造纸行业废水污染防治

李梓睿

(遵义航天高级中学,贵州遵义 563000)

1 生产及污水处理现存问题

1.1 造纸废水危害

造纸废水处理的几重要指标：S S、B OD、CO D、A OX、色度,对此若生产企业在废水排放上未严格达标排放,如废纸造纸废水中的毒性有机物必将对下流地区生态圈,居住环境,食品安全带来巨大威胁。且在浙江一带中小造纸厂众多,生产设备简陋,处理随意,造成严重的高污染、高耗电的问题,已对附近水域造成损害。

1.2 生产技术现存问题

污水处理固然重要,但污水从何而来？从源头抓起才是首要工作。在制桨造纸与废纸造纸这两大生产工艺上都存在污染严重的生产环节。

制桨造纸：以进行制桨与抄纸两流程为主,在制桨时蒸煮带来的污染最为严重,90%的污染负荷来自于此,因为其产生的黑液(碱式制桨)和红液(酸式制桨)较难处理。其次在洗涤、漂白、抄纸时A O X的产生、耗水量大都有技术可改进之处[1]。

废纸造纸：虽省去制桨造纸蒸煮、打桨环节,在资源回收利用上也达到了很好的效果,但废纸种类繁杂,需大量化学试剂进行除杂来完成制桨环节,由此也带来严重污染。脱墨是废纸造纸中一大难题,印刷油墨中含有重金属及其它毒性有机物,其含有的胶体状污染物也不易处理,脱墨所产生的废水处理便显得尤为重要[2]。

1.3 末端处理技术问题

在末端处理上两种造纸技艺都有其适应的方法。

制桨造纸：制桨造纸因原料环保,所以往往在制桨环节不会相比废纸制桨不会添加过多化学试剂,也使其产生白水污染度较低,易降低其S S、C O D。因此白水在清洁后用来二次利用存在较大可行性,这不仅降低生产时的耗水量、排放量也应和了持续发展观观念,但对于白水回收目前多数造纸厂并未采用[3]。另外在制桨产生的沉淀中含有大量木质素,且木质素是高碳含量有机物,在疏水性上也有良好表现,目前便有着不少针对木质素利用的技术研究[3]。

废纸造纸：废纸造纸的污水通常成分复杂,若单纯采用化学处理方法很难有效降低其C O D,对此目前新起的高级氧化法便提供了不错的选择,下文将进行详细介绍。

此外造纸废水在经过气浮或沉淀产生的污泥的含水量高、成分复杂,处理起来也是一大难题,若是按以往焚烧、填埋、投海的方式,对大气环境,水域环境的代价都是巨大的,而污泥中有机含量丰富又以纤维、木质素、半纤维为主,慎重合理的处理也有可观的前景。综上如何处理好污水是造纸企业需把握好的最后一道关,选择优良适应的处理技术固然重要。

2 解决方案

2.1 制桨造纸

(1)制桨造纸防污技术：主要分为备料、蒸煮、洗涤、漂白、抄纸几个环节,并都存在污染危害。

蒸煮：在蒸煮时会消耗大量的热能,使能量转化效益达到最大化是关键,所以可以考虑提升蒸煮技术来提高木质素的除去率并收集于碱回收池,或优化整套蒸煮系统使热量和蒸煮液得到多次利用来降低污染负荷。

漂白：常见的含氯漂白剂虽效率高,但近几年也因其带来的高污染问题渐渐隐退,新型漂白剂也以低氯或无氯目的,如ClO2、O2、H2O2、O3通过氧化来达到漂白的效果,这类漂白剂在处理中浓度桨液时不仅效率高也避免了三卤甲烷化合物的产生[1]。

白水回收利用：造纸所产生的白水在经过简易处理便能大大降低其C O D,并进行回收多次利用在降低耗水量上效果明显,所以简单有效的除杂方法是关键,往往通过混凝-沉淀-过滤步骤处理白水,龙岩市造纸实业公司实验人员在测试不同混凝剂后的实验结果显示大部分混凝剂都能达到高效的除杂效果,而由此得到的白水用于制桨也完全达标[3]。进行此实验的公司将白水回收投入实际运行后吨纸用水量下降了29.50m3,吨纸排污量减少44.7%,综上可知白水回收技术的推广必是经济效益和环境效益上的双赢。总观而论制桨造纸优化技术与提升设备是关键,加强每个环节间的联系,使资源得到反复利用,优质的基础设施必更易带来良好的环境效益。

(2)木质素利用：在蒸煮,漂白后会得到大量木质素集于碱回收池,若直接排放便可能形成难以处理的污泥,还有木质素存在于植物的木质组织中因此储量丰富,且木质素在转性过后可作为陶瓷、聚合物材料,利用好木质素实为得不偿失。以下是几种木质素利用研究方案。

合成固沙剂：木质素经过转性后形成的磺酸盐,形成的聚合物粘连效果强,可有效固定土壤,还可作为肥料促进植物生长。

活性炭生产：活性炭目前用途广泛,而木质素碳含量高,密度低由其生产的活性炭吸附性强,用其生产活性炭不仅成本低工艺也简易。

生物燃料：化石燃料储量的不断减少使人越加重视生物燃料的生产,木质素便是一优良原料,制桨废液进行发酵乙醇,含有它的造纸黑液也可生产二甲醚。

单细胞蛋白：利用含木质素的制桨废液作为营养物质,加入酵母发酵生产蛋白质,废液在经过此生化处理后COD含量可减少78.78%,其丰富的蛋白质也可运用于养殖业,食品加工业的蛋白质加工[2]。

2.2 废纸造纸

2.2.1 高级氧化法

如今很多领域对于化学试剂的运用广泛,各种新型原料的运用在提升了产品质量的同时也造成了处理的困难,化学处理的方法不仅成本高,效果也不佳,生化反应的可行性也不强。适当的物化结合便能很好解决这一问题。在废纸造纸的废水中C O D含量偏高,且废纸种类多样导致废水成分复杂难以针对各成分逐一解决,利用羟基自由基的强氧化性处理有机物和卤化物便能大大减小危害,而高级氧化法对于废水更是能深度处理。

湿式空气氧化法：氧气在常温常压状态下在水中溶解度较低,因此若利用氧气或空气进行氧化便需要选择高温高压条件下,氧气的溶解度会在此状态下急剧增加。在处理高浓度废液时也能将其中的有机物、含N、S物质氧化为CO2、H2O、N2、SO2,三卤代甲烷也可有效去除。加入高效、稳定的催化剂来提供了有利的氧化条件后,更是可能到零排放的理想状态。当然湿式空气氧化法需要一封闭环境进行反应,且反应装置需不断提供热能,以维持反应的进行。因此虽然湿式空气氧化法高效,但也能源消耗力度强、设备需求高、每批次处理量小,适合我国制作特种纸的小厂。

光化学氧化法：适用于低浓度废液,往往选用O3、O2、H2O2作氧化剂,在紫外光的照射下给予反应物能量,使之处于激发态来大大提升反应速率,可很好地降低C O D、AOX,且常选Ti O2作为半导体催化剂。但该技术还未成熟,在设备方面易受限制,运行不太稳定,且成本高昂,还待深入研发,有望成为主流的电化学除污方案。总之,高级氧化法效率高效,处理污物也可达到彻底无害化,就目前以可持续发展为主的观念,十分值得大力推广。

2.2.2 其它废液处理方法

现处理污水的方法常采用沉淀法、气浮法,这两种方法都有批次处理量大、速率快的优势,但杂乱的污物去除率大大受到限制。对于新型去污技术的探索显得很有必要。

活性炭吸附：活性炭近几年在除污领域的运用越来越广泛,这得其于它细孔状结构、吸附性强的特点。由刘成波等人实验测试不同形态活性炭的测试结果可知在粉状活性炭处理下废液的C O D去除率几乎占了3/5,再陪合其它流程进行二次处理后即可达到排污标准,且活性炭经过1 h的吸附时间便可达到吸附最大值。粉状活性炭在处理后同时也造成了难回收的特点,但这并不影响它成为能有效去除可溶性C O D、成本较低替代混凝沉淀法的方法[6]。

膜技术分离法：现膜的种类飞速递增,这当然得益于对于膜的大力研究,现膜在各个领域运用广泛且承担着重要作用。膜的过滤孔径甚至可以控制在分子大小,在处理废液时便可用来分离溶液中的特定某些物质,也可用来浓缩废液方便高浓度的处理方法。例如纳滤膜对于色度的降低能达到很好的效果,用来治理成分复杂、具有毒性的脱墨废液是个很好的选择。因此探究膜的合理运用来代替废液处理时某些繁琐的工序来赢得巨大的经济效应是十分值得行动的[5]。

2.3 污泥处理

一些废液处理在经过固液分离后,就会留下难以处理的污泥,而无论是脱墨污泥还是化学污泥都需要慎重处理,而污泥往往也具有含水量高,有机含量丰富的特点,因此处理的方案便可从氧化、生化利用方面下手。

超临界水氧化法：传统的氧化方法处理污泥常常会带来氧化不完全、造成二次污染的问题,对于氧化法稳定、高效很重要。当水的温度与压强大于374℃、22MPa时就处于超临界状态,在此状态下水的性质将会大大发生改变,对于盐的溶解性大大降低,而对于有机物、气体的溶解性大大提升。在用超临界水处理污泥时不仅可有效分离盐与有机成分,还大量溶解了空气或氧气来作为氧化剂。因此经过处理后的污泥COD除去率近乎可达到100%,且盐类也直接沉淀。当处理污泥有机含量较高时,氧化产生的反应热便足以供给反应持续进行,无需外界热源也能使水的温度得到保持。由此可见超临界水氧化法已经是一项成熟有效、值得大力推广的技术了[3]。

生化利用法：现许多废弃污物为了使其得到二次利用便会经过生化处理,且生物工程技术崛起使得微生物的功能强大、广泛,污泥的处理也由此多了更多有利渠道。首先是厌氧消化,经过预处理分解后的污泥在隔氧条件下微生物消化后,会生成沼气,而沼气正是现大力推进的燃料。同时作为农用堆肥也是不错的选择,在这个腐殖化的过程中微生物将污泥转化为更稳定无害的有机物,由此作为肥料改善土壤,以下是此优良方法的良种生产步[3],如图1,图2所示。

但由脱墨污泥生产出来的肥料也会含有重金属,施用时需慎重。甚至蚯蚓也可作为生化处理方法的一种,蚯蚓在食用、消化污泥后,所产生的粪便又可运用于饲养业作为饲料。生化处理为污泥的运用带来了良好前景,其前途是无可限量的。

图2 造纸污泥颗粒有机肥生产工艺流程

3 结语

纸张的运用早已在我们生活中不可或缺,即使在将来电子产品主宰的时代纸张仍有着不可替代的地位,因此做好造纸产业的工作是一条可持续、必然的道路。

而2015年我国制桨造纸占造纸行业的20.5%,制桨造纸不仅成本高还会对环境带来不小的负面影响。对于废纸造纸,目前我国的废纸来源一般是进口,这是因为国内纸张生产成分杂乱,且回收制度也不完善,所得来的废纸很难生产出高质量的纸。造纸行业的污染防治首先就应该从源头抓起,减小制桨造纸在造纸企业中的比例,制定完善的废纸制造、回收制度,便能减小造纸时产生的污染。

在技术方面,无论是清洁生产还是优良的末端处理,目前的技术既有成熟的也有需升入研究的,而保证生产与废液处理的每个环节都做到环保高效便是技术需研究的主方向。且应多多考虑每个环节之间的联系互动,资源的多次利用才能带来更好的经济、环境效应。

造纸行业的污染防治是一条长远持久的道路,需要的是造纸企业从备料到废液处理所有工序的一体化,任重而道远的我国不应有一丝松懈,大力地去注重改善我国造纸企业。

[1] 谢益民,瞿方,王磊,等.制浆造纸废水深度处理新技术与应用进展[J].中国造纸学报,2012,(27)：3.

[2] 江红光,梅荣武.高效浅层气浮技术在造纸废水处理中的应用[J].环境污染与防治,2001,(23)：4.

[3] 金立忠,何爱民.废纸再生造纸的废水处理技术[J].西南造纸,2006,(04)：34+48.