減少造紙廠廢水排放對環(huán)境的影響

1、歐洲造紙廠如何減少廢水排放對環(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、污染來源及對環(huán)境造成的影響。提出了一系列節(jié)約用水的措施。重點介紹了造紙廠廢水處理的三級處理方法, 特別是對生物處理法作了詳細介紹。在環(huán)境日益變化的今天, 企業(yè)在創(chuàng)造經(jīng)濟效益的同時要有環(huán)境與社會責任, 這一點變得越來越重要,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)對其進行密切監(jiān)視以確保污染被恰當?shù)靥幚?。從廢氣的排放、水的處理、化學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差別的紙, 那么需經(jīng)常清洗系統(tǒng), 耗水量相對較大。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。越來越嚴格的法規(guī)使紙廠面對著更大的壓力, 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: 一級處理, 去除大部分固體懸浮物如纖維和無機顆粒, 同時也去除大的

4、惰性固體; 二級生物處理, 去除可溶有機物, 從而降低廢水生物負荷, 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);三級處理, 包括廢水的深度處理, 確保廢水達到排放或回用標準。將廢水送去污水處理廠處理的紙廠所花費的排污費取決于廢水的流量及負荷。這是用Mogden公式計算的, Mogden公式根據(jù)廢水的體積及強度計算費用,并且遵從地區(qū)差異。一些工廠通過把一級處理后的廢水送去污水處理廠處理來降低排污費, 因為這種廢水降低了有機負荷并清除了數(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, 對排放到水體的任何點源廢水會有排放限制

5、以確保其不會對自然生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負面影響。在綜合污染預防與控制條款下,紙廠會有一個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)級別, 需要對水進行化學及生態(tài)參數(shù)的分析, 然后設(shè)定水質(zhì)的改進目標。對魚群數(shù)目或微生物種群等因素也要進行分析, 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體數(shù)目的變化可預示水環(huán)境的變化。排放廢水中高濃度的BOD和COD會降低河流中的溶解氧含量, 導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。這一降解有機物的能力稱為河流的自凈能力。當超過河流自凈能力時, 水體就會被污染。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)管機構(gòu)將給它規(guī)定一個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固體對接受水體是最有害的, 因為這些有機固體易于沉淀在靜止區(qū), 導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物會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物, 這

7、些固體懸浮物對水質(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有嚴重的毒性,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是未知的。紙廠廢水中另一重要因素是色度。高色度廢水會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。紙廠廢水一般氮濃度較低, 然而在二級處理段為了降低活性污泥系統(tǒng)中的廢水負荷, 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。若相對于已有的微生物, 營養(yǎng)物添加量過多時, 高濃度的氮和磷會被排入水體。這會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, 進一步降低河流的溶解氧濃度。5􀀁 減少廢水對環(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, 這樣會降低排放超標的風險。降低紙廠耗水量也具有很大的經(jīng)濟效益, 因為它減少了資金支出: 處理入水(如果水源是地表水或地下水) 的費用, 泵水的費用和系統(tǒng)維護及廠內(nèi)廠外處理費用。減少用水量也可保證紙廠對水的供應(yīng)。干旱地區(qū)的紙廠在旱災時如果減少20% 的用水量也會持續(xù)得到

9、水的供應(yīng)?？梢酝ㄟ^以下措施降低噸紙耗水量: 標示并修理所有泄漏管道;嚴防溢出或漏干;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沖洗量; 調(diào)整設(shè)備(如紙機噴嘴的數(shù)目和型號) ; 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), 取代手動軟管; 改進白水存儲罐, 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, 因為它可以篩除任何污染物。反滲透也已經(jīng)被證明可成功去除小的無機離子, 處理后的水可用作鍋爐冷卻水。采用化學沉降、蒸汽機械再壓縮和冷凍結(jié)晶也可實現(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流失, 這意味著廢水必須在排放前進行處理。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中所列的化學品在使用時不被控制, 廢水中的COD會增加, 會使廢水生物處理車間的負荷增加, 導致廢水難以處理。當機器不運轉(zhuǎn)或不需要化學品時, 關(guān)閉化學品給料器可減少非纖維化學品的流失。對其他領(lǐng)域也應(yīng)注意, 如確保最佳的化學品以恰當?shù)姆绞绞褂? 泵按工作要求正確地分類, 按照化學品的需求量調(diào)整泵的速度

12、和變化幅度, 適時地檢查系統(tǒng)和例行維護, 確保機器正常有效地運行。當紙的等級和顏色發(fā)生變化以及系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)故障時, 廢水處理設(shè)施( ETP) 會產(chǎn)生高負荷和高流量。這種情況可以通過調(diào)整生產(chǎn)計劃使相似產(chǎn)品依次生產(chǎn)或者集中小訂單進行生產(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􀀁 嚴格控制ETP確保ETP有效運行并及時注意其變動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,紙廠不但能嚴格服從排放標準, 而且還能降低成本。5.3.1􀀁 一級處理送往ETP的廢水流量和負荷會因所生產(chǎn)的產(chǎn)品不同而產(chǎn)生變動。廢水處理車間所接受的水會有大的變化, 一種

13、有效處理這些變化的方法是采用一個足夠大的平衡罐。這就確保了ETP連續(xù)接受相似濃度的廢水流, 從而提高一級處理的效率, 保護生物處理系統(tǒng)免受任何流量沖擊。其毒性、高流量、負荷的變化以及pH值都可以在一級處理前被平衡罐緩沖。有人認為, 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。確保一級處理去除最佳數(shù)量的固體物質(zhì), 這意味著會減少二級生物處理段的處理負荷。為了分離固體(在使用重力沉淀池的情況下),會增加助凝劑和絮凝劑以及空氣攝入和浮選化學藥品(在使用浮選沉淀池的情況下) 用量。一級處理的目的是去除所有大的固形物, 同時降低了廢

14、水的BOD 和COD 濃度。這可通過篩選、沉淀、溶解空氣浮選法( DAF ) 和乳膠分解法來實現(xiàn)(見表2)。表2􀀁 一級處理的類型一級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。進行懸浮物分離試驗以確定去除固體的最佳化學品用量；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。進行懸浮物分離實驗以確定去除固體的最佳化學品用量; 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, 從而降低負荷。5.3.2􀀁 二級生物處理盡管紙廠二級生物處理可以采用好氧和厭氧的方式進行, 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。為確保活性污泥系統(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物生長和繁殖, 有必要“浪費”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。有人認為, 活性污泥需要的最佳溶解氧量為12mg/L。這是一個細菌生長所必需的氧量。F：M比率是“食物”數(shù)量( BOD 負荷) 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ETP 的處理進程是重要的。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增加排放到

17、水體中營養(yǎng)物的濃度并造成負面影響。與懸浮生長系統(tǒng)有關(guān)的問題包括: 污泥膨脹:當二沉淀池中的污泥沉降性能較差時, 會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ETP有“沖擊”負荷時以及當混合液固體懸浮物濃度(MLSS-活性污泥固體物含量) 高時出現(xiàn)。這些問題可以由一些不同因素產(chǎn)生, 但是監(jiān)控進入廢水的特性(尤其是pH 值、負荷、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、的因素包括當進入廢水與回流活性污泥和營養(yǎng)物混合時會出現(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間, 使反應(yīng)充分進行。( 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。死細胞被脫落而帶走, 這一過程對廢水處理非常重要。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), 溫度對附著生長系統(tǒng)也很重要, 因為溫度會影響像蠕蟲和蠅類這樣的微型無脊椎動物的產(chǎn)生。在冬季, 微型無脊椎動物的活性降低, 此時細菌和原生動物是不受影響的。細菌分泌的黏液的積累會導致濾器堵塞。保持廢水有恒定的溫度可緩解這個問題。附著生長系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問題一般與堵塞有關(guān)。為防止細菌的過度生長, 必需調(diào)整負荷和廢水量。表4給出了最優(yōu)的限額。表