造纸废水回用对水足迹的影响

张 明 戴红旗 王为任 王 勇

(1.金东纸业股份有限公司研发中心，江苏镇江，212132；2.南京林业大学江苏省制浆造纸科学与技术重点实验室，江苏南京，210037)

·造纸水足迹·

造纸废水回用对水足迹的影响

张 明1,2戴红旗2王为任1王 勇1

(1.金东纸业股份有限公司研发中心，江苏镇江，212132；2.南京林业大学江苏省制浆造纸科学与技术重点实验室，江苏南京，210037)

以造纸废水循环利用为研究对象，系统地分析了金东纸业造纸废水处理的两大系统，即外排废水处理系统和纸机封闭循环废水处理系统；同时以3#造纸机砂滤水为切入点，分析造纸废水内循环使用的系统。这两种系统的应用有效地降低了清水用量，从而减少造纸水足迹。

造纸废水；循环利用；砂滤器；水足迹

(*E-mail:zhangming@goldeastpaper.com.cn)

造纸厂一直都是我国主要的耗水及废水排放大户[1]，并且造纸废水成分复杂，可生化性差，属于较难处理的工业废水。要解决造纸废水排放过多的难题，实现最大程度的回用是最有效的途径之一。水循环系统包括有计划的污水再生、循环和回用，这是社会进步、技术发展、对公共卫生危险认识提高的反映。目前废水回用方式有很多，如白水封闭循环利用、废水深度处理回用等，近年来砂滤法废水处理技术得到了较广泛的应用。石英砂过滤器(以下简称“砂滤器”)也叫浅层介质过滤器，是利用石英砂作为过滤介质，在一定的压力下，把浊度较高的水通过一定厚度的粒状或非粒的石英砂过滤，有效地截留除去水中的悬浮物、有机物、胶质颗粒、微生物、氯、部分重金属离子及嗅味等，是一种最终达到降低水浊度、净化水质的高效过滤设备。

Tweente大学的Hoekstra A教授为确定产品中“嵌入”的水含量，于2002年提出了“水足迹”的概念[2- 5]，描述人类消费对水资源系统的影响。相对于实体水，水足迹是一个多维指标，不仅可表示用水量，还可表示从原料生产到成品制造期及整个供应链体系，以“看不见”的形式蕴藏在产品中的“虚拟水”[6]。当人们消费这些产品时，实际上就是以一种“虚拟水”的形式使用了这些水资源。水足迹的数值要远远大于实体水量，据测算，每吨纸的实体耗水量约为5 t，而仅一张A4纸的水足迹就高达10 L[3]。

金东纸业股份有限公司(以下简称“金东纸业”)北靠长江，生产中产生的废水经处理后直接排入长江。为了保护长江水质，必须要对生产中的废水进行处理达标排放，选择合适的处理工艺和完善的日常管理才能保证排入长江的生产废水达标。本文着重介绍了金东纸业两套主要废水处理系统：外排废水处理系统和纸机封闭循环废水处理系统。

1 外排废水处理系统

金东纸业目前年产量超过130万t铜版纸；造纸排放的是白水，流量约1400 m3/h；排放水中CODCr为60 mg/L左右(国家标准≤100 mg/L)，悬浮物(SS)为40 mg/L左右(国家标准≤ 50 mg/L)，BOD5为4 mg/L左右(国家标准≤60 mg/L)。金东纸业废水处理采用厌氧/好氧生物处理系统，外排废水处理系统流程见图1。图1中1#、2#、3#分别为1#、2#、3#造纸机，APMP是化机浆生产线，PCC 是轻质碳酸钙；A池为厌氧池，O池为好氧池；生产废水集中排入调匀池，实际排水指标：CODCr为1500 mg/L，SS为1800 mg/L，BOD5为700～800 mg/L ；A池水力停留时间为55 min，O池水力停留时间为13 h。

图1 外排废水处理系统流程图

由图1可知，金东纸业外排废水处理过程为：从1#、2#、3#造纸机、APMP浆线、PCC车间出来的废水首先进入调匀池，对各个车间的废水进行充分地混合，而且还可以起到调节作用，防止废水冲击负荷；废水进入初沉池首先可以去除废水中容易沉降的大颗粒污染物；由于车间的废水温度较高对生化不利，所以经冷却塔可以将废水的温度降到适合生化的温度；经过沉淀处理后的废水和回流污泥同时流入A 池进行厌氧反应，提高COD的去除率，将高分子难降解的有机物转变为低分子易被降解的有机物，提高BOD/COD的比值。金东纸业产生的废水中氮磷含量较低，故没有进行A-O-A-O交替；待停留一段时间后再流入O 池内氧化，由于微生物在厌氧和好氧的状态下，可以筛选及驯化脱磷菌种，发挥脱磷功能。同时微生物还可利用BOD 当作有机源，发挥一部分脱氮功能；经过处理的废水进入二沉池，沉淀后上清液进入放流池，采用潜没排放，处理达标的水直接排入长江；污泥经浓缩、脱水后，进行焚烧和综合利用。

2 纸机封闭循环废水处理系统

纸机封闭循环系统能有效地降低造纸清水消耗量以及废水的排放量，达到节能环保的目的。金东纸业采用世界先进的造纸和封闭循环技术，以3#造纸机为例，该纸机主要采用砂滤器(见图2)过滤，回用造纸系统中的废水。

过滤器常用的滤料有石英砂、活性炭、无烟煤、锰砂等，广泛运用到农业灌溉、化工、石油、冶金、工矿等行业。其中，砂滤器耐酸碱性强，抗污染性好，可有效去除水中的悬浮物，并对水中的胶体、铁、有机物等污染物有明显的去除作用。

2.1 砂滤器的特点

砂滤器的结构如图2所示，其特点包括以下几方面。

结构紧凑：该设备集混凝反应、过滤、连续清洗于一体，简化了水处理工艺流程、占地面积小、结构简单、安装操作灵活方便，同时还降低了原水处理工艺多环节的能耗和人工管理费用，减轻了操作难度。

混凝反应效果明显：应用混凝反应机理和沉降机理，可有效地去除水中的悬浮物和胶体物质，利于砂滤器进一步降低出水浊度。

连续自清洗过滤：过滤介质自动循环，连续清洗，无需停机进行反冲洗。

降低原水的SS含量：配合微絮凝装置，进水最高SS≤5000 mg/L的各种工业用水、城市生活污水、工业用水作为回用水，去除率≥90%，达到完美过滤效果。

图2 砂滤器的结构

图3 砂滤器工作原理

2.2 砂滤器工作原理

砂滤器是利用一种或几种过滤介质，常温操作、耐酸碱、抗氧化，pH值适用范围为2～13的一种装置，其工作原理见图3。砂滤器系统配置完善的保护装置和监测仪表，具有反冲洗功能，能快速冲走泥垢等污染物，耗水量少，按用户要求可设置全自动功能。在一定压力下，该设备使原液通过石英砂介质的触絮凝、吸附、截留，去除杂质，从而达到过滤的目的。石英砂过滤精度为0.5～0.9 mm，可有效去除胶体微粒和高分子有机物，但主要用于去除水中的悬浮物。

表1 废水处理前后对比

2.3 砂滤器处理效果

根据水样资料，经水质分析，造纸废水处理前后水质情况见表1。

从表1可以看出，经过砂滤后的造纸废水各项指标有明显下降，已经达到了造纸系统回用的标准，这些处理后的废水将被回用于浆料漂洗、稀释等，从而为金东纸业节约了大量的清水并减少了废水排放，实现了经济与环保效益的双赢。

3 水足迹计算

3.1 废水排放的水足迹

废水属于灰色水足迹(WFgrey)的范畴，因此，废水水足迹的计算可采用公式(1)[3]。

WFgrey=Effl·Ceffl/Cmax=12000×690÷80 =103500(t/d)

(1)

式中，Effl为污水总量，t/d(外排量500 m3/h，每天的外排量为12000 m3)；Ceffl为处理前废水中CODCr含量，mg/L；Cmax为废水排放标准中规定的CODCr最大值(80 mg/L)。

3.2 废水回用的水足迹

根据水足迹的概念，当废水回用时是不产生水足迹的，因此，废水完全回用时的水足迹为0。此时的水足迹只与回用比例C回用有关，见式(2)。

WFgrey=Effl·(1-C回用)

(2)

若按照处理后废水95%回用，则水足迹的计算见式(3)。

WFgrey=21600×(100%-95%) =1080(t/d)

(3)

对比废水排放与废水回用的水足迹可以看出，在废水回用时的灰色水足迹明显减少(实际回用量900 m3/h，每天的实际回用量为21600 m3)。因此，加大废水处理力度，实现废水的高回用率，是解决造纸水足迹过高的最有效途径之一。

4 结 语

目前金东纸业股份有限公司的两套废水处理系统已经日臻成熟，废水处理后的水质不仅能够满足排放标准，还有60%左右实现了回用(900/1400=64.28%，总出水量1400 m3/h)，从而使金东纸业吨纸清水耗量控制在 5 t 左右，实现经济和环保效益的双赢。

由于造纸废水、再生水和水回用之间的关系链得到了人们越来越多的重视，越来越小的循环圈是可能的，这意味着废水回用有着广阔的发展前景。

[1] Shao Zhenyu, Shuai Xinghua, Xie Yimin, et al. Pulping & Papermaking Wastwater Treated by Biometic-Flocculent Method[J]. Paper and Papermaking, 2008, 27(4): 61. 邵震宇, 帅兴华, 谢益民, 等. 仿酶絮凝法处理制浆造纸综合废水[J]. 纸和造纸, 2008, 27(4): 61.

[2] ZHANG Yong, CAO Chun-yu, FENG Wen-ying, et al. Advances in Pollution Control Science and Technology of China’s Paper Industry[J]. China Pulp & Paper, 2012, 31(2):57. 张勇，曹春昱，冯文英，等. 我国制浆造纸污染治理科学技术的现状与发展[J]. 中国造纸， 2012， 31(2)： 57.

[3] Hoekstra AY, Chapagain AK, Maite M Aldaya, et al. Water Footprint Manual[M]. Water Footprint Report, 2009.

[4] Wakemagel M, Rees W. Our Ecological Footprint: Reducing Human Impact on the Earth[M]. Gabriola Island, BC, Canada: New Society Publishers, 1996.

[5] Wackernagel M, Onisto L, Linares AC, et al. Ecological Footprints of Nations: How Much Nature Do They Use? How Much Nature Do They Have? [M]. Mexico: Research Centre for Sustainability Studies, Universidad Anahuac de Xalapa, 1997.

(责任编辑：董凤霞)

Effect of Waste Water Reuse on the Water Footprint of the Paper Mill

ZHANG Ming1,2,*DAI Hong-qi2WANG Wei-ren1WANG Yong1

(1.R&DofGoldEastPaperCo.,Ltd.,Zhenjiang,JiangsuProvince, 212132; 2.JiangsuProvincialKeyLabofPulpandPaperScienceandTechnology，NanjingForestryUniversity，Nanjing，JiangsuProvince， 210037)

In this paper, the reusing of waste water in the paper mill was studied, and the two important waste water treatment processes used in the mill were analyzed. Meanwhile, the internal recycling of the wastewater treated by sand filter in PM3 machine was introduced. Thanks to the application of the two treatment processes, fresh water consumption is absolutely reduced, and resulting the fall of the water footprint.

waste water; recycle & reuse; sand filter; water footprint

张 明先生，在读博士研究生；主要从事造纸化学品及涂布技术的研究工作。

2013- 10- 10(修改稿)

江苏省“333高层次人才培养工程”资助项目；国家自然基金项目资助(项目编号：31270614)。

TS79

A

0254- 508X(2014)02- 0044- 03