,製成漿料,再經漂白;抄紙則是把漿料稀釋、成型、壓榨、烘乾、製成紙張。這兩項工藝都耗用大量的水。在中國,生產1噸紙約需水100噸(木漿)至400噸(草漿),其中大部分作為廢水排出。

概述

工業廢水處理工業廢水處理
造紙工業生產分為兩個主要工藝階段,即製漿和抄紙。製漿是把植物原料中的纖維分離出來,製成漿料,再經漂白;抄紙則是把漿料稀釋、成型、壓榨、烘乾、製成紙張。這兩項工藝都耗用大量的水。在中國,生產1噸紙約需水100噸(木漿)至400噸(草漿),其中大部分作為廢水排出。造紙廢水中含 BOD(生化需氧量)和SS(懸浮物)濃度很高,並含有大量化學藥品和雜質。
製漿產生的廢水,污染最為嚴重。洗漿時排出廢水呈黑褐色,稱為黑液。每生產 1噸紙漿,排出10波美度(10°Be′)的黑液約10噸。黑液中的污染物濃度很高,BOD高達5000~40000毫克/升,纖維總量有時高達產品總量15%以上。還含有大量無機鹽和色素。漂白工序排出的廢水中也含有酸、鹼等物質。在抄紙工藝中,抄紙機前端排出的廢水,稱為白水,其中含有大量纖維和在生產過程中添加的填料和膠料,大多是有用物質。黑液和白水是造紙工業的主要廢水。
黑液處理 目前廣泛採用的黑液處理方法是燃燒法,以回收氫氧化鈉、硫化鈉、硫酸鈉以及同有機物結合的其他鈉鹽。首先用真空洗漿機或壓力洗漿機把黑液從蒸煮後的漿料中提取出來,經過3效至5效蒸發器,將黑液蒸發濃縮至固體含量達45%以上,然後送入燃燒爐。在燃燒爐中,加入硫酸鈉,在1100℃溫度下燃燒。燃燒的作用在於繼續蒸發黑液中水分,促使黑液中鈉鹽遇熱分解。在燃燒爐中,有機物和空氣混合燃燒,無機物成為熔融物。有機雜質分解如下:
NaOR+O2──→Na2O+CO2+H2O
Na2O+CO2──→Na2CO3式中R是有機基團,H和C是R燃燒產生的。硫酸鹽與碳反應還原成硫化鈉:
Na2SO4+2C──→Na2S+2CO2黑液燃燒後的熔融物可溶於水中,溶液稱為綠液,主要成分為碳酸鈉。在綠液中加入石灰進行苛化,得氫氧化鈉:
Ca(OH)2+Na2CO3──→2NaOH+CaCO3↓這種方法適用於處理以木材為原料的鹼法造紙廢水,而不適用於處理以草類纖維為原料的造紙廢水。草類原料的纖維細小,半纖維素含量高,又含有矽。因纖維細小,提取黑液時耗水量大;在蒸發時,矽酸鹽會結垢,使傳熱係數下降,甚至堵塞管路。草漿黑液較為粘稠,蒸發後不易達到燃燒所需濃度,需增加輔助燃料。矽酸鈉熔點(1088℃)比碳酸鈉熔點(874℃)高,會促使碳酸鈉大量揮發。另外在碳酸鈉苛化時,由於所形成的矽酸鈉的干擾,碳酸鈣不易下沉,降低了苛化效率。因此,草漿黑液目前還不能廣泛利用。
處理黑液的其他方法還有:
制銨肥法 黑液含鹼量大,一般pH值在10以上。在黑液中加入廢酸,把pH值調至1~2,然後加氨中和到中性,即為胡敏酸胺,其中含氨1%左右,呈液態,用作農肥,肥效高而持久,並能增進土壤疏鬆。這種處理方法投資少而收效大,簡單易行。
制磷肥法 將黑液蒸發濃縮至25波美度濃度,使其與磷石、鉀石一起在1100℃溫度下燃燒,利用黑液中部分熱量和在高溫燃燒時生成的碳酸鈉,燒製成磷肥。這種磷肥的肥效較好。此法設備投資較大,黑液中的某些有用成分也不能回收。
電滲析法 從60年代起,中國開始用電滲析法綜合利用鹼法製漿黑液的試驗研究,鹼的回收率可達70%以上;有機陰離子在陽極反應,逐漸氧化成為有機酸類;木質素沉澱下來可以回收利用。
經脫鹼和分離木質素後的黑液,可調整pH值,並加氨水中和,成為胡敏酸胺。這種方法能回收利用黑液中大量有用物質,又不產生新的廢物,但是電耗過大,回收1噸燒鹼約耗電5000千瓦小時。
漂白廢水處理 紙漿一般要進行三段漂白工藝。在氯化段,產生酸性廢水;在鹼處理段,產生鹼性廢水;在漂白段,產生氧化物廢水。這些廢水可與抄紙機廢水混合一起處理。主要處理方法有:
物理法 通過過濾、沉澱、上浮等方法,主要去除廢水中固體懸浮物如木節、樹皮、漿碴、纖維、填料、膠料和塗料等。一般可去除懸浮物80%以上,去除 COD(化學需氧量)50%左右。
生物法 用活性污泥法生物膜法等。如有可能,也可用氧化塘法或在曝氣池內去除有機物。
化學法 採用中和、氧化脫臭等。中和處理常用在澄清前調節pH值,使漂白廢水滿足生物法處理所需條件。也可在廢水排放前進行中和以達到排放要求。漂白廢水常在生物處理前段或後段進行脫臭、脫色等處理。
此外還有吸附和凝聚法,用以脫色,去除懸浮物和膠體物質。如利用石灰、活性炭或混凝沉澱法脫色,並可去除大量有機物。某些國家也採用反滲透、超過濾、電滲析以及離子交換等處理法。
白水處理 抄紙產生的廢水是在抄紙機的案輥部分由稀釋紙漿分離出的水(白水),含有大量紙漿纖維以及高嶺土、滑石粉等填料和松香膠料。白水可以直接送回紙漿稀釋槽重複利用,水和原料都有利用價值。吸水箱吸出的廢水和壓榨出的廢水,所含各種成分和纖維都低於白水,可以送到打漿機回用,或用分離法回收其中的纖維、填料。分離的方法是先用篩網過濾,再用沉澱、氣浮法處理。這種方法可使懸浮物降低到15~20ppm,纖維回收率達90%以上,處理水可回用。
酸法造紙的廢水呈酸性,所含BOD高,色濃,含有戌糖、己糖、木質素等。木漿廢水可經中和後發酵,利用其中糖類製造酒精,每噸廢水可制酒精1公斤左右。也可把廢水濃縮後直接製成粘合劑(如葦草製漿廢水)、分散劑、鞣劑,或加工提取飼料酵母、硫代木質素、香蘭素等副產品。這些方法的經濟效果還不理想,技術上還有問題,未能推廣。各國一般是採用燃燒法回收熱量和化學藥品如鎂鹽等。造紙工業廢水的處理應主要著眼於提高循環用水率,減少用水量和廢水排放量,同時也應積極探索各種可靠、經濟和能夠充分利用廢水中有用資源的完善處理手段。

水質特點

在製漿造紙工業過程中,水主要用於洗滌、輸送、分散物料及冷卻設備等,大都與原料或半成品直接接觸,受污染嚴重。特別是製漿階段,在溫度、壓力和藥劑作用下,大量植物纖維的溶出物進入到水裡,導致製漿廢水的污染物濃度非常高。造紙廢水產生於除渣廢水、真空泵排水和紙機剩餘白水,主要含細纖維、藥劑及填料成分,污染濃度低。

配圖

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