化学机械浆浓废水零排放技术的研究

乔 军 安庆臣 应广东

（山东太阳纸业股份有限公司, 山东 兖州 272100）

化学机械浆浓废水零排放技术的研究

乔 军 安庆臣 应广东

（山东太阳纸业股份有限公司, 山东 兖州 272100）

研究通过对国内外高效新型设备选型的创新组合，采用车间加强废水循环利用程度，提高废水浓度，再蒸发浓缩的方式，把废液浓缩后送进碱炉中烧掉，从而实现了化学机械浆浓废水零排放的目标。该技术既解决了化学机械浆制浆废水的污染问题，又回收了大量的碱，并充分利用了制浆废水中有机物产生的热能。该技术具有良好的产业化前景，为我国制浆造纸工业的清洁生产和节能减排提供了新的思路。

化学机械浆 浓废水 零排放

采用化学预处理和机械磨解后处理的制浆方法制得的纸浆[1]被称为化学机械浆。目前，化学机械浆主要有磺化化学机械浆（BCTMP）、碱性过氧化氢机械浆（APMP） 和预处理碱性过氧化氢漂白机械浆（PRC-APMP） 三种。化学机械法制浆属于两步制浆法，即纤维原料在进入机械磨浆之前，先用化学药品做温和预处理。由于采用保留木素及破坏其发色基团的方法以保持得率高、不透明度高等特点。化学机械浆具有纸浆得率高、强度好、磨浆能耗低、废水污染少的特点，20 世纪70 年代以来化学机械浆技术发展迅速，是当今制浆造纸工业发展的重要趋势之一。

与传统的化学浆废水相比，化学机械浆废水的排放量和污染负荷已大大降低，但由于其污染成分复杂，既有残余化学药剂，又有木材溶出物，废水的CODcr和BOD5浓度依然较高。其废水中的污染物质[2-5]主要来源于生产过程中溶出的有机化合物、残余的化学药品和流失的细小纤维，成分为木质素、半纤维素、糖类及其他溶出物（残碱、无机盐、挥发酸、氨氮等），还有多种有机氯化物如氯化木素、氯酚等难生物降解有机物，废水的可生化性较差。目前浆厂普遍采用的化学机械浆废水处理方法主要有好氧、厌氧生物处理法等。其中经厌氧处理后CODcr含量只能达到1 000～1 300 mg/L，即使再附加好氧和深度处理，CODcr的含量也只能达到400～500 mg/L，仍远远高于山东省的废水排放标准，因此各企业不得不普遍采用厂区综合废水稀释的方法来达标排放，此时急需寻求一种新的废水处理方法以满足各企业对化学机械浆废水的处理。现以PRC-APMP为例，通过对废水成分的分析和处理工艺条件的研究，初步确定了实现化学机械浆浓废水零排放的技术路线 。

1 材料与方法

1.1 PRC-APMP废水来源和性质

化学机械浆废水取自PRC-APMP生产线，化学需氧量（CODcr）、生物耗氧量（BOD5）、悬浮物含量（SS）的测定均采用国家标准。

1.2 材料

水泵5台；压缩热风机2台；MVR蒸发器1套，含2组降膜蒸发器；热交换器2套；闪蒸罐2套。

2 结果与讨论

2.1 PRC-APMP废水来源及废水性质

化学机械浆生产过程用水尽量分层次循环利用来减少用水量，减少纤维流失，提高废水浓度，以利于后续蒸发器的蒸发。化机浆废水的种类一共分为木片洗涤废水、化学预处理废水、漂白废水和漂白后洗浆废水四种。其废水性质列于表1。

表1 PRC-APMP废水性质

由表1可知，在化学机械浆制浆过程中，其废水的pH值是逐渐增加的。开始阶段的木片洗涤废水的pH值最低为5.48，呈酸性。这是因为在木片洗涤过程中，原料中的部分抽提物及有机酸的会逐渐溶出，从而导致其洗涤废水呈酸性。同时还可以看出，木片洗涤废水的CODcr和BOD5浓度也要远远小于其他工段，因此该工段废水其经简单处理后可循环使用。在四种废水中漂白废水的悬浮物（SS）的含量要远远高于其他工段，是其他工段的2～6倍。这可能是在漂白过程中由于木素、纤维素在漂白剂的作用下发生降解产生了大量的细小纤维，从而增加了废水的悬浮物含量。此外，在漂白过程产生的木素及其衍生、半纤维素、糖类、有机酸等要高于其他工段，从而使得该工段废水的CODcr最高。除木片洗涤废水，其他三种废水经过滤或离心分离后，分别回收木片和纤维，最终均进入废液储存塔，此时混合废水浓度约为1.5%。

2.2 化学机械浆废水零排放技术路线的确定

（1）国际先进水平的高效一段蒸发设备选型研究。化学机械浆实现浓废水零排放的关键技术之一是采用高效的蒸发设备组合技术，在做到经济可行性的同时，把来自化学机械浆系统浓度为1.65%的固形物含量浓缩到45%，从而达到进入碱回收炉燃烧的浓度要求。常规的多效式蒸发器处理低浓废液时，运行成本高、操作不方便、工人劳动强度大。研究采用的新型机械蒸汽再压缩式蒸发器（MVR），主要是由蒸发器、空气压缩风机、热交换器、废水循环泵组成，其主要工作原理是以电作为能源，把电能转化为机械能，再由机械能转化为热能。化学机械浆系统浓度1.65%的废水，经浓缩后分为两个区域：在第一个区域污水的浓度达到7%；在第二个区域时浓度达到15%。并且采用机械蒸汽再压缩蒸发器系统还具有以下优点：能量消耗成本低；几乎不需要蒸汽和冷却水；其他辅助设备很少，占地面积小；冷凝水分离技术先进，能把干净的二次冷凝水和污冷凝水分离，使得前者完全回到化学机械浆车间做为清水使用，后者则全部应用于化学机械浆车间的木片洗涤工段。

（2）化学机械浆浓缩废水与化学浆黑液混合处理的可行性研究。为了选择经济可行的废水处理方法，研究将化学机械浆浓缩废水与化学浆黑液化学成分进行了比较，其结果如表2所示。两者的元素组成相近，但化学机械浆浓缩废水浓度较低。两者若混合一起进行处理，既简单可行，又节省运行成本。因此下段采用化学机械浆和化学浆黑液混合处理，混合液浓度在15%左右。

表2 化学浆废水与APMP化学机械浆废水元素分析

（3）国内先进水平的二段高效蒸发设备选型研究。化学机械浆一段浓缩废液和从化学浆洗涤过程提取的黑液混合后，干固物含量在15%左右，需再进一步经过蒸发水分、提高黑液浓度至干固物含量45%以上，才能燃烧。研究选用国产的六效板式降膜蒸发器和当前国内先进的结晶蒸发技术，蒸发效率约为5.2 kg水/kg汽，较之传统工艺（蒸发效率为3.5 kg水/kg汽）节省用汽量，稀黑液的蒸发采用逆流流程。

（4） 碱回收。此段采用国内先进的低臭型次高压碱回收炉来燃烧黑液，碱回收率在98.0%以上，远远高于传统碱回收率85%～93%的指标，同时回收热量，减少恶臭气体排放。之后采用国内先进的连续苛化工艺，白泥干度可达70%，用来生产碳酸钙。

其详细处理工艺流程见图1。

图1 化学机械浆浓废水零排放工艺流程图

3 结束语

现研究通过对国内外高效新型设备的选型创新组合，采用车间加强废水循环利用，提高废水浓度，再蒸发浓缩的方式，把废液浓缩后送进燃烧炉中烧掉，来实现浓废水零排放的目标。对速生材化学机械法制浆废液的有效处理，不仅减少废水处理运行成本，而且真正做到化学机械浆浓废水的零排放，节约了能源和资源，真正实现了清洁生产和循环经济，对加速推进我国林纸一体化进程具有重要意义和良好的经济、社会、环境效益。该技术特别适合已有碱回收设备，同时准备上化学机械浆项目的制浆造纸企业。国内外高效设备的组合，既提高了高污染负荷的处理能力，又降低了投资费用。

[1] 张志城，余贻骥． 化学机械法制浆[M/OL]． 北京: 中国轻工业出版社,2008．

[2] 张瑞霞,陈夫山，刘廷志． 制浆造纸厂废水处理综述[J]．国际造纸,2005 ,24 (6) :48-54．

[3] 劳嘉葆． 造纸工业污染控制与环境保护[M]．北京: 中国轻工业出版社,2000．

[4] 黄娟,伍健东,周兴求． 化学机械浆废水处理技术探讨[J] ． 四川环境,2003 ,22 (6) : 5-8．

[5] 钟树明，多金环,戴永立．化机浆发展现状及黑液零排放可行性分析[J]．环境保护科学,2008,34(6): 19-22．

[6] 郭海泉,刘钢彪． 漂白化学机械浆废水处理技术及运行成本分析[J]． 中华纸业，2008,19(29): 54-57．

Study on Zero Discharge Technology of Chemi-mechanical Thick Wastewater

QIAO Jun, AN Qingchen, YING Guangdong

(Shan Dong Sun Paper Industry Joint Stock Co.LTD, Yanzhou, Shandong Province, 272100)

New efficiency equipments in treatment of paper mill sludge were tentatively combined in this research. Number of wastewater recycle was also increased to get higher concentration of wastewater, then the concentrated black liquor was burned up in alkali recovery furnace after concentrated by evaporation. The final goal is to achieve zero discharge of thick wastewater. The problem of chemi-mechanical wastewater pollution was efficiently resloved using the technology, a mass of alkali were retrieved, and the heat energy from organic matter of pulping wastewater was sufficiently utilized. It was considered the zero discharge technology is really a good idea of clean production and energy conservation and emission reduction in pulp and paper industry ,which has a good prospect of industrialization.

chemi-mechanical pulping； thick wastewater； zero discharge