爆破制浆造纸综合废水处理工艺研究.pdf

爆破制浆造纸综合废水处理工艺研究 * 王震 1 马勇光 2 1． 郑州大学环水学院，郑州 450002;2． 河南省环境保护科学研究院， 郑州450004 摘要 爆破浆经二级挤浆提取黑液， 黑液经三效真空蒸发浓缩后， 送锅炉内燃烧， 每立方浓黑液可节煤 91. 06 kg。提取 黑液后造纸综合废水 COD 质量浓度可控制在1 250 ～ 1 450 mg/L， 经“加药沉淀 水解酸化 SBR” 工艺处理， 可使废 水 COD 排放质量浓度稳定低于100 mg/L。 关键词 爆破制浆;黑液浓缩;综合废水;生化处理 THE RESEARCH ON PROCESS OF TREATING PAPER MANUFACTURING MULTIPLIED WASTE WATER OF PULPING EXPLOSION Wang Zhen1Ma Yongguang2 1． School of Environment and Water，Zhengzhou University，Zhengzhou 450002，China; 2． Henan Academy of Environmental Protection Research，Zhengzhou 450004，China AbstractBlast pulping waste water is double squeezed to get black liquor． The black liquor then is condensed by triple effect vacuum evaporation． Afterwards it is burned in a boiler． In this way every cubic meter of black liquor saves 91. 01 kg coal． The COD of squeezed multiplied waste water is controlled from 1 250 to 1 450 mg/L．Then the water is treated with coagulation flocculation-hydrolytic acidification-SBR process，which makes the COD of the effluent be controlled under 100 mg/L． Keywordsblast pulping;condensed black liquor;multiplied waste water;biochemical treatment * 河南省环境保护厅 2007 年科技攻关项目。 0引言 随着包装 材 料 需 求 的 增 大， 再 生 包 装 纸 生 产 得到迅猛发展， 纸用纤维多次再生利用后， 最终会 使再生纸质量下降， 随之以草类为原料， 采用中压 蒸气爆破制浆生产包装纸的造纸工艺得到进一步 发展 ［1］。河南省某纸业公司现已建成日产风干浆 40 t 的 爆 破 制 浆 设 备， 年 产 C 级 瓦 楞 纸 13600t。 爆破制浆造纸废 水主 要包 括黑液、 中 段 水及 抄纸 白水。与麦草全化 学浆黑 液相比， 爆破 制 浆 造 纸 黑液呈现出挥发性有机酸高、 无机盐含量低、 固形 物含量高， 并且 59 左右固形物为半纤维素的特 点 ［2］， 无法采用碱回收 的方 法进 行 处 理［3］。该 厂 爆破制浆 工 业 化 生 产 过 程 中 吨 浆 可 溶 性 COD 产 生量为322 kg［4］， 生产 废 水 量 为3 203 m3/d， 如 果 不提取黑液， 将其混入其他废水进行综合处理， 全 厂综合废水 COD 浓度将达到4 650 mg /L， 显然 采 用常规的生 化 处理 方 式很难使出水水质 ρ COD ＜ 100 mg /L， 在企 业 现 有污水生化 处 理 设 施 条 件 下， 无法实现 GB 3544 2008制浆造纸工业水污 染物排放标准 及河南省环境管理部门对 COD 排 放浓度的限值要求。为使企业排水水质达到标准 要求， 需对该企业废水处理工艺进行优化设计， 以 实现企业排水稳定达标排放。 1爆破制浆造纸废水处理工业化试验方案设计 1. 1处理工艺流程 根据爆破制浆造纸废水水质特征， 采用制浆黑液 与中段水、 纸机白水分别处理的方式， 制浆黑液处理 工艺流程见图 1。中段水、 纸机白水等综合废水处理 工艺流程见图 2。 1. 2工业化试验设备及工艺参数 工业化 试 验 中 各 处 理 单 元 设 备、 设 计 参 数 见 表 1表 3。 02 环境工程 2011 年 12 月第 29 卷第 6 期 图 1爆破制浆黑液处理工艺流程 图 2中段水、 白水等综合废水处理工艺流程 2试验装置运行效果分析 2. 1黑液提取设备运行效果 在工业化生产条件下， 分别在一级、 二级挤浆机 进、 出口处测定样品， 分别测定浆样的含水率及可溶 性 COD 含量， 根据测得的数据， 计算二级挤浆黑液提 取率为 79 ～ 81 ， 达设计指标要求， 每天提取黑液 量为 153 m3。 2. 2黑液浓缩、 燃烧处理试验结果 黑液蒸发试验是为了将提取的黑液蒸发浓缩到 适合锅炉燃烧的浓度， 然后将黑液燃烧处理以达到降 低废水处理负荷， 同时实现黑液的资源化利用， 实现 节能减排的目的。 表 1黑液提取设备参数 设备名称螺旋直径 /mm螺距 /mm进料固形物 /出料固形物 /提取率 / 螺旋挤浆机3502112 ～ 1330 ～ 3580 ～ 84 表 2黑液三级真空蒸发浓缩设施参数 处理量 / m3h － 1 进料质量 分数 / 出料质量 分数 / 一效负压 / MPa 二效负压 / MPa 三效负压 / MPa 蒸汽消量 / t d － 1 蒸发水量 / m3d － 1 6. 46 ～ 840－ 0. 08 ～ － 0. 09－ 0. 05 ～ － 0. 06常压48 ～ 50140 表 3综合废水处理设施主要构筑物参数 名称构筑物尺寸数量参数 辐流沉淀池20 m 4. 5 m1有效水深 4 m， 表面负荷 0. 44 m3/ m2h 平流沉淀池18 m 6 m 3. 5 m2有效水深 3 m， 表面负荷 1. 27 m3/ m2h 水解酸化池8. 6 m 8. 6 m 5. 5 m4有效水深 5 m， RHT 5. 4 h， 上升流速 0. 93 m/h， COD 负荷为 0. 89 kg/ m3d SBR 池 27 m 27 m 5. 5 m2有效水深 5 m， 每周期充水比 30 ， ρ MLSS 3. 0 g/L， BOD 负荷为 0. 68 kg/ kg d 2. 2. 1黑液浓缩试验结果 黑液三效真空浓缩装置连续运行 12 d， 在工业化 生产条件下， 测试了进料浓度、 固形物含量对浓缩后 黑液固形物浓度、 蒸气消耗量的影响， 试验结果见 表 4。 表 4黑液浓缩装置试验运行情况 项目流量 / m3h － 1 温度 /℃ 密度 / g cm － 3 固形物质量分数 / 蒸气用量 / t h － 1 进料4. 5 ～ 6. 843 ～ 561. 028 ～ 1. 0436. 1 ～ 10. 0 2. 0 ～ 2. 1 出料0. 9 ～ 1. 684 ～ 011. 16 ～ 1. 2333. 2 ～ 44. 1 由表 4 可以看出 采用三效真空浓缩装置对黑液 进行浓缩时， 黑液进料温度、 固形物质量分数对出料 浓黑液的浓度影响不大， 蒸气消耗量基本稳定， 装置 运行稳定， 达到了设计要求。 2. 2. 2浓黑液燃烧试验 利用企业 现有 的 1 台 4 t/h 中压锅 炉， 4 t/h、 2 t/h的低压锅炉各 1 台进行浓黑液的燃烧试验。用 3 支内旋式不锈钢喷枪将浓黑液送入锅炉堂内燃烧， 通过计量黑液喷烧量、 温度、 质量分数， 同时观察锅炉 送蒸汽的表压， 了解锅炉蒸气产生量的变化， 判断黑 液燃烧是否对锅炉蒸气产生量造成影响。并计量浓 黑液喷烧前后锅炉用煤量的变化， 计算黑液燃烧的每 天节煤量。 经过连续 5 d 的浓黑液燃烧试验， 3 台锅炉黑液 燃烧量为 1. 51m3/h， 锅炉蒸气送汽表压没有变化， 说 明黑液燃烧后没有对锅炉产气量造成影响。黑液燃 烧前后锅炉用煤量统计结果见表 5。 由表 5 可知 黑液浓缩后送锅炉喷烧， 可有效解 12 环境工程 2011 年 12 月第 29 卷第 6 期 决爆破制浆黑液处理问题， 同时每立方米浓黑液燃烧 可平均节煤 91. 06 kg， 该企业每天可节约燃煤 3. 3 t， 实现了节能减排的目标。 表 5黑液燃烧前后锅炉用煤量统计 锅炉类别 喷烧前用煤 量 / t d － 1 喷烧后用煤 量 / t d － 1 节煤量 / t d － 1 节煤量 / kg m － 3 4 t/h 中压锅炉12 10. 851. 1587. 92 4 t/h 低压锅炉9 8. 01. 0099. 2 2 t/h 低压锅炉6 4. 851. 1587. 92 合计2723. 73. 3091. 06 2. 3综合废水处理设施运行效果 2. 3. 1黑液单独处理后， 综合废水水质变化情况 由爆破制浆工业化产污源强试验可知， 生产过程 中吨浆 COD 产生量为 332 kg， 在没有黑液提取的情 况下， 综合生产废水ρ COD 达4 650 mg/L， 经过二次 提取， 黑液浓缩燃烧后， 造纸中段水、 纸机白水等综合 废水测定结果见表 6。 由表 6 可知， 造纸黑液提取、 浓缩燃烧后， 使造纸 综合废水浓缩大幅度降低， 为综合废水的处理实现达 标排放创造有利条件。 表 6污水处理站综合废水监测结果 ρ COD / mg L － 1 ρ BOD5 / mg L － 1 ρ SS / mg L － 1 色度 / 倍 2 270600684250 2 290620638200 1 690430675250 1 610410654250 1 350360759200 1 330360670200 2. 3. 2综合废水处理设施运行效果 由污水处理站进水综合废水监测结果可知， 废水 ρ BOD5 /ρ COD 约为 0. 25， 可生化性较差， 在试验 研究过程中强化了现有的水解酸化设施， 在现有的水 解酸化池中部增加了 200 型弹性填料， 填料间距 400 mm， 填料层高度 3 m。另外根据 SBR 反应池 DO 的变化情况， 对 SBR 池的运行参数进行优化调整， 经 过 25 d 的调试运行， 污水处理设施运行稳定， 综合废 水处理效果见表 7。 表 7综合废水处理设施运行监测数据 处理单元名称ρ COD / mg L － 1 ρ BOD5 / mg L － 1 色度 /倍ρ SS / mg L － 1 污水处理设施进水1 250 ～ 1 450360 ～ 580200 ～ 250620 ～ 785 收浆和辐流沉淀池出水浓度938 ～ 1012305 ～ 435120 ～ 160290 ～ 360 去除率 / 25 ～ 3015 ～ 233653 ～ 62 平流沉淀池出水浓度750 ～ 860256 ～ 34864 ～ 80140 ～ 195 去除率 / 15 ～ 208 ～ 125045 ～ 50 水解酸化池出水浓度447 ～ 492168 ～ 25640 ～ 4588 ～ 91 去除率 / 40 ～ 4225 ～ 3035 ～ 4436 ～ 42 SBR 池 出水浓度87. 0 ～ 96. 927 ～ 3232 ～ 4026 ～ 31 去除率 / 80 ～ 8282 ～ 8865 ～ 74 由表 7 可知， 经过 25 d 的连续运行， 污水处理设 施出水水质ρ COD 在 87. 0 ～ 96. 9 mg/L， ρ BOD5 在 27 ～ 32 mg/L， ρ SS 在 26 ～ 31 mg/L， 满足了排放 标准中相关浓度的限值， 实现了爆破制浆生产废水的 稳定达标排放。 3结论 1 爆破制浆经过二级挤浆提取黑液， 黑液提取 率可达 79 ～ 81 ， 提取黑液后， 爆破制浆造纸综合 废水ρ COD 可控制在1 250 ～ 1 450 mg/L， 可有效地 降低了污水处理负荷。 2 提取的黑液经过三级真空蒸发浓缩后， 浓黑 液固形物含量可达 40 ， 送锅炉燃烧后， 每立方浓黑 液可节煤91. 06 kg， 企业每天可节约用煤3. 3 t。 3 提取黑液后综合废水， 经过采用“加药沉淀 水解酸化 SBR” 处理工艺处理后， 排放废水水质可 稳定达 GB35442008 中要求， 实现了 COD 排放质量 浓度小于100 mg/L的目标。 参考文献 ［1］武书彬． 造纸工业水污染控制与治理技术［M］． 北京 化学工业 出版社， 2001． ［2］王震， 马勇光． 爆破制浆造纸黑液处理工艺研究［J］． 环境工 程， 2010， 28 3 33- 35． ［3］杨学富． 制浆造纸工业废水处理［M］． 北京 化学工业出版社， 2001． ［4］王震， 原保群． 爆破制浆工业化生产产污源强研究［J］． 环境工 程， 2008 S1 54- 56． 作者通信处王震450002郑州市金水区文化路 97 号郑州大学环 水学院 E- mailwangzhen65 zzu． edu． cn 2011 － 04 － 01 收稿 22 环境工程 2011 年 12 月第 29 卷第 6 期