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向廢紙造紙的廢水要效益

發(fā)布時間:2010-05-21     瀏覽量:2096

    “廢紙造紙廢水資源化利用關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用”提出了廢紙造紙廢水資源化利用的新模式,通過研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的廢水處理新裝備及工藝、合成新型造紙助劑對沉渣進行處理,解決了廢紙造紙廢水及沉渣資源化利用的關(guān)鍵技術(shù)問題,實現(xiàn)了廢紙造紙的節(jié)能減排和清潔生產(chǎn),開創(chuàng)了我國廢紙造紙廢水處理的新模式,已在全國56家造紙廠推廣應(yīng)用,每天共處理造紙廢水76萬噸,減少CODcr排放1140噸/天,節(jié)約纖維456噸/天,節(jié)約能耗7.2萬度/天,年創(chuàng)直接經(jīng)濟效益2.02億元,取得了良好的環(huán)境、經(jīng)濟和社會效益。

    將新聞進行到底

    “以前,一提到造紙,我們馬上就會想到水污染?!比A南理工大學教授萬金泉說,造紙工業(yè)的環(huán)境污染問題,一直以來都困擾我國造紙業(yè)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。

受環(huán)保“緊箍咒”的束縛,很多制漿造紙的生產(chǎn)線紛紛落馬?!耙平庠旒埿袠I(yè)的這一老大難問題,需要尋找新的途徑,研發(fā)新的技術(shù)?!?/FONT>

在年初的全國科技獎勵大會上,萬金泉領(lǐng)銜的“廢紙造紙廢水資源化利用關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用”,攻克了廢紙造紙廢水資源化利用的技術(shù)瓶頸,獲得2009年度國家科技獎勵大會國家科技進步獎二等獎。

    —— 背景閱讀 ——

    廢紙造紙量逐年遞增

    作為世界上造紙量最大的國家,造紙工業(yè)是我國可持續(xù)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一。隨著植物資源的短缺和對環(huán)境保護的重視,為保護森林資源,減少造紙工業(yè)對環(huán)境的污染,廢紙造紙成為造紙工業(yè)的重要發(fā)展方向,全國造紙原料中廢紙已經(jīng)占50%以上,現(xiàn)今我國廢紙造紙年產(chǎn)量超過4000萬噸,且逐年遞增。

    但令人擔憂的是,據(jù)萬教授介紹,廢紙造紙產(chǎn)生的廢水和廢水處理過程產(chǎn)生的沉渣量大,每生產(chǎn)1噸紙耗水30—60噸,廢水化學耗氧量(CODcr)負荷達1500—2500mg/L,并產(chǎn)生0.34噸的沉渣。目前,由于廢紙造紙廢水的治理工程投資大、運行能耗高、無法解決廢水循環(huán)使用過程中污染物的累積問題,難以實現(xiàn)水的長期封閉循環(huán)使用;而沉渣利用困難,只能填埋和焚燒,對環(huán)境造成污染。

    廢紙造紙污染控制技術(shù)現(xiàn)狀

    目前通用的廢紙造紙污染控制技術(shù)主要有物化處理技術(shù)和生化處理技術(shù),但它們都具有難以克服的缺陷。

    首先,物化處理技術(shù)中的沉淀池法,污染物去除率低,絮凝沉淀時間長,沉渣會厭氧發(fā)酵;淺層氣浮技術(shù)污染物去除率低,運行成本高,沉渣含大量微氣泡,濾水性差。

    另外,生化處理技術(shù)包括SBR法、Carrousel氧化溝、IC厭氧+好氧法等,它們難以實現(xiàn)對廢水中難降解有機污染有效降解,廢水循環(huán)使用后會產(chǎn)生污染物的累積。

    萬教授表示,這些技術(shù)導致大量的廢水和廢渣難以利用。廢水產(chǎn)生量大,每生產(chǎn)1噸紙耗水30—60 噸,CODcr負荷達1500—2500mg/L,“全國每年廢紙造紙產(chǎn)生的廢水量約19.8億噸,這相當于2700萬人一年的飲水量;每年由于沉渣無法回用,造成植物纖維浪費500萬噸,這相當于損失了6000萬棵成年樹?!?/FONT>

    —— 新方法 ——

    高效的“一體化”技術(shù)

    萬金泉說:“傳統(tǒng)的造紙工業(yè)廢水處理方法通常是采用單一的物化或生化處理方法,不僅投資大,而且處理效果差、運行成本高。而我們的廢水處理是高效的‘一體化’技術(shù)?!?/FONT>

    與其他技術(shù)相比,“廢紙造紙廢水資源化利用關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用”項目既可以保護環(huán)境,又可以創(chuàng)造效益。萬金泉教授說:“與國內(nèi)外技術(shù)相比,本技術(shù)投資減少20%左右,運行成本降低30%以上,難降解污染物的去除率提高20%以上,可實現(xiàn)廢紙造紙廢水的‘零排放’”。

    該項目的整體工藝可以描述為:造紙廢水經(jīng)格網(wǎng)除去較大雜物進入調(diào)節(jié)池,廢水經(jīng)調(diào)節(jié)池水質(zhì)、水量均衡后,由提升泵送至高效一體化處理設(shè)備(投加化學藥劑),經(jīng)一體化設(shè)備處理后的出水80%左右可以回用于車間,其余部分利用重力自流進入共代謝生物反應(yīng)器進行處理,處理后的水可長期循環(huán)使用,實現(xiàn)造紙廢水的零排放,物化處理產(chǎn)生的沉渣經(jīng)NHEP-30處理后回用于生產(chǎn)。

    —— 創(chuàng)新點 ——

    高效的一級物化處理裝備與技術(shù)

    萬金泉告訴記者,廢紙造紙廢水中主要污染物為細小纖維、樹脂酸、油墨、染料等,這些污染物以不溶性細小纖維、膠體物質(zhì)、溶解性的有機物和鹽的形式存在。

    通過研究廢水混凝過程,項目組提出了一種集廢水的混凝、沉淀、吸附過濾于一體的新型高效一體化物化處理設(shè)備。該工藝與國內(nèi)外同類沉淀或氣浮處理造紙廢水處理方法相比,SS、CODcr、BOD5的去除率提高20%—35%,水力停留時間縮短30%—40%,能耗降低30%以上。處理后的出水可更好地回用于生產(chǎn),降低了后續(xù)生化處理的處理量和處理負荷及廢水處理的能耗和運行成本。

    經(jīng)物化處理的出水長期循環(huán)使用后,造紙用輔料、樹脂酸等可溶性物質(zhì)會出現(xiàn)累積,對生產(chǎn)造成影響。若將物化處理出水全部經(jīng)生化處理后再使用,將會大大增加生化處理的負荷和成本。

    由于本技術(shù)高效的物化處理效果,使得采用本技術(shù)處理后的廢水循環(huán)使用后累積量較少,但當廢水的回用率超過80%,廢水中的DCS的累積量明顯增大,陰離子垃圾的富集會造成造紙機斷頭、粘網(wǎng)等,對造紙生產(chǎn)造成影響。通過20%廢水進行生化處理,不僅可以解決水中累積的DCS的影響,也可以降低后續(xù)二級生化處理的投資規(guī)模和處理成本,解決了廢水處理的經(jīng)濟性和處理效果之間的矛盾。

    碳源協(xié)同共代謝生物處理新技術(shù)

    萬金泉說:“對經(jīng)物化處理后廢水進行定性定量分析,共檢測出主要有機污染物90種,其典型污染物為鄰苯二甲酸二丁酯和二甲苯。采用傳統(tǒng)的生物方法無法實現(xiàn)該類污染物的有效降解,這是造成廢紙造紙廢水無法實現(xiàn)零排放的主要原因之一?!?/FONT>

    在這種情況下,只有通過外加碳源進行人工強化誘導微生物產(chǎn)生關(guān)鍵酶,在關(guān)鍵酶的作用下微生物才能利用該類物質(zhì),從而得到降解或轉(zhuǎn)化,最終去除。 

    針對碳源共代謝技術(shù)的特點,該項目開發(fā)了基于共代謝的厭氧、兼氧、好氧生物工藝及共代謝生物反應(yīng)器。廢水經(jīng)溢流堰進入輻射狀布水管,使廢水中有機物、共代謝碳源混合。

    由于布水管呈輻射狀均勻排列,克服了水在單一水管中流動時由于沿程阻力引起的布水不均勻性,增加了污染物和共代謝微生物的接觸時間,提高了處理效率。

    一級物化處理沉渣回用新技術(shù)

    項目研究表明,造紙沉渣組分中纖維約占72%,無機填料約占20%,其他組分占8%。沉渣中纖維與廢紙漿中的纖維相比細小纖維比例大、表面電荷含量高、負電性強,沉渣纖維仍具有一定的漿張強度,具有回用價值,但如果直接回用于生產(chǎn),則留著率低、成紙強度差,從而會造成紙機斷頭、堵網(wǎng)等問題,嚴重影響生產(chǎn)的正常進行。

    “因此必須通過添加造紙助劑以實現(xiàn)細小纖維的留著和補強才能實現(xiàn)殘渣的回用?!比f金泉說。

    而沉渣中細小纖維及無機填料含量較高會導致造紙助劑分散困難、可及度降低。因此能夠?qū)崿F(xiàn)造紙殘渣回用的助劑應(yīng)具有高電荷、粒度小、比表面積大等特點,而現(xiàn)有的造紙助劑不能夠滿足上述應(yīng)用需求。

    于是,項目組合成了納米級高電荷兩性聚丙烯酰胺(NHEP-30),經(jīng)過NHEP-30處理后沉渣中的細小纖維留著率及紙頁強度均可提高30%以上??勺鳛樵旒堅匣赜糜谏a(chǎn),實現(xiàn)資源化利用,解決了造紙廢水中固體相對環(huán)境造成的二次污染。

    —— 項目效果 ——

    廢水處理的新模式

    “該技術(shù)徹底改變了傳統(tǒng)的造紙工業(yè)廢水處理方法,造紙廠實現(xiàn)了節(jié)電、節(jié)水、節(jié)約造紙纖維,實現(xiàn)了向造紙廢水要效益。” 萬金泉說。

    與目前同類技術(shù)相比廢水處理工程的投資節(jié)省30%以上,運行費用降低40%以上,能耗降低30%以上,實現(xiàn)了廢紙造紙廢水的封閉循環(huán)和造紙廠的清潔生產(chǎn)。

    目前已在廣東、湖南、湖北、山東、黑龍江、江蘇、山西、浙江、廣西、河北、四川等省的56家造紙廠應(yīng)用,每天共處理造紙廢水76萬噸,每天減少CODcr排放1140噸,每天回收纖維456噸,通過節(jié)電、節(jié)水、節(jié)約造紙纖維等直接年創(chuàng)造經(jīng)濟效益2.02億元,近三年來累積創(chuàng)經(jīng)濟效益約5.6億元,取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。

    據(jù)估算,目前我國廢紙造紙年產(chǎn)量超過4000萬噸,現(xiàn)有以廢紙為原料的造紙廠超過1000家,這些廠家基本上沒有實現(xiàn)廢水的高效資源化利用,可見本技術(shù)具有廣闊的市場前景。

    以預期400家造紙企業(yè)使用本技術(shù)、日處理廢水約400萬噸計,通過節(jié)支一項可年創(chuàng)直接經(jīng)濟效益達12億元,而由此帶來的環(huán)境和社會效益更大。

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