环保:造纸废水及污泥综合利用技术
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摘要：造纸废水及污泥处置问题已经成为制约造纸工业发展的大问题，本研究采用高效无二次污染的净水剂处理造纸废水，不但降低处理成本，而且还可以回收利用造纸污泥，达到环保和经济双效益。
关键字：造纸废水、净水剂、污泥回收
1.背景
早在“七五”时期，我国就把造纸工业废水治理技术研究列为国家重点科研攻关项目，经过多年努力，在治理技术的研究和防治工作方面，取得了一定的紧张，但由于许多实际问题（如治理费用投资、环保管理方面等）的存在，我国造纸工业废水对水体的污染仍在加剧。据中国造纸协会对综合信息资料调查显示，2002年全国纸和纸板生产企业约有3500家，全国纸和纸板生产量3780万吨，比三年增长18.13%【1,2,3】。从数据可以看出，我国造纸业的产量逐步提高，并保持了高速度增长趋势，但与此同时，全国的造纸废水排放量也在逐年上升，2002年排放量为34.5亿吨。目前国内众多造纸厂普遍采用废纸作为原料抄纸的生产方式，在制浆过程中一般每生产1吨废纸浆，废水排放量达100-150立方米，大量的废弃物除含有塑料片、泥、沙外，还有细小的纤维素和半纤维素、木质素、油、胶粒、矿物、填料等混在废水中排入到江河中去，其废水中的SS和COD等污染指标大大高出国家规定的排放标准，严重污染环境。由此可以看出我国造纸工业的废水污染问题显得十分突出，治理任务繁重而艰巨。如何治理好废水，是目前造纸环保工作的一项重要任务【4,5】。
造纸废水的主要特点是悬浮物等非溶解性污染物含量高，其废水中的溶解性物质如：COD、BOD指标较低（相对化学制浆）。国内中、小型纸厂普遍使用一级处理即气浮、化学混凝等物化处理方式，处理后的废水回用到抄纸车间，最大限度的实现生产用水循环使用。目前废水混凝后产生的污泥（吨纸固体污泥产率达15-27kg/t，灰分含量可达40-65%），绝大多数参加均采用燃烧或填埋的方法来处理，但存在的问题很大。例如：废纸造纸污泥灰分较高，燃烧灰分高于50%的污泥是有困难的，因为有机物含量太低，要维持燃烧则要求水分含量很低，而且燃烧后的无机组分要填埋处理【6,7】；提地填埋是污泥主要处置方法之一，经固液分离后的污泥，使用脱水设备进行浓缩脱水（脱水率达35-60%）。脱水后的污泥外运到选定场所填埋，如果场地设计不当，污泥中的滤液可能污染地表水和地下水，造成环境污染。对造纸厂来岁污泥处理费用约占水处理运行费用的30-40%，所以对中、小型造纸厂而言，废水、污泥如何处理和有效利用，从经济效益和减少环境污染方面是极为重要的，它关系到企业的生存和持续发展。
传统的造纸废水处理工艺（如图1.1）
传统的处理工艺无法使造纸工业排放废水及污泥回收再利用，而且目前国内所普遍使用的碱式氯化铝和聚丙烯酰胺等传统药剂处理的造纸废水，出来的污泥易发黑、发臭，从而造成二次污染，使生态环境恶化及造成资源的浪费。因此研制来发投药量低、适应性强、絮凝效果好、废水能回用、污泥能回用抄纸的净水剂就成为亟待解决的问题【8,9,10,11】。
2.造纸废水净水剂的研究
2.1研究内容
（1）造纸废水净水剂的合成技术路线及制备原理和方法
造纸废水净水剂是一种在聚合磷硫酸铁及聚合硫酸铝铁基础上合成的新型无机高分子净水剂。虽然造纸废水净水剂是在聚合硫酸铁基础上合成的，但由于磷酸根离子介入，使两者的性能和使用pH值范围有本质的不同，下面是合成造纸废水净水剂的工艺条件简述。
（2）造纸废水污泥回用的作用机理
造纸废水净水剂是无机混凝剂，具有极强的催氧化及高效混凝功效，其在水解过程中产生大量的多核配合物，在进行废水处理时一方面起到防腐作用，另一方面通过静电中和及胶体吸附等共同作用，使废水中的胶体粒子脱稳，产生致密的凝聚实体，改善污泥回用在网部的留着和滤水性能。
（3）已达到的主要的技术指标有：
指标名称 | 指 标 |
固含量 | 65 |
氧化铝含量（%） | ≥14 |
水不溶物含量（%） | ≤0.20 |
重金属（以pb计）（mg/kg） | ≤20 |
pH（1%水溶液） | 2-3 |
运动粘度（1%水溶液，40℃，mm2/s） | -- |
表2-1技术指标
（4）已解决的技术关键问题
在制备造纸废水净水剂的时候要注意其反应时间及反应温度的控制；在污泥处理上的时候，首先在处理之前要对污泥进行预处理，为污泥回用创造条件，回用的污泥上纸机前应与良浆充分混匀。
2.2 创新点
①这个项目研制的造纸废水净水剂不但能够降低废水的出水指标，同时也是一种以废治废的环保新路线。
②该项目的生产路线中的原料是利用化工厂硫酸法制取粉的副产品亚铁铝盐，达到了二次利用的效果，充分利用了可利用资源，实现了以废治废的环保路线。
③在生产产品过程中一直都是清洁生产过程，无废气、废水及废渣等的排放，是一个环保型的研究开发路线。
④生产过程也较为简单易行，只需要进行一定的水解、聚合、浓缩及烘干等过程就能够制得产品。
2.3 采用的方法、技术路线以及工艺流程
合成造纸废水净水剂的原料是化工厂硫酸法制取粉的副产品亚铁铝盐，用强氧化剂氧化亚铁铝盐，经水解、聚合生成一定碱化度的聚合铁，在此基础上加入磷酸盐，在一定温度下反应一段时间即生成液体聚合物，经浓缩、烘干又可制得灰白色固体产品。在反应器中，根据亚铁铝盐的量加入硫酸和双氧水后在一定温度下反应5-6小时，然后定量加入磷酸盐在一定温度下反应30-60分钟即制得液体产品，液体产品在60-90摄氏度间烘干可得固体产品。在工业生产中，常常是在催化剂作用下用空气或氧气氧化亚铁铝盐，在实验室中则常采用强氧化剂直接氧化。
把强氧化剂加入亚铁铝盐溶液中将发生以下两个反应：
由于第一个反应放出的热量较大，因此，第二个反应不可避免地要消耗一部分强氧化剂，为此氧化时我们就采用在常温下把强氧化剂慢慢滴入。经过多次实验发现，当亚铁铝盐与强氧化剂摩尔比达到一定比例时，可被氧化完全。
3. 造纸废水及污泥综合利用技术的研究
3.1 造纸净水剂的研制
造纸废水的主要特点是悬浮物等非溶解性污染物含量高，其废水中的溶解性物质如：COD、BOD指标较低（相对化学制浆）。国内中、小型纸厂普遍使用一级处理即气浮、化学混凝等物化处理方式，处理后的废水回用到抄纸车间，最大限度的实现生产用水循环使用。目前废水混凝后产生的污泥（吨纸固体污泥产率达15-27kg/t，灰分含量可达40-65%），绝大多数参加均采用燃烧或填埋的方法来处理，但存在的问题很大。
与传统的废水净水剂相比，本公司研制的造纸废水净水剂不但可以处理造纸废水，还可以处理污泥污泥，让造纸工业的全过程都得到了清洁生产的保护，最终得到了全回用。
造纸废水是无机混凝剂，具有极强的催氧化及高效混凝功效，其在水解过程中产生大量的多核配合物，在进行废水处理时一方面起到防腐作用，另一方面通过静电中和及胶体吸附等共同作用，使废水中的胶体粒子脱稳，产生致密的凝聚实体，改善污泥回用在网部的留着和滤水性能。
3.2 实验方法
在同等的其他条件下，变化单一因子，确定最佳投加量、药剂和处理工艺。药剂絮凝反应使用六连搅拌器，反应一段时候之后，静置，取上层清液，测定相关数据，以CODcr、色度和SS等指标来衡量其去除效果。
3.3 研制的实验对比结果
3.4 研发过程中遇见的问题及解决办法
①药剂反应时间不够
反应时间不够会造成造纸废水净水剂没有充分合成，浪费材料，同时也影响品质。
解决办法：安装时间控制，定量投加反应材料，定时监控。
②生产造纸废水净水剂时温度过高
由于反应过程是放热反应，会使反应过程剧烈，造成焦化糊化，影响药剂的品质。
解决办法：安装温度显示器，配套冷凝设施，当温度过高时候适当在外部冷凝处理，控制反应过程在合理的温度范围内。
3.5 应用案例
2015年8月，我司在东莞某造纸厂进行造纸废水及污泥处理技术的中试，先将废水集中进入调节池，调节废水的浓度，pH值和废水污染物浓度，然后废水进入混凝槽，投加造纸废水净水剂，充分混合反应后进入一级和二级斜管沉淀池，各项指标均能达到客户的要求。系统产生的造纸污泥，经干化脱水处理后，回用处理，系统不产生二次污染。
系统运行水质情况如下表。
4 经济及社会效益分析
4.1 效益分析
主要的经济效益有：
传统的处理造纸废水的方法（也就是处理费用最低的方法）一般是利用聚铝及PAM，成本一般在0.5-0.8元之间，然而造纸废水净水剂完全可以替代传统的药剂，而且成本较传统的处理成本便宜1/3-1/4，每吨废水处理成本只需0.33-0.53元之间，同时加药方法也简单，不需要增加劳动力[12,13]。
造纸废水使用造纸废水净水剂之后，其污泥回用抄纸，平均可减少吨消耗废纸量5%，以每吨废纸800元算，则每吨成品纸可省40元成本，也就是省去了污泥填埋的费用。使用造纸废水净水剂之后的废水能达标排放，水回用或零排放，可节约用水，省去取水费和排污费，而且做到清洁生产的标准，按照《清洁生产法》可免税。同时纸机的清洁生产能延长纸机易损耗的使用寿命。
最后在环保方面，由于聚铝其它铝系净水剂的使用会在水体中残留一定量的铝，对环境造成二次污染，因此在工业废水处理中受到限制，尤其是在生活饮用水净化中，聚合氯化铝等铝系混凝剂将会随着人们环境和健康意识的提高而受影响。造纸废水净水剂是利用“以废治废、变废为宝”的原则，无二次污染，还高效地利用资源，达到废物的二次回收利用。在净水中，让人买到安全、放心[14,15,16]。
4.2.社会效益
我公司造纸废水净水剂的开发和应用，大大促进了我国造纸行业废水处理药剂的发展历程，对于我国的环保政策的落实起到了一定的作用。
①造纸废水净水剂在环保型现代社会，有完全足够的竞争力生存，通过“以废治废、变废为宝”的途径，为社会、为人类带来了巨大的财富和健康；同时也高效地达到了所谓环保、绿色型药剂的要求，是值得信赖、值得放心使用的高效混凝剂；
②安全环保，能为社会创造更多的经济效益，使用最简单的生产方法得到最好的净水剂产品；
③增加社会就业，培养锻炼了一批水处理剂研发及调试人员，促进了我国环保事业向高新技术的方向发展；
④提高我公司的知名度，使我公司向专业化和规模化的先进企业靠拢，增强我公司市场竞争力，同时也为国家的经济发展做出了一定的贡献。
5 结论
造纸废水使用造纸废水净水剂之后，其污泥回用抄纸，平均可减少吨消耗废纸量5%，以每吨废纸800元算，则每吨成品纸可省40元成本，也就是省去了污泥填埋的费用。使用造纸废水净水剂之后的废水能达标排放，水回用或零排放，可节约用水，省去取水费和排污费，而且做到清洁生产的标准，按照《清洁生产法》可免税。同时纸机的清洁生产能延长纸机易损耗的使用寿命。造纸废水净水剂的市场认同率不断提高的过程中，也代表在市场上将会有不断扩大的占有率，最终达到规模效益。我公司造纸废水净水剂的开发和应用，大大促进了我国造纸行业废水处理药剂的发展历程，对于我国的环保政策的落实起到了一定的作用。
注明：封面图片来自网络
参考文献
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汤奔，网名sanniu007。负责过净水剂生产，主管过工程和技术等部门，对高浓度废水和各种废气处理有比较丰富的经验。
2003年9月至2007年7月就读武汉科技大学本科取得环境工程学士学位；
2007年9月至2015年12月在佛山市某环保科技有限公司任副总经理，负责工程和技术；
2013年3月至2015年12月攻读华南理工大学在职研究生,取得环境工程硕士学位；
2016年1月至今任职广州市某环保科技有限公司副总经理，负责技术研发和产品推广；
，并主持协会日常工作；
2017年3月至今任百度知道环保专栏行家，帮助网友解答环保方面的疑难杂症。
期间获得荣誉：
2008年7月 佛山市禅城区科学技术奖励二等奖
2009年8月 佛山市禅城区科学技术奖励二等奖
2010年11月 佛山市禅城区科学技术奖励一等奖
2011年6月 佛山市禅城区张槎镇年度优秀党员
2011年10月 佛山市禅城区科学技术奖励一等奖
2011年10月 佛山市禅城区科学技术奖励三等奖
2012年2月 入选国家重点环境保护实用技术
2012年6月 佛山市科学技术奖励二等奖
2012年7月 佛山市人才中心年度优秀党员
2012年10月 佛山市禅城区科学技术奖励一等奖
2012年10月 入选国家星火计划
2013年7月 佛山市科学技术奖励三等奖
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