制漿造紙工業(yè)用水水質(zhì)與再生水回用分析

潮保亭 王燦 季民 胡洪營(yíng)

（1天津大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津，300072 2清華大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，北京，100084)

制漿造紙工業(yè)是用水大戶，同時(shí)也是排污大戶，每噸紙品從原料制漿至抄成紙耗用的水量都很高[1]。當(dāng)今水資源極度匱乏，水價(jià)頻頻上漲，造紙成本的增加使再生水的回用價(jià)值凸顯出來(lái)。目前回用的方式較簡(jiǎn)單，如制漿廢水經(jīng)處理后的再生水用于農(nóng)田灌溉[2]，紙機(jī)白水回用于制漿工藝中[3]。

1 典型的制漿工藝流程及用水水質(zhì)要求

典型的制漿工藝流程如圖1所示，主要包括備料、蒸煮、篩選、洗漿、漂白等工序，如果產(chǎn)品為本色紙，則無(wú)漂白工序。

圖1 典型的制漿工藝流程

制漿工藝主要的用水環(huán)節(jié)及其用水水質(zhì)要求如表1所示。總體來(lái)說(shuō)，制漿工藝對(duì)用水水質(zhì)要求并不高，除了蒸煮階段的藥劑配制和最后一段漂白工藝要求使用清水外，其他工藝環(huán)節(jié)多使用后續(xù)工段的廢水或者凈化后的白水 （如洗漿工段中采用多段逆流洗滌)。其中，制漿工藝中的洗漿階段是用水量較大的環(huán)節(jié)，也是白水回用于制漿工藝的主要途徑。

表1 主要制漿生產(chǎn)工段用水水質(zhì)要求

2 典型的造紙工藝流程及用水水質(zhì)要求

典型的造紙工藝流程如圖2所示，主要包括漿料的準(zhǔn)備系統(tǒng)、紙機(jī)濕部系統(tǒng)和紙機(jī)干部系統(tǒng)。其中，白水主要從紙機(jī)濕部系統(tǒng)中的網(wǎng)部、伏輥和壓榨環(huán)節(jié)產(chǎn)生。網(wǎng)部產(chǎn)生的白水通常稱之為濃白水，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中直接回用到流送系統(tǒng)（流漿箱)，一般并不外排。伏輥和壓榨環(huán)節(jié)排出的白水進(jìn)入白水處理設(shè)施，經(jīng)過(guò)處理后，可以回用于水力碎漿、打漿、網(wǎng)部清洗等環(huán)節(jié)。主要造紙生產(chǎn)工段的用水水質(zhì)要求如表2所示。

圖2 典型的造紙工藝（白水產(chǎn)排)流程圖

表2 主要制漿生產(chǎn)工段用水水質(zhì)要求

根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研和對(duì)山東泉林造紙廠實(shí)地考察的情況可以得到，造紙生產(chǎn)工藝使用清水的工段主要包括化學(xué)品和填料的稀釋水、密封水（包括密封箱、真空系統(tǒng))和紙機(jī)清水（紙機(jī)高壓清洗水)。而其他工段可以采用凈化后的白水。因此，紙機(jī)白水經(jīng)過(guò)處理后，可以作為造紙生產(chǎn)工藝的一種重要補(bǔ)充水。其中，凈化后的白水水質(zhì)保障是滿足紙張質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3 不同紙種紙機(jī)使用清水與回用水的情況

劉秉鉞[4]對(duì)不同紙種紙機(jī)使用清水與回用水的情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表3所示。由表3的結(jié)果可以看出，在紙機(jī)的用水中，一般只在高壓洗滌毛布、高壓洗滌網(wǎng)部和水封水使用清水，其余的部位均使用經(jīng)過(guò)處理的回收水或直接使用白水。

表3 不同紙種紙機(jī)使用清水與回用水的情況

4 再生水水質(zhì)對(duì)制漿造紙過(guò)程和紙張質(zhì)量的影響

再生水水質(zhì)的好壞對(duì)于制漿造紙過(guò)程和紙張的質(zhì)量都有一定的影響，張勝利[1]對(duì)主要影響因素進(jìn)行研究，其結(jié)果為：

（1)渾濁度和色度對(duì)于漂白紙漿、高白度紙的白度有影響，對(duì)淡色紙的色彩有影響。為了滿足造紙水質(zhì)要求，需對(duì)渾濁度和色度大的原水進(jìn)行處理，這部分藥劑用量大，處理后水質(zhì)較差，水質(zhì)不穩(wěn)定，水中殘留的水處理劑，對(duì)于抄紙濕部化學(xué)有一定影響。

（2)鐵、錳離子高的原水用于抄紙工藝，主要影響紙張的白度，使紙張泛黃，產(chǎn)品質(zhì)量下降。另外，鐵、錳離子為正電荷，吸附于纖維上，不利于抄紙化學(xué)品沉積于纖維上。

（3)總?cè)芙庑怨腆w含量高的水，加重原水的處理負(fù)荷，處理后水的質(zhì)量穩(wěn)定性差，一部分溶解性固體進(jìn)入抄紙生產(chǎn)，影響紙張白度，增加塵埃量，同時(shí)易堵塞高壓噴水管的管嘴和水針。

（4)水中的氯化物可以在漿料中防止細(xì)菌和黏性物質(zhì)生成，但高濃度的氯化物存在于漿料中，使纖維上的碳水化合物降解，生成羰基、醛基和羧基，降低纖維的長(zhǎng)度，影響紙張強(qiáng)度，同時(shí)，紙頁(yè)易返黃，在這種情況下，設(shè)備的腐蝕加重。

5 國(guó)內(nèi)外廢水工業(yè)回用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

5.1 國(guó)外廢水工業(yè)回用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

工業(yè)革命以來(lái)，世界上的主要發(fā)達(dá)國(guó)家都相繼發(fā)生過(guò)因水資源的匱乏而影響工業(yè)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。因此，廢水工業(yè)回用也越來(lái)越受到人們的重視。美國(guó)的城市污水再生利用己經(jīng)從試驗(yàn)研究階段進(jìn)入生產(chǎn)應(yīng)用階段，再生水作為一種合法的替代水源，正在得到越來(lái)越廣泛的利用，成為城市水資源的重要組成部分。

針對(duì)不同回用對(duì)象，美國(guó)部分州（加利福尼亞、佛羅里達(dá)、夏威夷、德克薩斯和華盛頓州)的法規(guī)和指南中規(guī)定了與工業(yè)利用相關(guān)的內(nèi)容。表4總結(jié)了美國(guó)部分州的工業(yè)利用的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和處理方法。

從表4可以看出，美國(guó)再生水工業(yè)利用的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)的是工業(yè)冷卻水的水質(zhì)要求，雖然部分州的標(biāo)準(zhǔn)涉及了生產(chǎn)工藝的用水標(biāo)準(zhǔn)，但并沒(méi)有涉及具體的生產(chǎn)工藝類型，而主要從保護(hù)人體健康（是否與人體接觸)的角度規(guī)定了工藝用水中的微生物標(biāo)準(zhǔn)，但并沒(méi)有明確規(guī)定生產(chǎn)工藝本身對(duì)再生水的用水水質(zhì)要求。

表4 美國(guó)工業(yè)利用的回用水主要水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和處理方法

5.2 國(guó)內(nèi)廢水工業(yè)回用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

《城市污水再生利用》系列標(biāo)準(zhǔn)是我國(guó)目前關(guān)于再生水水質(zhì)要求較為系統(tǒng)和全面的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。其中，《城市污水再生利用——工業(yè)用水水質(zhì)》對(duì)我國(guó)再生水回用于工業(yè)方面的水質(zhì)要求作了如下規(guī)定，如表5所示。

表5 城市污水再生利用一工業(yè)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(摘錄)

表5中的工藝用水包括溶料、蒸煮、漂洗、水力開(kāi)采、水力輸送、增濕、稀釋、攪拌、選礦、油田回注等；產(chǎn)品用水包括漿料、化工制劑、涂料等。當(dāng)再生水用作工藝與產(chǎn)品用水水源時(shí)，達(dá)到表5中所列的控制指標(biāo)后，尚應(yīng)根據(jù)不同生產(chǎn)工藝或不同產(chǎn)品的具體情況，通過(guò)再生利用試驗(yàn)或者相似經(jīng)驗(yàn)證明可行時(shí)，工業(yè)用戶可以直接使用；當(dāng)表5中所列水質(zhì)不能滿足供水水質(zhì)指標(biāo)要求，而又無(wú)再生利用經(jīng)驗(yàn)可借鑒時(shí)，則需要對(duì)再生水作補(bǔ)充處理試驗(yàn)，直至達(dá)到相關(guān)工藝與產(chǎn)品的供水水質(zhì)指標(biāo)要求。

6 結(jié)論與展望

國(guó)內(nèi)的城市污水再生回用發(fā)展緩慢，再生水的用途范圍較狹窄，僅限于一些低端用水，如冷卻水等。上述標(biāo)準(zhǔn)中的關(guān)于工藝與產(chǎn)品用水的指標(biāo)只是針對(duì)幾種工藝的通用規(guī)定，而針對(duì)具體的工業(yè)用水，還需制定行業(yè)內(nèi)的再生水回用標(biāo)準(zhǔn)。制漿造紙行業(yè)的單位GDP耗水量居各大行業(yè)之首，地下水資源日趨匱乏，用水成本所占比例逐年上升，企業(yè)迫切需要工業(yè)用水的循環(huán)利用。

[1]張勝利.制漿造紙用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)及水質(zhì)影響[J].西南造紙,2003,(3):53-54.

[2]伏小勇,任珺,陳學(xué)明.造紙廢水灌溉對(duì)沙漠人工林土壤物理特性的影響 [J].中國(guó)造紙,2008,27(10):38-41.

[3]王立柱,王正順,孫京丹.紙機(jī)白水循環(huán)利用新嘗試[J].湖南造紙,2009,(4):33-34.

[4]劉秉鉞.造紙工業(yè)的排水、取水和節(jié)水[J].中華紙業(yè),2006,(9):8085.