減少造紙廠廢水排放對(duì)環(huán)境的影響

1、歐洲造紙廠如何減少廢水排放對(duì)環(huán)境的影響Reducing the Environmental Impact of European Paper Mills Water Effluent摘要: 介紹了歐洲造紙廠水的使用、處理、排放、污染來源及對(duì)環(huán)境造成的影響。提出了一系列節(jié)約用水的措施。重點(diǎn)介紹了造紙廠廢水處理的三級(jí)處理方法, 特別是對(duì)生物處理法作了詳細(xì)介紹。在環(huán)境日益變化的今天, 企業(yè)在創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)要有環(huán)境與社會(huì)責(zé)任, 這一點(diǎn)變得越來越重要,造紙企業(yè)也不例外。目前, 歐洲生產(chǎn)的83% 的漿、紙來自于那些遵守環(huán)境管理體系( EMS) 的工廠,這說明EMS是有助于紙廠降低環(huán)境影響的重要工具。為

2、了達(dá)到EMS的要求, 企業(yè)必須遵守任何與其服務(wù)相關(guān)的法規(guī)。造紙廠也不例外, 而且許多區(qū)域都在此范圍內(nèi)有大量潛在的污染源, 應(yīng)對(duì)其進(jìn)行密切監(jiān)視以確保污染被恰當(dāng)?shù)靥幚?。從廢氣的排放、水的處理、化學(xué)品的使用到廢物的產(chǎn)生, 都有越來越多的法規(guī)需要紙廠來遵守。1、 紙廠水的使用漿紙工業(yè)是歐洲第二大耗水大戶, 紙廠用水主要取自地下水, 還有地表水如運(yùn)河、湖泊、水庫和河流, 英國大部分紙廠的用水取自地表水。紙廠的耗水量因所生產(chǎn)產(chǎn)品不同而不同, 如果一家紙廠生產(chǎn)大量不同顏色或等級(jí)差別的紙, 那么需經(jīng)常清洗系統(tǒng), 耗水量相對(duì)較大。有些紙的生產(chǎn)并不需要回用的白水多么潔凈, 有些甚至能在形成封閉水系統(tǒng)的環(huán)境中生產(chǎn),

3、 紙廠用水不僅用于紙機(jī)生產(chǎn),也可作冷凝水和鍋爐用水。2、水的處理紙廠的廢水必須經(jīng)過處理才能排放到水體中, 可以由紙廠直接處理, 也可以由污水處理廠處理。越來越嚴(yán)格的法規(guī)使紙廠面對(duì)著更大的壓力, 紙廠必須有廢水處理的最佳可行技術(shù)。紙廠排放的廢水中BOD、COD及固體懸浮物( SS)含量都很高。各紙廠廢水因生產(chǎn)紙種不同而異, 但大體包括: 10100 kg總固體懸浮物( TSS) /t紙; 540 kg COD /t紙; 230kg BOD/t紙。廢水處理可以在廠內(nèi)廢水處理車間處理, 也可以在廠外的污水處理廠處理。廠內(nèi)處理可分成: 一級(jí)處理, 去除大部分固體懸浮物如纖維和無機(jī)顆粒, 同時(shí)也去除大的

4、惰性固體; 二級(jí)生物處理, 去除可溶有機(jī)物, 從而降低廢水生物負(fù)荷, 可以采用好氧和厭氧處理(后者在漿紙廠廢水處理中較少使用);三級(jí)處理, 包括廢水的深度處理, 確保廢水達(dá)到排放或回用標(biāo)準(zhǔn)。將廢水送去污水處理廠處理的紙廠所花費(fèi)的排污費(fèi)取決于廢水的流量及負(fù)荷。這是用Mogden公式計(jì)算的, Mogden公式根據(jù)廢水的體積及強(qiáng)度計(jì)算費(fèi)用,并且遵從地區(qū)差異。一些工廠通過把一級(jí)處理后的廢水送去污水處理廠處理來降低排污費(fèi), 因?yàn)檫@種廢水降低了有機(jī)負(fù)荷并清除了數(shù)量可觀的固形物。3、向水體排放在大多數(shù)情況下, 經(jīng)過處理的廢水將排入河流、海洋、湖泊或者水庫。一般情況下, 對(duì)排放到水體的任何點(diǎn)源廢水會(huì)有排放限制

5、以確保其不會(huì)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響。在綜合污染預(yù)防與控制條款下,紙廠會(huì)有一個(gè)PPC 許可, 規(guī)定了被允許排放的特定參數(shù)的最大值, 包括: 溶解氧( DO )、pH 值、TSS、溫度、流量、總氧化氮、氨氮、磷酸鹽。4、廢水的環(huán)境影響英國境內(nèi)的河流都被政府部門監(jiān)控以保證水質(zhì)。為了確定河流的水質(zhì)級(jí)別, 需要對(duì)水進(jìn)行化學(xué)及生態(tài)參數(shù)的分析, 然后設(shè)定水質(zhì)的改進(jìn)目標(biāo)。對(duì)魚群數(shù)目或微生物種群等因素也要進(jìn)行分析, 以確保河流未因污染物排放而被污染。物種的種類和每一物種個(gè)體數(shù)目的變化可預(yù)示水環(huán)境的變化。排放廢水中高濃度的BOD和COD會(huì)降低河流中的溶解氧含量, 導(dǎo)致水生植物和魚群資源枯竭。水體中溶解氧的存在

6、使得微生物可降解一定數(shù)量的流入水中的廢物。這一降解有機(jī)物的能力稱為河流的自凈能力。當(dāng)超過河流自凈能力時(shí), 水體就會(huì)被污染。高濃度的BOD 和COD 意味著微生物將需要大量溶解氧來降解有機(jī)物。如果紙廠將廢水直接排入河流而不是送入污水處理廠處理, 那么監(jiān)管機(jī)構(gòu)將給它規(guī)定一個(gè)BOD和(或) COD 特別排放限值, 以保證河流的自凈能力不被破壞。紙廠未處理廢水中都含有固體粒子和有毒物質(zhì)?？沙恋淼挠袡C(jī)固體對(duì)接受水體是最有害的, 因?yàn)檫@些有機(jī)固體易于沉淀在靜止區(qū), 導(dǎo)致其累積并使這一區(qū)域變得缺氧。與好氧生物降解不同, 厭氧微生物降解有機(jī)物會(huì)釋放出甲烷和硫化氫。固體懸浮物中含有可以被微生物降解的有機(jī)物, 這

7、些固體懸浮物對(duì)水質(zhì)外觀也有影響, 使水變得渾濁并影響光線透過。漿紙廠排入河流的廢水一般不會(huì)有嚴(yán)重的毒性,但廢水中有些成分可能是高毒性的, 如樹脂酸、不飽和脂肪酸和氯代酚, 由于它們對(duì)魚類有毒性, 所以高濃度的此類物質(zhì)是不允許被排放到水體中的; 盡管如此, 它們的累積效果有時(shí)是未知的。紙廠廢水中另一重要因素是色度。高色度廢水會(huì)有較差的外觀并招致河流的其他用戶或者公眾的投訴。另外, 高色度也會(huì)阻礙光線的透過而影響水生植物的生長。高濃度的氨不利于魚類的生長, 尤其是在氧濃度低時(shí)。紙廠廢水一般氮濃度較低, 然而在二級(jí)處理段為了降低活性污泥系統(tǒng)中的廢水負(fù)荷, 微生物需要營養(yǎng)物的供應(yīng)。這些營養(yǎng)物在漿紙廠廢

8、水中是沒有的,需要向里添加。若相對(duì)于已有的微生物, 營養(yǎng)物添加量過多時(shí), 高濃度的氮和磷會(huì)被排入水體。這會(huì)使已有高濃度氮的河流產(chǎn)生富營養(yǎng)化問題, 使水藻迅速增殖并覆蓋水面, 進(jìn)一步降低河流的溶解氧濃度。5􀀁 減少廢水對(duì)環(huán)境的影響5.1􀀁 水的用量首先要降低廢水的排放量和濃度, 使廢水易于處理, 這樣會(huì)降低排放超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。降低紙廠耗水量也具有很大的經(jīng)濟(jì)效益, 因?yàn)樗鼫p少了資金支出: 處理入水(如果水源是地表水或地下水) 的費(fèi)用, 泵水的費(fèi)用和系統(tǒng)維護(hù)及廠內(nèi)廠外處理費(fèi)用。減少用水量也可保證紙廠對(duì)水的供應(yīng)。干旱地區(qū)的紙廠在旱災(zāi)時(shí)如果減少20% 的用水量也會(huì)持續(xù)得到

9、水的供應(yīng)?？梢酝ㄟ^以下措施降低噸紙耗水量: 標(biāo)示并修理所有泄漏管道;嚴(yán)防溢出或漏干;在軟管上安裝觸發(fā)器;在設(shè)備上安裝流量閥和流量表以監(jiān)控水的消耗;合理安排生產(chǎn)使變化幅度更小以減少?zèng)_洗量; 調(diào)整設(shè)備(如紙機(jī)噴嘴的數(shù)目和型號(hào)) ; 盡可能回用紙廠其他區(qū)域的冷卻水; 盡可能回用紙廠其他區(qū)域白水(通過安裝過濾器和篩子改進(jìn)白水質(zhì)量,使可以利用的白水量增加) ; 在壓緊的密封壓蓋處使用澄清水或使用機(jī)械壓蓋; 用真空泵密封系統(tǒng),以最大限度地減少用水量, 如盡可能使用澄清白水;為凈化罐槽安裝就地凈化 (CIP) 系統(tǒng), 取代手動(dòng)軟管; 改進(jìn)白水存儲(chǔ)罐, 提高其能力, 并提高固體和纖維的去除率;回收處理過的廢水

10、。減少紙廠的泵水量可節(jié)省資金, 降低能耗, 減少碳排放。紙廠降低用水量的根本辦法是形成全封閉水系統(tǒng)。封閉水系統(tǒng)可確保事故排水(如溢流或泄漏)對(duì)廢水排放有較小的影響。再有, 不同紙廠的零排放( ZLE) 技術(shù)也不同。制造瓦楞芯紙的工廠利用物理分離和生物處理達(dá)到零排放。已證明, 膜法水處理技術(shù)在制造掛面紙板的工廠得到成功應(yīng)用, 因?yàn)樗梢院Y除任何污染物。反滲透也已經(jīng)被證明可成功去除小的無機(jī)離子, 處理后的水可用作鍋爐冷卻水。采用化學(xué)沉降、蒸汽機(jī)械再壓縮和冷凍結(jié)晶也可實(shí)現(xiàn)零排放。2001年的調(diào)查顯示, 60% 的紙廠降低耗水量主要原因是由于受法律的約束, 而在1995年這一數(shù)字只有21% 。這一數(shù)字

11、的增長說明, 法律在紙廠日常運(yùn)行中越來越重要。5.2􀀁 廢水濃度降低被處理廢水的濃度或負(fù)荷也意味著廢水排放可以被更有效地控制。在紙廠流失的不僅僅是纖維,其他物質(zhì)如填料、殺菌劑和助留劑也會(huì)流失, 這意味著廢水必須在排放前進(jìn)行處理。表1給出了一些在造紙生產(chǎn)中使用的非纖維添加劑。如果表1中所列的化學(xué)品在使用時(shí)不被控制, 廢水中的COD會(huì)增加, 會(huì)使廢水生物處理車間的負(fù)荷增加, 導(dǎo)致廢水難以處理。當(dāng)機(jī)器不運(yùn)轉(zhuǎn)或不需要化學(xué)品時(shí), 關(guān)閉化學(xué)品給料器可減少非纖維化學(xué)品的流失。對(duì)其他領(lǐng)域也應(yīng)注意, 如確保最佳的化學(xué)品以恰當(dāng)?shù)姆绞绞褂? 泵按工作要求正確地分類, 按照化學(xué)品的需求量調(diào)整泵的速度

12、和變化幅度, 適時(shí)地檢查系統(tǒng)和例行維護(hù), 確保機(jī)器正常有效地運(yùn)行。當(dāng)紙的等級(jí)和顏色發(fā)生變化以及系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)故障時(shí), 廢水處理設(shè)施( ETP) 會(huì)產(chǎn)生高負(fù)荷和高流量。這種情況可以通過調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃使相似產(chǎn)品依次生產(chǎn)或者集中小訂單進(jìn)行生產(chǎn)來降低這種影響。表1、造紙生產(chǎn)中使用的非纖維添加劑5.3􀀁 嚴(yán)格控制ETP確保ETP有效運(yùn)行并及時(shí)注意其變動(dòng)可以確保排放的廢水在控制之內(nèi)。提高廢水處理設(shè)施的性能,紙廠不但能嚴(yán)格服從排放標(biāo)準(zhǔn), 而且還能降低成本。5.3.1􀀁 一級(jí)處理送往ETP的廢水流量和負(fù)荷會(huì)因所生產(chǎn)的產(chǎn)品不同而產(chǎn)生變動(dòng)。廢水處理車間所接受的水會(huì)有大的變化, 一種

13、有效處理這些變化的方法是采用一個(gè)足夠大的平衡罐。這就確保了ETP連續(xù)接受相似濃度的廢水流, 從而提高一級(jí)處理的效率, 保護(hù)生物處理系統(tǒng)免受任何流量沖擊。其毒性、高流量、負(fù)荷的變化以及pH值都可以在一級(jí)處理前被平衡罐緩沖。有人認(rèn)為, 平衡罐應(yīng)該有能容納將近12 24 h 流量的體積。廢水經(jīng)過一級(jí)處理可去除固體物質(zhì), 降低了廢水的BOD和COD濃度。確保一級(jí)處理去除最佳數(shù)量的固體物質(zhì), 這意味著會(huì)減少二級(jí)生物處理段的處理負(fù)荷。為了分離固體(在使用重力沉淀池的情況下),會(huì)增加助凝劑和絮凝劑以及空氣攝入和浮選化學(xué)藥品(在使用浮選沉淀池的情況下) 用量。一級(jí)處理的目的是去除所有大的固形物, 同時(shí)降低了廢

14、水的BOD 和COD 濃度。這可通過篩選、沉淀、溶解空氣浮選法( DAF ) 和乳膠分解法來實(shí)現(xiàn)(見表2)。表2􀀁 一級(jí)處理的類型一級(jí)處理的類型最佳操作方式篩選確保篩的清潔并保證沒有堵塞； 經(jīng)常維護(hù)確保篩的有效使用溶解空氣浮選法添加助凝劑/絮凝劑來增加固體物的去除。進(jìn)行懸浮物分離試驗(yàn)以確定去除固體的最佳化學(xué)品用量；確保最佳空氣飽和量；保持上流速度在510 m /h之間；確定刮刀最佳速度,保證最少量的水被污泥帶走沉淀添加助凝劑和/或絮凝劑來增加固體物的去除。進(jìn)行懸浮物分離實(shí)驗(yàn)以確定去除固體的最佳化學(xué)品用量; 保持上流速度在16m/h左右; 確保污泥被有效分離未處理的涂布廢水會(huì)使

15、廢水處理車間產(chǎn)生較大問題, 所以應(yīng)該保持此類廢水不被混合, 直至其負(fù)荷降低?？梢酝ㄟ^添加助凝劑, 如硫酸鋁來破碎這些乳化物并使固體沉淀, 從而降低負(fù)荷。5.3.2􀀁 二級(jí)生物處理盡管紙廠二級(jí)生物處理可以采用好氧和厭氧的方式進(jìn)行, 但是大部分英國紙廠都采用好氧系統(tǒng)。主要有2種類型: 懸浮生長系統(tǒng)(如活性污泥法、序批式反應(yīng)器、氧化溝)； 附著生長系統(tǒng)(如生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤)。工廠大部分采用活性污泥法。為確?；钚晕勰嘞到y(tǒng)獲得最大效率, 重要的是了解并根據(jù)溶解氧、污泥齡、食物與微生物量的比率來調(diào)節(jié)。由于生物反應(yīng)器內(nèi)的微生物利用廢水中的有機(jī)物生長和繁殖, 有必要“浪費(fèi)”一定量的微生物。

16、這被稱作剩余活性污泥,并且這與留在反應(yīng)器內(nèi)的微生物數(shù)量相聯(lián)系, 從而產(chǎn)生了污泥齡。有人認(rèn)為, 活性污泥需要的最佳溶解氧量為12mg/L。這是一個(gè)細(xì)菌生長所必需的氧量。F：M比率是“食物”數(shù)量( BOD 負(fù)荷) 與微生物量的比值。F：M 比率取決于生物處理的方式和污泥齡。了解F：M的最優(yōu)比率及污泥齡對(duì)ETP 的處理進(jìn)程是重要的。表3給出了不同生物處理方法的F+M 比率和污泥齡。表3􀀁 對(duì)不同生物處理方法的F：M比率和污泥齡生物處理系統(tǒng)中加入營養(yǎng)物使微生物保持健康。氮和磷最佳加入量:m ( BOD ) ：m (N )：m ( P) = 100：5：1。超劑量加入氮和磷會(huì)增加排放到

17、水體中營養(yǎng)物的濃度并造成負(fù)面影響。與懸浮生長系統(tǒng)有關(guān)的問題包括: 污泥膨脹:當(dāng)二沉淀池中的污泥沉降性能較差時(shí), 會(huì)造成固體懸浮物流出沉淀池并可能被排放到河流中。這一般是由于絲狀菌的出現(xiàn)或絮狀物間保持過量的水造成的。污泥上浮: 可以由反硝化產(chǎn)生的氣泡上升并攜帶污泥造成。起泡沫: 通常由一種稱為諾卡氏菌的絲狀菌引起。一般當(dāng)ETP有“沖擊”負(fù)荷時(shí)以及當(dāng)混合液固體懸浮物濃度(MLSS-活性污泥固體物含量) 高時(shí)出現(xiàn)。這些問題可以由一些不同因素產(chǎn)生, 但是監(jiān)控進(jìn)入廢水的特性(尤其是pH 值、負(fù)荷、流量) 很重要, 加入最佳量的營養(yǎng)物和氧, 并確保回流活性污泥、污泥齡、F+M 比率即能滿足要求。其他要注意

18、的因素包括當(dāng)進(jìn)入廢水與回流活性污泥和營養(yǎng)物混合時(shí)會(huì)出現(xiàn)缺氧區(qū), 要確保廢水在充氣罐和澄清池中有足夠的停留時(shí)間, 使反應(yīng)充分進(jìn)行。( 1) 附著生長系統(tǒng) 附著生長系統(tǒng)由可使微生物膜生長的介質(zhì)組成,廢水噴過或慢慢流過它的頂部。死細(xì)胞被脫落而帶走, 這一過程對(duì)廢水處理非常重要。與懸浮生長系統(tǒng)相似, 附著生長系統(tǒng)也需要恒定的食物和氧氣的供應(yīng), 溫度對(duì)附著生長系統(tǒng)也很重要, 因?yàn)闇囟葧?huì)影響像蠕蟲和蠅類這樣的微型無脊椎動(dòng)物的產(chǎn)生。在冬季, 微型無脊椎動(dòng)物的活性降低, 此時(shí)細(xì)菌和原生動(dòng)物是不受影響的。細(xì)菌分泌的黏液的積累會(huì)導(dǎo)致濾器堵塞。保持廢水有恒定的溫度可緩解這個(gè)問題。附著生長系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問題一般與堵塞有關(guān)。為防止細(xì)菌的過度生長, 必需調(diào)整負(fù)荷和廢水量。表4給出了最優(yōu)的限額。表