造纸废水工艺及发展展望MIA

造纸废水工艺及发展展望姓名：学号：专业：环境工程（学）指导老师：目录一、造纸废水基本概念及污染现状定义成分及特点污染现状二、造纸废水的主要来源传统造纸工艺流程图造纸废水的主要来源三、目前主要工艺流程及实例分析七种工艺三个例子四、各工艺经济分析与评价经济分析与评价五、展望及发展趋势参考文献一、造纸废水基本概念及污染现状造纸废水是指造纸工业使用木材、稻草、芦苇、破布等为原料，经高温高压蒸煮而分离出纤维素，制成纸浆。在生产过程中及最后排出原料中的非纤维素部分成为造纸黑液。•定义•污水成分黑液…纤维素挥发性有机酸含硫化合物木质素酚类化合物二噁英不饱和脂肪酸消耗DOCOD高泡沫多纤维悬浮物色度高臭味排放量大碱度大•污水特点兰州“百美纸业”造纸企业向黄河支流排污致河流“泛红”造纸厂污染废水直排洞庭湖•污染现状据统计我国大小型的造纸厂多大一万多家每年的污水排放量达到40多亿立方米占全国污水年排放量的10%占全国工业废水年排放量的15%-20%造纸废水中的化学耗氧量COD每年排放量约占全国排放废水中COD总量的40~45%.总的来看，中国造纸业目前正处于由传统工业向现代工业转变的特殊时期，与传统的英美国家相比，我国造纸存在以下一些现象和问题：产业现代化起步较晚技术水平低下生产效率低原料结构不合理污染严重消耗大生产装备落后二、造纸废水的主要来源•传统的造纸生产工艺流程图图1传统造纸工艺流程图①原料清洗（大颗粒）②过滤处理、循环利用①碱性试剂（使木质素及其水溶性物质溶出）②黑液（碱性废水）①CEH三段漂白（有机氯化物产生）②二级生物化学处理方法（厌氧、好氧及兼氧联合处理）①化学试剂和纤维素②过滤法处理回收•造纸废水的主要来源备料工段废水化学制浆工段废水纸浆漂白工段废水造纸过程中的白水高得率制浆废水废纸浆车间废水废纸浆车间废水①经济、容易处理的纤维原料②解决造纸技术资源短缺问题③工业废水（悬浮物含量高）④物理化学降解高得率制浆废水①半化学半机械制浆②有效地防止木材中的木素和纤维素在煮沸的过程中被破坏（纤维素的利用率很高，能够满足各种纸张的使用要求，得到迅速发展）③污染较少（原料的清洗、化学试剂处理纤维素所残留的物质、筛选）④浓度很高（好氧和厌氧两级生化处理）三、目前主要工艺流程及实例分析好氧处理：•活性污泥法•SBR•生物絮凝沉淀工艺•水解-接触氧化工艺•生物吸附降解工艺•氧化沟•……新技术：•人工湿地技术•Fenton氧化法•磁化处理技术•超临界水氧化技术•新型光催化技术•生物酶技术厌氧处理：•厌氧生物滤池•UASB升流式厌氧污泥床•厌氧流化床•厌氧附着膜膨化床•……表1好氧、厌氧及二者结合处理技术对比•水解酸化-UASB-SBR处理工艺•水解酸化-好氧-Fenton氧化工艺•人工湿地处理工艺常用工艺选择：㈠水解酸化-UASB-SBR处理工艺•吉林省辉南县辉发城造纸厂该工厂始建于1980年，2001年转制为私营企业。主要产品为瓦楞原纸和黄板纸，年生产能力为40000吨，年销售收入6000万元，年利税400万元。该厂厂区占地面积6000m2，建筑面积1500m2，现有员工300人。该厂现有一套6000m3的污水处理站，同时兼有一套4000m3的中水回用系统，目前外排污水2000m3，废水COD在400mg/kg左右，仅仅满足《纸浆造纸工业污染物排放标准》（GB3544-2001）的要求。2008年6月国家环境保护部发布了《纸浆造纸工业污染物排放标准》（GB3544-2008），代替GB3544-2001，新标准要求现有纸浆造纸企业执行更为严格的排放标准。为了进一步减少环境污染、实现企业的可持续目标，造纸业污水处理系统面临着迫在眉睫的升级改造的问题。图2辉发城造纸厂生产工艺流程图图3原有污水处理及回用水工艺流程厌氧微生物进行厌氧发酵，使后续有良好的可生化性高浓度污水混凝剂、吸附作用（PAC、PAM）活性污泥28h1.1h40h16.3h含固率达30%以上含水率降至70%以下图4辉南县辉发城造纸厂水平衡图来自于辉发城原有污水处理站处理后的污水，污水水质如下：根据《纸浆造纸工业污染物排放标准》（GB3544-2008），下图为企业污水排放限值要求：在选择合适的污水处理工艺之前，我们需要考虑到以下几个方面：预期出水指标处理规模投资费用运行费用先进的污水处理工艺自然资源地形/地址/水文/气象远期发展工艺流程1)效率高，池内厌氧、好氧交替进行，净化效果好；2)运行稳定，污水沉淀时间短；3)耐冲击负荷；4)有效控制活性污泥膨胀，具有良好的脱氮除磷效果；5)处理设备少，便于操作和维护管理；6)构造简单,利于废水处理厂的扩建和改造；7)工艺流程简单，布置紧凑，造价低，占地面积小。1)自动化控制要求高，自动控制系统必须运行可靠；2)对操作人员技术水平要求较高；3)间歇周期运行带来曝气、搅拌、排水、排泥等设备利用率不高，增加了设备费用和装机容量；4)周期较长，池容和排水设备较大；5)水位变化大，水泵扬程较高。SBR的优缺点：优点缺点1)可生化性好，水解停留时间短；2)耐冲击负荷能力；3)运行稳定，受外界气温影响较小；4)无恶臭，水解池对污水的pH适应范围广，为5-10；5)污泥产量低，无污泥膨胀问题，能够有效地保证出水水质；6)具有一定的脱氮除磷功能；7)占地面积小，运行费用低；8)用于水解的细菌是一种兼性菌种，易培养。1)如果设计或运行不当，填料可能堵塞；2)布水、布气不易均匀；水解-接触氧化法的优缺点：优点缺点图5辉发城造纸厂升级改造工艺流程图设备简单，控制溶解氧、水温、pH值、污泥浓度、COD、液面高度；工作周期为12h絮凝剂：PAC、PAM20min9h2.5h4h表2SBR反应器和絮凝沉淀池处理效果表3污水处理站升级前后废水排放情况㈡水解酸化-好氧-Fenton氧化工艺某制浆造纸厂生产原料主要为废纸箱和杨木片，产品为箱板纸、瓦楞纸、文化纸及木浆。企业现有处理能力为6000m3/d的废水处理厂，随着废水排放标准的提高，企业对部分生化出水进行回用，剩余部分进行深度处理。造纸制浆废水经两级生化处理后，出水可生化性仍较差且色度较高。Fenton反应产生的羟基自由基氧化能力很强，具有反应迅速、易于控制、处理效率高、无二次污染等优点，特别适用于高色度、难生物降解废水的处理。深度处理采用Fenton氧化—两级絮凝沉淀工艺，出水可达标排放。Fenton试剂•1894年首次研究表明，H2O2在Fe2+离子的催化作用下具有氧化多种有机物的能力，过氧化氢与亚铁离子的结合即为Fenton试剂。Fenton试剂具有极强的氧化能力，特别适用于某些难生物降解的或对生物有毒性的工业废水的处理上。当pH为3～7时，上述络和物变成：(10)2[Fe(H2O)5OH]─→[Fe(H2O)8(OH)2]+2H2O(11)[Fe(H2O)8(OH)2]+H2O─→[Fe2(H2O)7(OH)3]+H3O(12)[Fe2(H2O)7(OH)3]+[Fe(H2O)5OH]→[Fe3(H2O)7(OH)4]+2H2OFenton试剂所具有的这种絮凝沉淀功能是其降解COD的重要组成部分。反应迅速温度、压力适用缓和无二次污染图6废水处理工艺流程图格栅间脱水机房污泥浓缩池清水池一级絮凝沉淀系统Fenton池二沉池曝气池水解酸化池初沉池斜网过滤集水池废水回用营养盐二级絮凝沉淀系统净水剂H2O2滤液排泥上清液外排硫酸铝PAM石灰污泥回流剩余污泥泥饼外运进水COD为1720～4430mg/L进水SS为1316～2414mg/L出水COD为67～98mg/L出水SS为21～29mg/LCOD降为950～2500mg/LSS降为155～297mg/LCOD平均为370mg/LSS平均为56mg/L5h22h含水率98%脱水后含水率75%表4设计进出水水质（出水COD为67～98mg/L出水SS为21～29mg/L）㈢人工湿地技术•江苏射阳双灯纸业（芦苇湿地人工湿地系统）江苏双灯纸业建造的人工湿地是以芦苇湿地植物和射阳丰富的滩涂资源为主体，造纸废水经厂内生化预处理后，流入滩涂湿地生态处理场，对苇田进行灌溉，并充分利用芦苇湿地植物的新陈代谢作用、地表系统自然净化功能、土地吸收和吸附作用，对厂内生化预处理后的废水进行深度处理。该厂建造的人工湿地系统包括氧化塘系统、芦苇田系统和灌排系统三部分。经实验证明，该系统对各项污染理效率均较高，SS去除率达到70%～96%，COD为80%～96%，BOD为83%～98%。双灯纸厂日产纸53吨，日产生废水1.5万吨，年产废水540万吨，废水组成及水质、水量如下表所示。表5废水组成及水质、水量情况表6四种废水处理工艺技术经济对比针对废水的特性，以设计废水处理量540万m3/a，对四种常用工艺进行技术经济比较如下表如下：图7芦苇湿地人工湿地系统蒸煮成浆塘系统①塘系统②调节池提升泵房排水沟苇田入海闸灌溉渠提升泵房收集塘酸析抄纸漂白洗浆挤浆机纤维清水①浓黑液碱木素焚烧酸析液白水漂白水洗浆水纤维回收N、P清水②苇田尾清水③暴雨径流与洗盐尾水射阳河口表7人工湿地系统处理效果表8人工湿地技术优缺点分析管理缺位或进水预处理系统故障进水负荷远远超过设计要求湿地系统失效和超标排放大多属于表面流型存在占用面积大负荷冲击耐受能力低污染物去除能力差夏季容易产生臭味系统本身被污染我国造纸企业建造的人工湿地系统存在的问题及缺点：四、三种工艺经济分析与评价表9三种工艺经济分析综合处理工艺效益分析社会效益分析促进企业发展增强企业的知名度为企业树立良好的社会形象增强企业在国内外的竞争力增强企业的社会责任感经济效益分析污水排放达到排放标准节省大量的排污费用环境效益分析大量消减COD对周围水质保护起重要作用改善周围环境质量促进社会和谐发展对土壤的影响1、造纸废水不含有毒的重金属，采用次氯酸盐漂白产生的AOX在进入苇田时的质量浓度仅为1.9mg/L（国家造纸工业水污染排放标准规定的是9mg/L）2、污水中的有机物90%为腐殖质，可以改善土壤，促进植物生长监测显示，稳定塘和污灌后苇田土壤中的ρ(Na+)和ρ(Cl-)下降，N、P和有机物质量浓度上升，有助于生态系统的良性循环和提高土地生产力。人工湿地法效益分析对水体的影响1、被沿海的大堤包围，构成了一个封闭的水系，造纸废水只在稳定塘和苇田内部循环，避免了对地面水环境的影响2、对外围谁提的监测显示，其水体水质无明显变化。射阳沿海地区为淤涨型滩涂，土壤的间隙率小，防渗性好对芦苇生长的影响根栽实验，对其生根、发芽、生长进行研究，结果表明，造纸废水灌溉的芦苇比起河水灌溉的芦苇，密度提高11.5%，株高提高9.3%，株径提高13.2%，成株最大叶片之长宽积提高26.0%，产量提高80.9%。对丹顶鹤等珍稀鸟类栖息的影响栖息正常，鸟类种群数量稳定，已观察到11目63种鸟类，其中属国家一级保护动物丹顶鹤越冬数量达到15-100只，冬季雁鸭种群稳定在万只以上。五、展望及发展趋势造纸制造工艺和设备的改进：(1)进一步提高洗涤和澄清能力,使用无元素氯漂白和全无氯漂白技术，从根本上消除了氯化物存在，实现了生产的清洁化。(2)尽可能多地回收纤维。(3)加强化学品生产商和设备制造者之问的密切协作，生产过程中采用高浓度技术，减少生产用水量，提高化学药品的利用率，间接地减少了污染物的排放。(4)提高废水的封闭循环能力。造纸废水处理新技术：磁化处理技术（国内晨鸣集团）超临界水氧化技术（欧、美、日已运行/国内刚起步）新型光催化技术（实验室小试阶段）生物酶技术（白腐菌产漆菌、防酶催化缩合技术）磁化处理技术磁现象是一种普遍存在的物理现象，水在外力作用，通过磁场作切割磁力线运动时，水体内就产生了电流、电位差等物理变化，水中产生电荷、电位会改变废水本身以及包含在水中的其他物质的状态和性质，只要不是非绝对纯净的水(如造纸废水属于有一定导电性能的非绝缘物质)，都可以不同程度地被磁化，化水处理技术能够减少极性有机物活性点与药剂分子的碰撞屏障，提高水处理过程中的反应速度和反应程度。国内晨鸣集团应用了磁化处理技术，设计“