張 明 戴紅旗 王為任 王 勇

(1.金東紙業(yè)股份有限公司研發(fā)中心，江蘇鎮(zhèn)江，212132；2.南京林業(yè)大學(xué)江蘇省制漿造紙科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京，210037)

·造紙水足跡·

造紙廢水回用對(duì)水足跡的影響

張 明1,2戴紅旗2王為任1王 勇1

(1.金東紙業(yè)股份有限公司研發(fā)中心，江蘇鎮(zhèn)江，212132；2.南京林業(yè)大學(xué)江蘇省制漿造紙科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京，210037)

以造紙廢水循環(huán)利用為研究對(duì)象，系統(tǒng)地分析了金東紙業(yè)造紙廢水處理的兩大系統(tǒng)，即外排廢水處理系統(tǒng)和紙機(jī)封閉循環(huán)廢水處理系統(tǒng)；同時(shí)以3#造紙機(jī)砂濾水為切入點(diǎn)，分析造紙廢水內(nèi)循環(huán)使用的系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)的應(yīng)用有效地降低了清水用量，從而減少造紙水足跡。

造紙廢水；循環(huán)利用；砂濾器；水足跡

(*E-mail:zhangming@goldeastpaper.com.cn)

造紙廠一直都是我國(guó)主要的耗水及廢水排放大戶[1]，并且造紙廢水成分復(fù)雜，可生化性差，屬于較難處理的工業(yè)廢水。要解決造紙廢水排放過(guò)多的難題，實(shí)現(xiàn)最大程度的回用是最有效的途徑之一。水循環(huán)系統(tǒng)包括有計(jì)劃的污水再生、循環(huán)和回用，這是社會(huì)進(jìn)步、技術(shù)發(fā)展、對(duì)公共衛(wèi)生危險(xiǎn)認(rèn)識(shí)提高的反映。目前廢水回用方式有很多，如白水封閉循環(huán)利用、廢水深度處理回用等，近年來(lái)砂濾法廢水處理技術(shù)得到了較廣泛的應(yīng)用。石英砂過(guò)濾器(以下簡(jiǎn)稱“砂濾器”)也叫淺層介質(zhì)過(guò)濾器，是利用石英砂作為過(guò)濾介質(zhì)，在一定的壓力下，把濁度較高的水通過(guò)一定厚度的粒狀或非粒的石英砂過(guò)濾，有效地截留除去水中的懸浮物、有機(jī)物、膠質(zhì)顆粒、微生物、氯、部分重金屬離子及嗅味等，是一種最終達(dá)到降低水濁度、凈化水質(zhì)的高效過(guò)濾設(shè)備。

Tweente大學(xué)的Hoekstra A教授為確定產(chǎn)品中“嵌入”的水含量，于2002年提出了“水足跡”的概念[2- 5]，描述人類消費(fèi)對(duì)水資源系統(tǒng)的影響。相對(duì)于實(shí)體水，水足跡是一個(gè)多維指標(biāo)，不僅可表示用水量，還可表示從原料生產(chǎn)到成品制造期及整個(gè)供應(yīng)鏈體系，以“看不見(jiàn)”的形式蘊(yùn)藏在產(chǎn)品中的“虛擬水”[6]。當(dāng)人們消費(fèi)這些產(chǎn)品時(shí)，實(shí)際上就是以一種“虛擬水”的形式使用了這些水資源。水足跡的數(shù)值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)體水量，據(jù)測(cè)算，每噸紙的實(shí)體耗水量約為5 t，而僅一張A4紙的水足跡就高達(dá)10 L[3]。

金東紙業(yè)股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱“金東紙業(yè)”)北靠長(zhǎng)江，生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水經(jīng)處理后直接排入長(zhǎng)江。為了保護(hù)長(zhǎng)江水質(zhì)，必須要對(duì)生產(chǎn)中的廢水進(jìn)行處理達(dá)標(biāo)排放，選擇合適的處理工藝和完善的日常管理才能保證排入長(zhǎng)江的生產(chǎn)廢水達(dá)標(biāo)。本文著重介紹了金東紙業(yè)兩套主要廢水處理系統(tǒng)：外排廢水處理系統(tǒng)和紙機(jī)封閉循環(huán)廢水處理系統(tǒng)。

1 外排廢水處理系統(tǒng)

金東紙業(yè)目前年產(chǎn)量超過(guò)130萬(wàn)t銅版紙；造紙排放的是白水，流量約1400 m3/h；排放水中CODCr為60 mg/L左右(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)≤100 mg/L)，懸浮物(SS)為40 mg/L左右(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)≤ 50 mg/L)，BOD5為4 mg/L左右(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)≤60 mg/L)。金東紙業(yè)廢水處理采用厭氧/好氧生物處理系統(tǒng)，外排廢水處理系統(tǒng)流程見(jiàn)圖1。圖1中1#、2#、3#分別為1#、2#、3#造紙機(jī)，APMP是化機(jī)漿生產(chǎn)線，PCC 是輕質(zhì)碳酸鈣；A池為厭氧池，O池為好氧池；生產(chǎn)廢水集中排入調(diào)勻池，實(shí)際排水指標(biāo)：CODCr為1500 mg/L，SS為1800 mg/L，BOD5為700～800 mg/L ；A池水力停留時(shí)間為55 min，O池水力停留時(shí)間為13 h。

圖1 外排廢水處理系統(tǒng)流程圖

由圖1可知，金東紙業(yè)外排廢水處理過(guò)程為：從1#、2#、3#造紙機(jī)、APMP漿線、PCC車(chē)間出來(lái)的廢水首先進(jìn)入調(diào)勻池，對(duì)各個(gè)車(chē)間的廢水進(jìn)行充分地混合，而且還可以起到調(diào)節(jié)作用，防止廢水沖擊負(fù)荷；廢水進(jìn)入初沉池首先可以去除廢水中容易沉降的大顆粒污染物；由于車(chē)間的廢水溫度較高對(duì)生化不利，所以經(jīng)冷卻塔可以將廢水的溫度降到適合生化的溫度；經(jīng)過(guò)沉淀處理后的廢水和回流污泥同時(shí)流入A 池進(jìn)行厭氧反應(yīng)，提高COD的去除率，將高分子難降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)榈头肿右妆唤到獾挠袡C(jī)物，提高BOD/COD的比值。金東紙業(yè)產(chǎn)生的廢水中氮磷含量較低，故沒(méi)有進(jìn)行A-O-A-O交替；待停留一段時(shí)間后再流入O 池內(nèi)氧化，由于微生物在厭氧和好氧的狀態(tài)下，可以篩選及馴化脫磷菌種，發(fā)揮脫磷功能。同時(shí)微生物還可利用BOD 當(dāng)作有機(jī)源，發(fā)揮一部分脫氮功能；經(jīng)過(guò)處理的廢水進(jìn)入二沉池，沉淀后上清液進(jìn)入放流池，采用潛沒(méi)排放，處理達(dá)標(biāo)的水直接排入長(zhǎng)江；污泥經(jīng)濃縮、脫水后，進(jìn)行焚燒和綜合利用。

2 紙機(jī)封閉循環(huán)廢水處理系統(tǒng)

紙機(jī)封閉循環(huán)系統(tǒng)能有效地降低造紙清水消耗量以及廢水的排放量，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。金東紙業(yè)采用世界先進(jìn)的造紙和封閉循環(huán)技術(shù)，以3#造紙機(jī)為例，該紙機(jī)主要采用砂濾器(見(jiàn)圖2)過(guò)濾，回用造紙系統(tǒng)中的廢水。

過(guò)濾器常用的濾料有石英砂、活性炭、無(wú)煙煤、錳砂等，廣泛運(yùn)用到農(nóng)業(yè)灌溉、化工、石油、冶金、工礦等行業(yè)。其中，砂濾器耐酸堿性強(qiáng)，抗污染性好，可有效去除水中的懸浮物，并對(duì)水中的膠體、鐵、有機(jī)物等污染物有明顯的去除作用。

2.1 砂濾器的特點(diǎn)

砂濾器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其特點(diǎn)包括以下幾方面。

結(jié)構(gòu)緊湊：該設(shè)備集混凝反應(yīng)、過(guò)濾、連續(xù)清洗于一體，簡(jiǎn)化了水處理工藝流程、占地面積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝操作靈活方便，同時(shí)還降低了原水處理工藝多環(huán)節(jié)的能耗和人工管理費(fèi)用，減輕了操作難度。

混凝反應(yīng)效果明顯：應(yīng)用混凝反應(yīng)機(jī)理和沉降機(jī)理，可有效地去除水中的懸浮物和膠體物質(zhì)，利于砂濾器進(jìn)一步降低出水濁度。

連續(xù)自清洗過(guò)濾：過(guò)濾介質(zhì)自動(dòng)循環(huán)，連續(xù)清洗，無(wú)需停機(jī)進(jìn)行反沖洗。

降低原水的SS含量：配合微絮凝裝置，進(jìn)水最高SS≤5000 mg/L的各種工業(yè)用水、城市生活污水、工業(yè)用水作為回用水，去除率≥90%，達(dá)到完美過(guò)濾效果。

圖2 砂濾器的結(jié)構(gòu)

圖3 砂濾器工作原理

2.2 砂濾器工作原理

砂濾器是利用一種或幾種過(guò)濾介質(zhì)，常溫操作、耐酸堿、抗氧化，pH值適用范圍為2～13的一種裝置，其工作原理見(jiàn)圖3。砂濾器系統(tǒng)配置完善的保護(hù)裝置和監(jiān)測(cè)儀表，具有反沖洗功能，能快速?zèng)_走泥垢等污染物，耗水量少，按用戶要求可設(shè)置全自動(dòng)功能。在一定壓力下，該設(shè)備使原液通過(guò)石英砂介質(zhì)的觸絮凝、吸附、截留，去除雜質(zhì)，從而達(dá)到過(guò)濾的目的。石英砂過(guò)濾精度為0.5～0.9 mm，可有效去除膠體微粒和高分子有機(jī)物，但主要用于去除水中的懸浮物。

表1 廢水處理前后對(duì)比

2.3 砂濾器處理效果

根據(jù)水樣資料，經(jīng)水質(zhì)分析，造紙廢水處理前后水質(zhì)情況見(jiàn)表1。

從表1可以看出，經(jīng)過(guò)砂濾后的造紙廢水各項(xiàng)指標(biāo)有明顯下降，已經(jīng)達(dá)到了造紙系統(tǒng)回用的標(biāo)準(zhǔn)，這些處理后的廢水將被回用于漿料漂洗、稀釋等，從而為金東紙業(yè)節(jié)約了大量的清水并減少了廢水排放，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)與環(huán)保效益的雙贏。

3 水足跡計(jì)算

3.1 廢水排放的水足跡

廢水屬于灰色水足跡(WFgrey)的范疇，因此，廢水水足跡的計(jì)算可采用公式(1)[3]。

WFgrey=Effl·Ceffl/Cmax=12000×690÷80 =103500(t/d)

(1)

式中，Effl為污水總量，t/d(外排量500 m3/h，每天的外排量為12000 m3)；Ceffl為處理前廢水中CODCr含量，mg/L；Cmax為廢水排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的CODCr最大值(80 mg/L)。

3.2 廢水回用的水足跡

根據(jù)水足跡的概念，當(dāng)廢水回用時(shí)是不產(chǎn)生水足跡的，因此，廢水完全回用時(shí)的水足跡為0。此時(shí)的水足跡只與回用比例C回用有關(guān)，見(jiàn)式(2)。

WFgrey=Effl·(1-C回用)

(2)

若按照處理后廢水95%回用，則水足跡的計(jì)算見(jiàn)式(3)。

WFgrey=21600×(100%-95%) =1080(t/d)

(3)

對(duì)比廢水排放與廢水回用的水足跡可以看出，在廢水回用時(shí)的灰色水足跡明顯減少(實(shí)際回用量900 m3/h，每天的實(shí)際回用量為21600 m3)。因此，加大廢水處理力度，實(shí)現(xiàn)廢水的高回用率，是解決造紙水足跡過(guò)高的最有效途徑之一。

4 結(jié) 語(yǔ)

目前金東紙業(yè)股份有限公司的兩套廢水處理系統(tǒng)已經(jīng)日臻成熟，廢水處理后的水質(zhì)不僅能夠滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，還有60%左右實(shí)現(xiàn)了回用(900/1400=64.28%，總出水量1400 m3/h)，從而使金東紙業(yè)噸紙清水耗量控制在 5 t 左右，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益的雙贏。

由于造紙廢水、再生水和水回用之間的關(guān)系鏈得到了人們?cè)絹?lái)越多的重視，越來(lái)越小的循環(huán)圈是可能的，這意味著廢水回用有著廣闊的發(fā)展前景。

[1] Shao Zhenyu, Shuai Xinghua, Xie Yimin, et al. Pulping & Papermaking Wastwater Treated by Biometic-Flocculent Method[J]. Paper and Papermaking, 2008, 27(4): 61. 邵震宇, 帥興華, 謝益民, 等. 仿酶絮凝法處理制漿造紙綜合廢水[J]. 紙和造紙, 2008, 27(4): 61.

[2] ZHANG Yong, CAO Chun-yu, FENG Wen-ying, et al. Advances in Pollution Control Science and Technology of China’s Paper Industry[J]. China Pulp & Paper, 2012, 31(2):57. 張勇，曹春昱，馮文英，等. 我國(guó)制漿造紙污染治理科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 中國(guó)造紙， 2012， 31(2)： 57.

[3] Hoekstra AY, Chapagain AK, Maite M Aldaya, et al. Water Footprint Manual[M]. Water Footprint Report, 2009.

[4] Wakemagel M, Rees W. Our Ecological Footprint: Reducing Human Impact on the Earth[M]. Gabriola Island, BC, Canada: New Society Publishers, 1996.

[5] Wackernagel M, Onisto L, Linares AC, et al. Ecological Footprints of Nations: How Much Nature Do They Use? How Much Nature Do They Have? [M]. Mexico: Research Centre for Sustainability Studies, Universidad Anahuac de Xalapa, 1997.

(責(zé)任編輯：董鳳霞)

Effect of Waste Water Reuse on the Water Footprint of the Paper Mill

ZHANG Ming1,2,*DAI Hong-qi2WANG Wei-ren1WANG Yong1

(1.R&DofGoldEastPaperCo.,Ltd.,Zhenjiang,JiangsuProvince, 212132; 2.JiangsuProvincialKeyLabofPulpandPaperScienceandTechnology，NanjingForestryUniversity，Nanjing，JiangsuProvince， 210037)

In this paper, the reusing of waste water in the paper mill was studied, and the two important waste water treatment processes used in the mill were analyzed. Meanwhile, the internal recycling of the wastewater treated by sand filter in PM3 machine was introduced. Thanks to the application of the two treatment processes, fresh water consumption is absolutely reduced, and resulting the fall of the water footprint.

waste water; recycle & reuse; sand filter; water footprint

張 明先生，在讀博士研究生；主要從事造紙化學(xué)品及涂布技術(shù)的研究工作。

2013- 10- 10(修改稿)

江蘇省“333高層次人才培養(yǎng)工程”資助項(xiàng)目；國(guó)家自然基金項(xiàng)目資助(項(xiàng)目編號(hào)：31270614)。

TS79

A

0254- 508X(2014)02- 0044- 03