有關(guān)造紙廢水污染治理現(xiàn)狀及改進(jìn)策略

郭靜嫻

(山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院,山東 濟(jì)南 250100)

0 引言

造紙廢水一般是指在制漿造紙工藝中所產(chǎn)生的廢水,具有較強(qiáng)的污染性甚至一定的有害性,主要污染物質(zhì)包括懸浮物、BOD、COD以及有毒物質(zhì)等,廢水主要包括煮廢液、漂白廢液、染色廢液、洗滌廢液以及紙機(jī)白水等。不同廢水所包含的污染物質(zhì)和有毒物質(zhì)不同,可以反映出造紙廢水污染成分的復(fù)雜性。而成分復(fù)雜的造紙廢水處理起來(lái)也具有較大的難度,造紙廢水的回收利用度較低,需要對(duì)其進(jìn)行多層多次處理才能夠達(dá)到相應(yīng)的排放或者是再利用標(biāo)準(zhǔn)。基于造紙廢水污染治理的難度,更應(yīng)當(dāng)提高對(duì)造紙廢水處理的重視程度,既需要認(rèn)識(shí)到當(dāng)前造紙廢水污染處理好的一面,也需要認(rèn)識(shí)到當(dāng)前較為嚴(yán)峻的造紙廢水污染情況,從而推動(dòng)廢水處理技術(shù)和工藝流程的持續(xù)創(chuàng)新與優(yōu)化。

1 造紙廢水污染治理現(xiàn)狀

造紙廢水排放量在全國(guó)工業(yè)廢水總排放量中占大頭,是我國(guó)水污染的重要污染源。因?yàn)槲覈?guó)具有較為龐大的紙制品需求市場(chǎng),造紙量絕對(duì)規(guī)模較大,所產(chǎn)生的造紙廢水排放量也比較高。全國(guó)制漿造紙污水排放總量占全國(guó)總污水排放量的10%～15%左右[1]。2022年,造紙廢水排放總量為31.8億噸,全國(guó)工業(yè)廢水排放總量為221.1億噸,造紙廢水排放總量占全國(guó)工業(yè)廢水排放量的14.4%,廢水排放量為全國(guó)工業(yè)廢水排放量的第二位。而造紙廢水中所含COD,造紙廢水COD含量168.2萬(wàn)噸,占比33.0%,為第一位序,說(shuō)明造紙行業(yè)的污染較高。而隨著綠色經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,相關(guān)污水排放標(biāo)準(zhǔn)、廢水處理技術(shù)逐漸完善,我國(guó)造紙廢水治理也從單純的廢水凈化處理發(fā)展到了廢水處理再循環(huán)利用的階段,并且進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用階段,在先進(jìn)造紙廢水技術(shù)的支持下,部分造紙廢水能夠得到有效處理,并且循環(huán)利用流入新的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域,極大地推動(dòng)著綠色造紙行業(yè)的發(fā)展。

2 國(guó)內(nèi)常用的三種造紙廢水處理方法

2.1 廢水初級(jí)處理

廢水初級(jí)處理方法指的是運(yùn)用物理或者是化學(xué)方法,對(duì)造紙廢水進(jìn)行最基礎(chǔ)、相對(duì)簡(jiǎn)單的處理,以去除造紙廢水中大部分的懸浮物、沉淀物以及油脂等,對(duì)于廢水中無(wú)有毒物質(zhì)、無(wú)其他有機(jī)物和化學(xué)成分的廢水而言有較大作用[2]。廢水初級(jí)處理,可以分為四個(gè)步驟:第一,過(guò)濾。利用物理方法來(lái)過(guò)濾大顆粒的懸浮物;第二,沉淀。將造紙廢水儲(chǔ)存在沉淀池,利用重力沉降或者是化學(xué)方法凝聚懸浮物、沉淀物和油脂的方式,使得造紙廢水與沉淀后的顆粒狀物質(zhì)相分離;第三,調(diào)節(jié)pH 值。在造紙廢水沉淀池中加入酸堿調(diào)節(jié)劑來(lái)解決廢水酸堿度不平衡的問(wèn)題;第四,氧化。利用氯氣、次氯酸鈉、氫氧化鉀等成分制成的氧化劑來(lái)對(duì)廢水中難以溶解的有機(jī)物和污染物進(jìn)行化學(xué)氧化,將污染物分解成可以消耗和分解的二氧化碳、水和無(wú)害物質(zhì)等,實(shí)現(xiàn)造紙廢水的初級(jí)處理。

2.2 廢水生化處理

廢水生化處理方法是一種基于生物反應(yīng)器的污水處理方法,主要是通過(guò)微生物的代謝作用來(lái)降解和轉(zhuǎn)化造紙廢水中的有機(jī)物。廢水生化處理技術(shù)基本上能夠去除造紙廢水中大部分的污染物,經(jīng)過(guò)廢水生化處理后的造紙廢水基本上都能夠達(dá)到相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)。主要步驟包括:第一,進(jìn)流水預(yù)處理,對(duì)進(jìn)入和流出生化反應(yīng)器的廢水進(jìn)行預(yù)處理,通常是使用廢水初級(jí)處理方法來(lái)減少進(jìn)流水中的顆粒物和污染,以避免堵塞和污染廢水生化反應(yīng)器;第二,污泥處理。通過(guò)濃縮脫水將造紙廢水中的污泥分解出來(lái);第三,廢水生化反應(yīng)器運(yùn)轉(zhuǎn),利用活性污泥法、生物膜法等來(lái)降解微生物,從而將造紙廢水中的有害有機(jī)物轉(zhuǎn)化成無(wú)害物質(zhì);第四,將分解出來(lái)的污泥回收,通過(guò)特殊處理和研制可以將其作為生產(chǎn)肥料或燃料的原料,以實(shí)現(xiàn)循環(huán)再利用。

2.3 廢水深度處理

廢水深度處理是當(dāng)前造紙廢水處理最潔凈、最有效、水平最高的一種高級(jí)處理方式,能夠有效地去除造紙廢水中的各種污染物質(zhì),包括有機(jī)物、無(wú)機(jī)物、有毒物質(zhì)和懸浮物,可以通過(guò)深度處理還原水質(zhì),達(dá)到更高的污水處理標(biāo)準(zhǔn)。主要的深度處理技術(shù)包括:第一,生物處理技術(shù),利用微生物實(shí)現(xiàn)生物吸附、生物轉(zhuǎn)化,從而將造紙廢水中難以處理的各種微生物物質(zhì)進(jìn)行有效處理;第二,膜技術(shù),利用超濾膜、納濾膜等膜來(lái)分離、過(guò)濾造紙廢水中的有機(jī)物、重金屬有害物、微生物等物質(zhì);第三,高級(jí)氧化技術(shù),利用臭氧、過(guò)氧化氫、高紫外光催化氧化等方式來(lái)有效地去除造紙廢水中的BOD、COD等,從而有效地降解造紙廢水中的有機(jī)物與色度;第四,離子交換技術(shù),利用離子交換樹(shù)脂的方式來(lái)去除造紙廢水中的離子,通過(guò)陽(yáng)離子、陰離子交換以及混合交換的方式來(lái)去除廢水中所包含的重金屬離子以及硫酸鹽、硝酸鹽離子等。

3 造紙廢水污染治理的優(yōu)化策略

3.1 廢水厭氧處理后產(chǎn)生沼氣循環(huán)利用

厭氧處理具有較為顯著的優(yōu)勢(shì),能夠較大程度上分解消除造紙廢水中的各種污染物質(zhì),因此需要合理運(yùn)用廢水厭氧反應(yīng)器的廢水處理工藝,優(yōu)化廢水厭氧反應(yīng)器的運(yùn)行系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)高濃度有機(jī)廢水的高效高質(zhì)量處理[3]。例如,可以運(yùn)用內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器來(lái)處理造紙廢水,優(yōu)化厭氧處理的效率,切實(shí)有效地提高造紙廢水厭氧反應(yīng)器的運(yùn)行效能和廢水污染治理效能。利用內(nèi)循環(huán)厭氧處理器,結(jié)合沼氣提純技術(shù)和循環(huán)利用技術(shù),將造紙廢水流入內(nèi)循環(huán)廢水厭氧處理器處理后流入沼氣池,通過(guò)脫硫、碳、水后提純形成天然氣,輸送到工廠車間和市政天然氣管網(wǎng)絡(luò),以實(shí)現(xiàn)造紙廢水高效處理和循環(huán)利用。將造紙廢水經(jīng)內(nèi)循厭氧處理器處理后,將清潔水排出,將污水儲(chǔ)存在厭氧罐,將產(chǎn)生的沼氣再輸送到沼氣穩(wěn)壓柜,而后將沼氣進(jìn)行脫硫、脫碳處理,達(dá)標(biāo)后調(diào)壓、計(jì)量,形成可以燃燒的清潔氣體進(jìn)入其他行業(yè),作為能源燃料使用,延長(zhǎng)造紙廢水處理的供應(yīng)鏈。

3.2 新型膜材料和膜技術(shù)的組合與搭配應(yīng)用

膜技術(shù)在造紙廢水處理中發(fā)揮著重要作用,當(dāng)前也是我國(guó)造紙廢水處理最主要和最普及的處理技術(shù)之一。因此,需要推動(dòng)膜技術(shù)的創(chuàng)新,推廣和應(yīng)用新型膜材料與膜技術(shù)[4]。首先,需要應(yīng)用和推廣各種高效的新型膜材料,例如:無(wú)機(jī)陶瓷膜,這種膜當(dāng)前應(yīng)用不夠廣泛,但是已經(jīng)顯現(xiàn)出較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì),對(duì)造紙廢水黑液進(jìn)行過(guò)濾和分離處理,出水COD降低60%以上,并且無(wú)機(jī)陶瓷膜還能夠攔截和過(guò)濾75%以上的木質(zhì)素;在聚丙烯腈膜的基礎(chǔ)上適當(dāng)添加殼聚糖,以此來(lái)形成全新的納濾膜,可以用來(lái)處理造紙工廠作業(yè)形成的機(jī)械漿廢水,過(guò)濾40%以上的鈉離子;氧化石墨烯膜,能夠過(guò)濾造紙廢水中70%的鈣鎂離子以及54%以上的硫酸根離子,并且具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性,可以長(zhǎng)期使用,在成本上也具有一定的優(yōu)勢(shì),可以通過(guò)以上幾類新型膜材料來(lái)制備新過(guò)濾膜,以有效地提升造紙廢水過(guò)濾處理的效用。

3.3 利用好氧生物處理法對(duì)污水進(jìn)行深加工處理

好氧生物處理技術(shù)和厭氧處理技術(shù)同屬于生物處理技術(shù),應(yīng)當(dāng)對(duì)好氧生物處理技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新,改進(jìn)和優(yōu)化好氧處理工藝,對(duì)造紙制漿產(chǎn)生的廢水和污水進(jìn)行處理[5]。對(duì)造紙廢水好氧處理技術(shù)進(jìn)行改進(jìn),首先應(yīng)當(dāng)要改進(jìn)和優(yōu)化曝氣方式,更新曝氣器設(shè)備和支持技術(shù),利用更加先進(jìn)的供氣式低壓射流曝氣器、倒傘形曝氣器等設(shè)備來(lái)進(jìn)行自動(dòng)化曝氣處理,從而有效地優(yōu)化曝氣方式。在先進(jìn)的設(shè)備支持基礎(chǔ)上,還需要將具有好氧生物物質(zhì)的造紙廢水排入曝氣池,利用先進(jìn)的曝氣設(shè)備對(duì)廢水中的各種污染物做分區(qū)處理,以提高造紙廢水處理的效率,支持氧化技術(shù)的實(shí)施,在曝氣池中融入更多氧氣,從而實(shí)現(xiàn)好氧處理,更高效地降解各種好氧生物,有效地提高造紙廢水處理的效率。

3.4 優(yōu)化高得率制漿工藝中解離處理方法

高得率制漿工藝能夠從根本上降低造紙廢水中包含的有機(jī)物和有害物質(zhì)等,在高得率制漿的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)利用有效的制漿處理方法來(lái)對(duì)各種原料進(jìn)行處理。優(yōu)化高得率制漿工藝中解離處理方法,應(yīng)當(dāng)選擇效率較高和質(zhì)量較高的制漿工藝,從CTMP、SCMP、APMP、P－RC等眾多高得率制漿工藝中,客可以選擇CTMP的方法,先將造紙制漿所用的纖維原料用化學(xué)藥品完全浸透,使得化學(xué)雜質(zhì)達(dá)到一個(gè)飽和狀態(tài),而后再將纖維原料放入機(jī)械,進(jìn)入機(jī)械磨漿環(huán)節(jié)。而后,將該環(huán)節(jié)產(chǎn)生的制漿廢水進(jìn)行至少兩級(jí)生化處理,比如采用與附近化學(xué)漿廠耦合運(yùn)行的方式,利用熱泵對(duì)造紙廢水進(jìn)行蒸發(fā)濃縮處理,而后將處理后的制漿廢水并入化學(xué)制漿黑液堿回收生產(chǎn)線,從而有效地處理高費(fèi)率制漿所產(chǎn)生的殘留化學(xué)物質(zhì)、有機(jī)物、細(xì)小纖維等物質(zhì),實(shí)現(xiàn)高效的廢水處理。

3.5 造紙白水的處理和回收實(shí)用技術(shù)

造紙白水并不是達(dá)到可排放標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)純凈的水,其中仍然包含了大量污染物,需要對(duì)其進(jìn)行切實(shí)有效的處理,優(yōu)化多圓盤(pán)過(guò)濾工藝、氣浮處理工藝以及二級(jí)生物處理工藝等,從而有效地提高造紙白水處理與回收再利用效率。例如,在利用多圓盤(pán)過(guò)濾工藝處理造紙白水時(shí),可以應(yīng)用多圓盤(pán)真空過(guò)濾機(jī),通過(guò)機(jī)內(nèi)循環(huán)的方式來(lái)過(guò)濾和處理造紙白水,過(guò)濾和回收造紙白水中所包含的細(xì)小纖維和填料。其次,還應(yīng)當(dāng)優(yōu)化造紙白水淺層氣浮的處理工藝,在造紙白水中加入絮凝劑,利用淺層氣浮設(shè)備,可以將造紙白水中的SS去除率從70%提升到90%～98%,具有非?？捎^的效果。而造紙白水的二級(jí)生物處理工藝,主要是通過(guò)厭氧處理和好氧處理方法的結(jié)合,形成厭氧＋好氧的二級(jí)生化處理流程,以實(shí)現(xiàn)造紙白水的有效處理。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述,造紙工業(yè)會(huì)產(chǎn)生較多的廢水,給環(huán)境帶來(lái)較大的負(fù)擔(dān),為了順應(yīng)“十四五”規(guī)劃的發(fā)展要求,建設(shè)綠色經(jīng)濟(jì)體系,應(yīng)當(dāng)大力推動(dòng)造紙廢水治理體系的優(yōu)化,創(chuàng)新應(yīng)用造紙廢水處理技術(shù),以有效地提升造紙廢水治理效能,為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的綠色健康發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨著造紙技術(shù)和造紙工藝的改進(jìn)與優(yōu)化,造紙廢水污染程度在一定程度上下降,但是仍然表現(xiàn)出較為嚴(yán)重的污染形勢(shì),仍然需要投入大量時(shí)間精力去處理造紙廢水,以應(yīng)對(duì)造紙規(guī)模不斷擴(kuò)大而帶來(lái)的廢水污染情況。因此,需要大力推動(dòng)各種造紙廢水污染處理技術(shù),加速完善廢水處理循環(huán)利用的供應(yīng)鏈,推動(dòng)廢水循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化和標(biāo)準(zhǔn)化,針對(duì)性改進(jìn)各種造紙廢水處理技術(shù),以推動(dòng)造紙廢水中各種懸浮物、生化需氧量、化學(xué)需氧量以及其他有毒物質(zhì)污染物的凈化,促進(jìn)造紙工業(yè)的綠色化轉(zhuǎn)型升級(jí)。