摘要：造紙廢水及污泥處置問題已經成為制約造紙工業(yè)發(fā)展的大問題，本研究采用高效無二次污染的凈水劑處理造紙廢水，不但降低處理成本，而且還可以回收利用造紙污泥，達到環(huán)保和經濟雙效益。

1.背景

早在“七五”時期，我國就把造紙工業(yè)廢水治理技術研究列為國家重點科研攻關項目，經過多年努力，在治理技術的研究和防治工作方面，取得了一定的緊張，但由于許多實際問題(如治理費用投資、環(huán)保管理方面等)的存在，我國造紙工業(yè)廢水對水體的污染仍在加劇。據(jù)中國造紙協(xié)會對綜合信息資料調查顯示，2002年全國紙和紙板生產企業(yè)約有3500家，全國紙和紙板生產量3780萬噸，比三年增長18.13%【1,2,3】。從數(shù)據(jù)可以看出，我國造紙業(yè)的產量逐步提高，并保持了高速度增長趨勢，但與此同時，全國的造紙廢水排放量也在逐年上升，2002年排放量為34.5億噸。目前國內眾多造紙廠普遍采用廢紙作為原料抄紙的生產方式，在制漿過程中一般每生產1噸廢紙漿，廢水排放量達100-150立方米，大量的廢棄物除含有塑料片、泥、沙外，還有細小的纖維素和半纖維素、木質素、油、膠粒、礦物、填料等混在廢水中排入到江河中去，其廢水中的SS和COD等污染指標大大高出國家規(guī)定的排放標準，嚴重污染環(huán)境。由此可以看出我國造紙工業(yè)的廢水污染問題顯得十分突出，治理任務繁重而艱巨。如何治理好廢水，是目前造紙環(huán)保工作的一項重要任務【4,5】。

造紙廢水的主要特點是懸浮物等非溶解性污染物含量高，其廢水中的溶解性物質如：COD、BOD指標較低(相對化學制漿)。國內中、小型紙廠普遍使用一級處理即氣浮、化學混凝等物化處理方式，處理后的廢水回用到抄紙車間，最大限度的實現(xiàn)生產用水循環(huán)使用。目前廢水混凝后產生的污泥(噸紙固體污泥產率達15-27kg/t，灰分含量可達40-65%)，絕大多數(shù)參加均采用燃燒或填埋的方法來處理，但存在的問題很大。例如：廢紙造紙污泥灰分較高，燃燒灰分高于50%的污泥是有困難的，因為有機物含量太低，要維持燃燒則要求水分含量很低，而且燃燒后的無機組分要填埋處理【6,7】;提地填埋是污泥主要處置方法之一，經固液分離后的污泥，使用脫水設備進行濃縮脫水(脫水率達35-60%)。脫水后的污泥外運到選定場所填埋，如果場地設計不當，污泥中的濾液可能污染地表水和地下水，造成環(huán)境污染。對造紙廠來歲污泥處理費用約占水處理運行費用的30-40%，所以對中、小型造紙廠而言，廢水、污泥如何處理和有效利用，從經濟效益和減少環(huán)境污染方面是極為重要的，它關系到企業(yè)的生存和持續(xù)發(fā)展。

傳統(tǒng)的造紙廢水處理工藝(如圖1.1)

傳統(tǒng)的處理工藝無法使造紙工業(yè)排放廢水及污泥回收再利用，而且目前國內所普遍使用的堿式氯化鋁和聚丙烯酰胺等傳統(tǒng)藥劑處理的造紙廢水，出來的污泥易發(fā)黑、發(fā)臭，從而造成二次污染，使生態(tài)環(huán)境惡化及造成資源的浪費。因此研制來發(fā)投藥量低、適應性強、絮凝效果好、廢水能回用、污泥能回用抄紙的凈水劑就成為亟待解決的問題【8,9,10,11】。

2.造紙廢水凈水劑的研究

2.1研究內容

(1)造紙廢水凈水劑的合成技術路線及制備原理和方法

造紙廢水凈水劑是一種在聚合磷硫酸鐵及聚合硫酸鋁鐵基礎上合成的新型無機高分子凈水劑。雖然造紙廢水凈水劑是在聚合硫酸鐵基礎上合成的，但由于磷酸根離子介入，使兩者的性能和使用pH值范圍有本質的不同，下面是合成造紙廢水凈水劑的工藝條件簡述。

(2)造紙廢水污泥回用的作用機理

造紙廢水凈水劑是無機混凝劑，具有極強的催氧化及高效混凝功效，其在水解過程中產生大量的多核配合物，在進行廢水處理時一方面起到防腐作用，另一方面通過靜電中和及膠體吸附等共同作用，使廢水中的膠體粒子脫穩(wěn)，產生致密的凝聚實體，改善污泥回用在網部的留著和濾水性能。

(3)已達到的主要的技術指標有：

表2-1技術指標

(4)已解決的技術關鍵問題

在制備造紙廢水凈水劑的時候要注意其反應時間及反應溫度的控制;在污泥處理上的時候，首先在處理之前要對污泥進行預處理，為污泥回用創(chuàng)造條件，回用的污泥上紙機前應與良漿充分混勻。

2.2 創(chuàng)新點

①這個項目研制的造紙廢水凈水劑不但能夠降低廢水的出水指標，同時也是一種以廢治廢的環(huán)保新路線。

②該項目的生產路線中的原料是利用化工廠硫酸法制取粉的副產品亞鐵鋁鹽，達到了二次利用的效果，充分利用了可利用資源，實現(xiàn)了以廢治廢的環(huán)保路線。

③在生產產品過程中一直都是清潔生產過程，無廢氣、廢水及廢渣等的排放，是一個環(huán)保型的研究開發(fā)路線。

④生產過程也較為簡單易行，只需要進行一定的水解、聚合、濃縮及烘干等過程就能夠制得產品。

2.3 采用的方法、技術路線以及工藝流程

合成造紙廢水凈水劑的原料是化工廠硫酸法制取粉的副產品亞鐵鋁鹽，用強氧化劑氧化亞鐵鋁鹽，經水解、聚合生成一定堿化度的聚合鐵，在此基礎上加入磷酸鹽，在一定溫度下反應一段時間即生成液體聚合物，經濃縮、烘干又可制得灰白色固體產品。在反應器中，根據(jù)亞鐵鋁鹽的量加入硫酸和雙氧水后在一定溫度下反應5-6小時，然后定量加入磷酸鹽在一定溫度下反應30-60分鐘即制得液體產品，液體產品在60-90攝氏度間烘干可得固體產品。在工業(yè)生產中，常常是在催化劑作用下用空氣或氧氣氧化亞鐵鋁鹽，在實驗室中則常采用強氧化劑直接氧化。

把強氧化劑加入亞鐵鋁鹽溶液中將發(fā)生以下兩個反應：

由于第一個反應放出的熱量較大，因此，第二個反應不可避免地要消耗一部分強氧化劑，為此氧化時我們就采用在常溫下把強氧化劑慢慢滴入。經過多次實驗發(fā)現(xiàn)，當亞鐵鋁鹽與強氧化劑摩爾比達到一定比例時，可被氧化完全。

3. 造紙廢水及污泥綜合利用技術的研究

3.1 造紙凈水劑的研制

造紙廢水的主要特點是懸浮物等非溶解性污染物含量高，其廢水中的溶解性物質如：COD、BOD指標較低(相對化學制漿)。國內中、小型紙廠普遍使用一級處理即氣浮、化學混凝等物化處理方式，處理后的廢水回用到抄紙車間，最大限度的實現(xiàn)生產用水循環(huán)使用。目前廢水混凝后產生的污泥(噸紙固體污泥產率達15-27kg/t，灰分含量可達40-65%)，絕大多數(shù)參加均采用燃燒或填埋的方法來處理，但存在的問題很大。

與傳統(tǒng)的廢水凈水劑相比，本公司研制的造紙廢水凈水劑不但可以處理造紙廢水，還可以處理污泥污泥，讓造紙工業(yè)的全過程都得到了清潔生產的保護，最終得到了全回用。

造紙廢水是無機混凝劑，具有極強的催氧化及高效混凝功效，其在水解過程中產生大量的多核配合物，在進行廢水處理時一方面起到防腐作用，另一方面通過靜電中和及膠體吸附等共同作用，使廢水中的膠體粒子脫穩(wěn)，產生致密的凝聚實體，改善污泥回用在網部的留著和濾水性能。

3.2 實驗方法

在同等的其他條件下，變化單一因子，確定最佳投加量、藥劑和處理工藝。藥劑絮凝反應使用六連攪拌器，反應一段時候之后，靜置，取上層清液，測定相關數(shù)據(jù)，以CODcr、色度和SS等指標來衡量其去除效果。

3.3 研制的實驗對比結果

3.4 研發(fā)過程中遇見的問題及解決辦法

①藥劑反應時間不夠

反應時間不夠會造成造紙廢水凈水劑沒有充分合成，浪費材料，同時也影響品質。

解決辦法：安裝時間控制，定量投加反應材料，定時監(jiān)控。

②生產造紙廢水凈水劑時溫度過高

由于反應過程是放熱反應，會使反應過程劇烈，造成焦化糊化，影響藥劑的品質。

解決辦法：安裝溫度顯示器，配套冷凝設施，當溫度過高時候適當在外部冷凝處理，控制反應過程在合理的溫度范圍內。

3.5 應用案例

2015年8月，我司在東莞某造紙廠進行造紙廢水及污泥處理技術的中試，先將廢水集中進入調節(jié)池，調節(jié)廢水的濃度，pH值和廢水污染物濃度，然后廢水進入混凝槽，投加造紙廢水凈水劑，充分混合反應后進入一級和二級斜管沉淀池，各項指標均能達到客戶的要求。系統(tǒng)產生的造紙污泥，經干化脫水處理后，回用處理，系統(tǒng)不產生二次污染。

系統(tǒng)運行水質情況如下表。

4 經濟及社會效益分析

4.1 效益分析

主要的經濟效益有：

傳統(tǒng)的處理造紙廢水的方法(也就是處理費用最低的方法)一般是利用聚鋁及PAM，成本一般在0.5-0.8元之間，然而造紙廢水凈水劑完全可以替代傳統(tǒng)的藥劑，而且成本較傳統(tǒng)的處理成本便宜1/3-1/4，每噸廢水處理成本只需0.33-0.53元之間，同時加藥方法也簡單，不需要增加勞動力[12,13]。

造紙廢水使用造紙廢水凈水劑之后，其污泥回用抄紙，平均可減少噸消耗廢紙量5%，以每噸廢紙800元算，則每噸成品紙可省40元成本，也就是省去了污泥填埋的費用。使用造紙廢水凈水劑之后的廢水能達標排放，水回用或零排放，可節(jié)約用水，省去取水費和排污費，而且做到清潔生產的標準，按照《清潔生產法》可免稅。同時紙機的清潔生產能延長紙機易損耗的使用壽命。

最后在環(huán)保方面，由于聚鋁其它鋁系凈水劑的使用會在水體中殘留一定量的鋁，對環(huán)境造成二次污染，因此在工業(yè)廢水處理中受到限制，尤其是在生活飲用水凈化中，聚合氯化鋁等鋁系混凝劑將會隨著人們環(huán)境和健康意識的提高而受影響。造紙廢水凈水劑是利用“以廢治廢、變廢為寶”的原則，無二次污染，還高效地利用資源，達到廢物的二次回收利用。在凈水中，讓人買到安全、放心[14,15,16]。

4.2.社會效益

我公司造紙廢水凈水劑的開發(fā)和應用，大大促進了我國造紙行業(yè)廢水處理藥劑的發(fā)展歷程，對于我國的環(huán)保政策的落實起到了一定的作用。

①造紙廢水凈水劑在環(huán)保型現(xiàn)代社會，有完全足夠的競爭力生存，通過“以廢治廢、變廢為寶”的途徑，為社會、為人類帶來了巨大的財富和健康;同時也高效地達到了所謂環(huán)保、綠色型藥劑的要求，是值得信賴、值得放心使用的高效混凝劑;

②安全環(huán)保，能為社會創(chuàng)造更多的經濟效益，使用最簡單的生產方法得到最好的凈水劑產品;

③增加社會就業(yè)，培養(yǎng)鍛煉了一批水處理劑研發(fā)及調試人員，促進了我國環(huán)保事業(yè)向高新技術的方向發(fā)展;

④提高我公司的知名度，使我公司向專業(yè)化和規(guī)?；南冗M企業(yè)靠攏，增強我公司市場競爭力，同時也為國家的經濟發(fā)展做出了一定的貢獻。

5 結論

造紙廢水使用造紙廢水凈水劑之后，其污泥回用抄紙，平均可減少噸消耗廢紙量5%，以每噸廢紙800元算，則每噸成品紙可省40元成本，也就是省去了污泥填埋的費用。使用造紙廢水凈水劑之后的廢水能達標排放，水回用或零排放，可節(jié)約用水，省去取水費和排污費，而且做到清潔生產的標準，按照《清潔生產法》可免稅。同時紙機的清潔生產能延長紙機易損耗的使用壽命。造紙廢水凈水劑的市場認同率不斷提高的過程中，也代表在市場上將會有不斷擴大的占有率，最終達到規(guī)模效益。我公司造紙廢水凈水劑的開發(fā)和應用，大大促進了我國造紙行業(yè)廢水處理藥劑的發(fā)展歷程，對于我國的環(huán)保政策的落實起到了一定的作用。

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來源:散闊  作者:湯奔

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