造紙廢水(白水)的封閉循環(huán)和零排放

1. 前言

　　目前，國外以廢紙為原料的制漿造紙廠，不少已實(shí)現(xiàn)零排放。實(shí)現(xiàn)零排放的關(guān)鍵是廢水處理和循環(huán)回用，零排放概念是：進(jìn)入系統(tǒng)的清水和原料中水分應(yīng)等于蒸發(fā)汽化水、成品紙中水分、篩渣及污泥中水分的總和而并非是零用水。與制漿過程相比，造紙過程節(jié)水潛力較大，較易實(shí)現(xiàn)封閉循環(huán)。因?yàn)樵旒堖^程排放掉的剩余白水中真正的無用廢棄物很少；無論是細(xì)小纖維，還是填料、助劑和水都是有用的，可以循環(huán)使用。紙機(jī)白水中含有細(xì)小纖維，少量果膠、醋、糖，造紙?zhí)盍虾湍承┨砑觿�，主要反�?yīng)在廢水中SS和COD比較高。目前國內(nèi)一些中小型企業(yè)，特別是一些老企業(yè)排水量較大，通常達(dá)到100~200m3 /t紙，SS和COD負(fù)荷大約在50~70kg/t 和70~90kg/t 。

　　我國目前的再生紙和紙板廠大部分是非脫墨性的，即生產(chǎn)瓦楞紙、粗紙板和掛面紙板；紙張無白度要求，對水質(zhì)要求不高，從技術(shù)上講完全可以做到封閉循環(huán)，用水量達(dá)到 15m 3 每噸成品紙理論上是沒有問題的。目前非脫墨再生造紙廠廢水的COD cr為800~1500mg/L ，BOD 5為150~350mg/L ，SS 為900~1200mg/L 。

2. 造紙廢水的封閉循環(huán)

2.1 造紙用水的種類及封閉循環(huán)： 由于造紙過程各部分對用水水質(zhì)的要求不同，故要實(shí)現(xiàn)造紙廢水的封閉循環(huán)，就要實(shí)行部分用水的單獨(dú)循環(huán)和白水的可循環(huán)利用。

　　（1）碎漿機(jī)用水。對產(chǎn)品外觀要求不高的產(chǎn)品（如瓦楞紙），可直接回用紙機(jī)網(wǎng)下白水，圓網(wǎng)濃縮機(jī)濃縮的白水也可以一部分回用到碎漿機(jī)上，無須經(jīng)任何處理即可循環(huán)回用。對于生產(chǎn)掛面紙的企業(yè)，如果是采用多圓網(wǎng)紙機(jī)生產(chǎn)的，面層和底層網(wǎng)籠排出的白水直接回用于面層和底層的碎漿機(jī)，芯層或襯層網(wǎng)籠排出的白水經(jīng)單獨(dú)的白水澄清系統(tǒng)后回用于芯層或襯層碎漿機(jī)。碎漿機(jī)用水一般要求不高（除非是碎白漿板，水要用清水或處理后較好的水，SS小于50mg/L ，PH 6~7 ），對SS沒什么要求，PH 5~7 。

　　（2）真空泵密封用水。 在清水使用中，真空泵用水量很大，需實(shí)行單獨(dú)水循環(huán)，由于循環(huán)水溫往往較高（50~60.0 c） ，影響真空泵效率，增加了能耗，因此要增加一個(gè)小型的空氣冷卻塔把密封排水冷卻后再循環(huán)回用。其他冷卻用水（如液壓系統(tǒng)和潤滑油系統(tǒng)）經(jīng)冷卻塔單獨(dú)封閉回用。

　　（3）漿料稀釋用水。漿料稀釋用水包括沖漿系統(tǒng)和低濃除渣器及濕干損紙池的稀釋用水，均可采用紙機(jī)網(wǎng)下白水及圓網(wǎng)濃縮機(jī)濃縮出來的水來稀釋。因?yàn)殡S著循環(huán)利用率的提高，水中積累了大量的陰、陽離子雜質(zhì)，還有填料的加入使水中 PH 的出現(xiàn)偏差，因此需要定期更換循環(huán)白水，排放到水處理設(shè)備處理過后再回用。稀釋水要求：COD1200mg/L以下，PH 5~7，zeta電位要控制好，不能偏差太大。

　　（4）剩余紙機(jī)白水。由于剩余紙機(jī)白水含某些溶解性有機(jī)物，易滋生微生物，造成腐漿，影響尾漿的回用；另外隨著循環(huán)率增加，因?yàn)槟承┪廴疚镔|(zhì)的積累（如陰離子雜質(zhì)）和PH 值的不穩(wěn)定（影響施膠效果），因此進(jìn)行比較完整的水處理（如氣浮池）后再循環(huán)回用到紙機(jī)上是必要的。處理后的水質(zhì)：COD 300mg/L 以下，SS100mg/L 以下，PH 6~7，zeta電位最好為零。

　　（5）有些系統(tǒng)的噴淋水可以用處理過的水來代替清水，如跳篩或圓筒篩或一部分的清潔用水，毛布沖洗水和網(wǎng)籠高壓水也可以用SS含量小于20mg/L處理水來代替清水，但要注意噴嘴的堵塞問題，水管口最好有過濾器。某些關(guān)鍵的部位（如真空泵）需添加少量清水以補(bǔ)充蒸發(fā)，流漿箱消泡水、水針?biāo)�要用清水；以免造成定量的波�?dòng)、水針堵塞造成斷頭。

2.2 白水回收及白水封閉循環(huán)

　　一般認(rèn)為，實(shí)行白水封閉循環(huán)會損失企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品競爭力，但事實(shí)上，封閉循環(huán)后減少的纖維，填料和熱能的損失會彌補(bǔ)白水封閉循環(huán)的投資。特別是實(shí)行封閉循環(huán)后所得到的環(huán)保形象會使企業(yè)得益斐淺。

　　美國環(huán)境保護(hù)局對25家非脫墨再生紙廠調(diào)查顯示：其中10家已經(jīng)達(dá)到了環(huán)保局的零排放要求，其他15家接近達(dá)到這個(gè)要求。零排放廠使用的清水主要用于紙板機(jī)噴淋水和碎漿用水，其他全部用于循環(huán)白水。

　　為了充分利用紙機(jī)上的白水，應(yīng)盡量根據(jù)廢水濃度的不同分級回收，因?yàn)閺募垯C(jī)不同部位脫出的白水的濃度和組成是不同的。例如：紙機(jī)網(wǎng)下真空箱之前的網(wǎng)下白水濃度是最濃，簡稱濃白水；而真空箱和壓榨部脫出的白水濃度較低簡稱稀白水，另外還有洗毛毯水中含有毛毯毛，應(yīng)該與網(wǎng)下白水分開回收。紙機(jī)系統(tǒng)還有許多地方須用清水作為冷卻水來進(jìn)行間接冷卻，如真空泵、液壓系統(tǒng)和磨漿機(jī)等，間接冷卻水未被污染，因此必須與紙機(jī)白水分開單獨(dú)回收循環(huán)利用。

　　充分利用白水，可以減少清水用量，減少原料及藥品的流失，減少廢水處理設(shè)備的負(fù)荷，減少污染等，有著重要的經(jīng)濟(jì)和社會效益。紙機(jī)白水循環(huán)利用的基本原則是在不影響紙機(jī)操作和成紙質(zhì)量的前提下，盡量對白水加以處理和利用，尤其是優(yōu)先利用濃白水，以減少清水用量。

　 　一般造紙機(jī)的白水可采用三級循環(huán)的方式來處理。其第一級循環(huán)是采取網(wǎng)部的白水，用于沖漿稀釋系統(tǒng)。第二級循環(huán)是網(wǎng)部剩余的白水和噴水管的水等經(jīng)白水回收設(shè)備處理，回收其中物料，并將處理后的水分配使用的系統(tǒng)。第三級循環(huán)是紙機(jī)及其它工段的排水和第二級循環(huán)多余水，匯合起來經(jīng)水處理設(shè)備處理，并將部分處理水分配使用的系統(tǒng)。

　　（1）第一級循環(huán)

　　真空箱之前的濃白水，其水量及內(nèi)含的物料量，都占網(wǎng)部排水的 60~90%, 這部分白水應(yīng)全部用于紙料的稀釋。一般來說，真空箱之前的紙層干度低于調(diào)漿箱處紙料的濃度，因此該部分白水往往可全部被用于稀釋，不足的部分用真空箱白水補(bǔ)充。但如果流漿箱中消泡水、網(wǎng)上定邊板的攔漿水，以及洗網(wǎng)的清水大量混入，濃白水將用不完，造成二級循環(huán)濃度升高，白水回收設(shè)備負(fù)荷增高，因此在設(shè)計(jì)和實(shí)踐中，應(yīng)盡量減少清水在濃白水中的混入。

　　第一級循環(huán)系統(tǒng)中還包括低濃除渣器各段渣槽的稀釋。這部分水也應(yīng)采用第一級循環(huán)的白水，最好用其中的稀白水。因?yàn)闈獍姿當(dāng)y帶的物料量多，稀釋到同一濃度所需的白水多，使總液量加大，從而增加凈化設(shè)備的負(fù)荷，增大動(dòng)力消耗。

　　（2）第二級循環(huán)

　　第二級循環(huán)的白水，要經(jīng)過白水回收設(shè)備回收其中纖維，再回用處理后的水，所以網(wǎng)部剩余的白水將全部投入第二級循環(huán)，其它白水，則要根據(jù)其纖維含量及水的潔凈程度，根據(jù)制漿造紙的各個(gè)系統(tǒng)的需要來加以選擇，具體可參見下表

        造紙車間各種白水應(yīng)投入的循環(huán)系統(tǒng)

處理后的白水，因處理設(shè)備的性能不同、水質(zhì)不同，可根據(jù)具體情況，選擇用水部位。對于處理效果好的白水，可作為噴水管用水，一般則可送往打漿調(diào)料部分作為稀釋用水。

        （三）第三級循環(huán)

　　該系統(tǒng)的水，含有許多樹脂、油污、粗重雜質(zhì)等，也含有可回用的填料、纖維，所以應(yīng)該進(jìn)一步的處理，以便回用其中的填料、纖維、水等資源，也利于環(huán)保。
　
　　常用白水處理技術(shù)有：多圓盤過濾機(jī)、氣浮技術(shù)和單純沉淀塔技術(shù)，氣浮技術(shù)中又有近來開發(fā)的淺層氣浮和渦凹?xì)飧。�及較經(jīng)典的壓力溶氣氣浮和射流氣浮，還有 A/O 法生化處理技術(shù)。一般氣浮池不能獲得高質(zhì)量的水，要達(dá)到白水回用在紙機(jī)上，建議采用高效淺沉氣浮池 , 配合本公司的“紙寶”系列凈水劑，真正達(dá)到清潔生產(chǎn)和“零排放”。

2.3 白水封閉程度的選擇和經(jīng)濟(jì)效益比較

　　進(jìn)行白水封閉并不是盲目的追求全封閉和“零排放”，而是在保證紙機(jī)正常操作和紙葉性能的前提下盡可能地提高白水封閉程度，使經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性有機(jī)的結(jié)合起來。下圖為不同紙廠的白水封閉程度。

下表為某新聞紙廠的白水封閉的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。據(jù)該表可知，隨著封閉程度的提高，系統(tǒng)中的無機(jī)和有機(jī)溶解物含量上升很快，B封閉程度下總無機(jī)和有機(jī)溶解物含量分別比A封閉程度下增加了6倍和3倍，而在C封閉程度下則分別增加了38和10倍，這表明在越高的封閉程度下，系統(tǒng)中的溶解物積累越快。研究表明，在A和B封閉程度下，紙機(jī)運(yùn)行和紙頁性能并沒有受到嚴(yán)重的影響，而C封閉程度下，水系統(tǒng)的循環(huán)使用使紙機(jī)操作困難，同時(shí)使紙頁性能指標(biāo)下降較大。從表中的數(shù)據(jù)得知B封閉程度下最合適，經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性有機(jī)結(jié)合起來。

3. 封閉循環(huán)后的主要污染物及處理方法

　　（1） 可溶性有機(jī)物。水封閉循環(huán)后，可溶性有機(jī)物在水中積累，同時(shí)水溫上升，為微生物生長創(chuàng)造了條件。那些能形成粘液和絲狀的微生物，因?yàn)槟軌蚋街�在容器壁而易于生長，成團(tuán)的帶粘液的微生物與纖維一起形成腐漿，容易造成紙頁的空洞、透明點(diǎn)等紙病，甚至造成抄造斷頭；所以說可溶性有機(jī)物是封閉循環(huán)水處理中首先要解決的污染物。腐漿所造成的H 2 S和揮發(fā)性脂肪酸 (VAF) 會進(jìn)一步影響產(chǎn)品質(zhì)量 .

　　（2） 鹽積累和腐蝕問題。陽離子除了鈉以外，還有鈣鹽，如碳酸鈣和硫酸鈣。碳酸鈣來自廢紙中的填料和涂布層，碳酸鈣和 VAF 反應(yīng)生成醋酸鈣并放出二氧化碳，二氧化碳易引起氣泡和泡沫，產(chǎn)生紙病和斷頭，嚴(yán)重影響抄造。來自廢紙的硫酸根（如原紙抄造中施膠用的硫酸鋁）與廢水中的鈣離子會形成硫酸鈣，在紙機(jī)網(wǎng)部形成垢層，造成糊網(wǎng)、粘輥等毛病，難于抄造。而且硫酸根和 VAF 還有腐蝕性，水溫升高更加劇腐蝕速度。

　　（3） 二次膠粘物。二次膠粘物來自于印刷油墨、膠粘劑、涂布組分及某些添加劑，是具有膠粘性的憎水性物質(zhì)，能穩(wěn)定于水中，引起的抄造問題相當(dāng)于樹脂障礙，從而使紙漿粘度升高，網(wǎng)部濾水困難。

　　（4） 陰離子廢物。陰離子廢物是指親水性的、分子量大的一類有機(jī)物，主要來自于半纖維素和木素的降解組分，以及淀粉、油墨等其他物質(zhì)。
　　
　　總結(jié)以上污染物主要可分為：粗、細(xì)懸浮性顆粒污染物：可采用物理、化學(xué)沉淀、過濾等方法去除；可溶性污染物分可溶性有機(jī)物和可溶性無機(jī)物：可溶性有機(jī)物最好的方法是采用厭氧、好氧生化處理，而可溶性無機(jī)物即鹽類則需要高級膜分離技術(shù)。

4. 結(jié)論

　　1. 封閉循環(huán)目前在我國基本上是可以實(shí)現(xiàn)的，并將大大減少造紙的用水量和廢水的產(chǎn)生量，利于環(huán)保，也利于企業(yè)。

　　2. 封閉循環(huán)后主要污染物長期積累，故要定期對白水進(jìn)行處理或更換循環(huán)白水。

　　3. 白水封閉循環(huán)不能一味的追求全封閉和“零排放”，而是在保證紙機(jī)正常操作和紙葉性能的前提下盡可能地提高白水封閉程度，使經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性有機(jī)的結(jié)合起來。

　　所以，各級水系統(tǒng)循環(huán)回用而達(dá)到零排放具有深遠(yuǎn)的意義 , 節(jié)水降污已經(jīng)成為當(dāng)今造紙刻不容緩的事情，制漿造紙廢水的封閉循環(huán)和零排放可以給造紙企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，減少各種原材料的消耗，降低生產(chǎn)成本。另外，廢水零排放避免環(huán)境污染，真正做到清潔生產(chǎn)，將會是造紙業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)新里程碑。