造紙工業(yè)節(jié)水措施的探討

造紙工業(yè)節(jié)水措施的探討

1我國水資源及造紙工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀鄧節(jié)約是紙業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要因素。我國造紙工業(yè)“十五”規(guī)劃中指出:“新建廠必須采用節(jié)約用水措施,嚴(yán)格執(zhí)行國家經(jīng)貿(mào)委對(duì)用水量的新規(guī)定,廢水污染物排放量達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。老企業(yè)要大力推廣節(jié)水工藝和設(shè)備,降低用水量?！币脏囄覈且粋€(gè)“貧水國”,水資源人均占有量2100米3,約為世界人均占有量的1/4。水資源環(huán)境已成為制約我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要因素。據(jù)有關(guān)報(bào)道,2003年全國有40%城市經(jīng)常缺水,隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展,水資源供需矛盾將更加突出。以鄧造紙工業(yè)是用水大戶,排在火電、紡織之后占全國工業(yè)取水量的第3位,1999年取水量達(dá)59.3億米3。就排水的污染負(fù)荷總量來說,造紙工業(yè)大于火電及紡織業(yè),成為水域的主要污染源之一。根據(jù)國家經(jīng)貿(mào)委工業(yè)節(jié)水“十五”規(guī)劃要求,2005年造紙工業(yè)取水量應(yīng)控制在55.6億米3之內(nèi),年平均下降1.3%,這是很必要的,因此,造紙工業(yè)必須把節(jié)約用水作為持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)重要任務(wù),采取切實(shí)措施減少單位產(chǎn)品的清水用量及耗用清水總量。2造紙工業(yè)水資源污染嚴(yán)重以鄧從2000年中國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)看,縣及縣以上造紙及紙制品工業(yè)廢水排放35.3億米3,占全國工業(yè)總排放量的18.2%,其中達(dá)標(biāo)排放量僅19億米3,占造紙總排放量的53.8%,排放廢水化學(xué)耗氧量(COD)287.7萬噸,約占全國工業(yè)總排放量的40.8%,是對(duì)水資源污染最重的行業(yè)。以鄧就行業(yè)的總體而言,我國造紙工業(yè)的用水狀況仍然是高消耗、低效率、重污染,與我國水資源條件極不適應(yīng),也是行業(yè)跨進(jìn)21世紀(jì)所面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一。所以,我們必須把節(jié)水工作看作是造紙工業(yè)能否實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一件大事。企業(yè)要提高認(rèn)識(shí),強(qiáng)化管理,積極采用先進(jìn)的節(jié)水技術(shù)和裝備,認(rèn)真貫徹“節(jié)流優(yōu)先,治污為本,提高用水效率”的方針,降低清水耗用量。3鑄造產(chǎn)品的取水定額gb/t198以鄧2000年,在國家經(jīng)貿(mào)委領(lǐng)導(dǎo)下,組織制訂了《造紙產(chǎn)品的取水定額》(GB/T18196),已于2002年12月20日由國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布,并于2005年1月1日起實(shí)施。定額指標(biāo)見表1。4紙漿單位用量下降,紙紙?jiān)辖?.以鄧我國造紙業(yè)耗水量大,與造紙發(fā)達(dá)國家相比差距很大。以鄧歐洲近20多年來重視環(huán)境保護(hù)。據(jù)統(tǒng)計(jì),歐盟各國造紙工業(yè)每噸紙平均用水量從1976年的100米3下降到2000年的40米3,減少了60%,達(dá)到產(chǎn)量增加,清水用量減少,廢水污染減輕。以鄧2001年,德國造紙協(xié)會(huì)調(diào)查了100家造紙廠的用水情況,這些廠合計(jì)紙及紙板產(chǎn)量1470萬噸,占全國產(chǎn)量的82%,每噸紙的用水量從1976年的36米3下降到2000年的11.2米3。瑞典目前造紙廠的典型耗水量為:新聞紙5～15米3/噸、不含磨木漿高級(jí)紙5～10米3/噸,箱紙板和瓦楞原紙2～8米3/噸,SC紙10～15米3/噸,LWC紙10～20米3/噸。以鄧美國和加拿大近年來亦很重視節(jié)水。美國1959年每噸漂白硫酸鹽木漿耗水量240米3,至1988年下降到72米3;1992年對(duì)新建、改建的紙漿廠每噸漿設(shè)計(jì)用水量指標(biāo)下降到36米3;新聞紙廠噸紙用水量十多年前普遍在50～60米3,而目前用廢紙為原料的新聞紙廠噸紙用水量下降到20米3以內(nèi)。1996年Beak及NASCI咨詢公司對(duì)美國和加拿大25家采用封閉循環(huán)用水的大中型紙廠進(jìn)行調(diào)查,每噸紙板用水量為2.5～8米3,平均4.1米3,已有兩家達(dá)到廢水零排放。以鄧我國2000年規(guī)模以上造紙企業(yè)紙及紙板產(chǎn)量3513萬噸,縣及縣以上造紙企業(yè)排放廢水共35.3億噸,如按此推算,每噸紙的耗水量為100米3,相當(dāng)于歐洲1976年的水平,為2000年歐洲造紙業(yè)噸紙平均耗水量的2.5倍和德國的9倍。如果加上耗水量更大、污染更重的小紙廠的用水,則噸紙清水用量約達(dá)180米3,與國外同行業(yè)相比差距更大。5在保持經(jīng)濟(jì)增長的同時(shí),發(fā)展高效節(jié)水型產(chǎn)品以鄧長期以來,我國造紙工業(yè)存在企業(yè)規(guī)模小、木漿比重小、中高檔產(chǎn)品比例小和環(huán)境污染大的“三小一大”矛盾,制約了造紙工業(yè)的發(fā)展。近年來,通過不斷進(jìn)行技術(shù)改造,引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)和裝備而有所改善,并涌現(xiàn)了一批現(xiàn)代化的生產(chǎn)線,不少企業(yè)單位產(chǎn)品用水量達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平。例如,山東日照森博和廣西南寧鳳凰漂白硫酸鹽法化學(xué)木漿耗水量為45～60米3/噸漿,山東華泰、河南銀鴿漂白硫酸鹽法麥草漿的耗水量為110～130米3/噸漿,上海泛亞、福建南紙新聞紙耗水量為11～12米3/噸紙,金東(江蘇)紙業(yè)和芬歐匯川(常熟)紙業(yè)高級(jí)紙耗水量為10米3/噸紙,寧波中華紙業(yè)涂布白紙板耗水量為15.7米3/噸紙,天津市萬利天然纖維薄膜有限公司以全廢紙生產(chǎn)B級(jí)高強(qiáng)瓦楞原紙耗水量為2.8～3米3/噸紙等。以鄧但是,還有大量小型制漿造紙廠技術(shù)裝備落后,產(chǎn)品質(zhì)量較差,單位產(chǎn)品耗水量大,浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重。其中小草漿造紙廠噸紙耗水達(dá)400米3,小廢紙?jiān)旒垙S噸紙耗水達(dá)150～200米3。以致?lián)嘘P(guān)部門統(tǒng)計(jì):1999年全國漿紙綜合平均每噸產(chǎn)品的耗水量接近200米3,其中化學(xué)漿為190米3/噸,化學(xué)草漿為270米3/噸,紙及紙板為70米3/噸,與國內(nèi)先進(jìn)企業(yè)的差距很大。以鄧這充分說明了必須進(jìn)一步調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),方能使造紙業(yè)持續(xù)發(fā)展,達(dá)到節(jié)約用水和降低廢水污染負(fù)荷的目的。近十年來,各省造紙業(yè)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整已初見成效,但尚任重道遠(yuǎn),需繼續(xù)努力。例如,山東省自1995年以來,關(guān)閉了400多家小草漿造紙廠,采取集中制漿,大力發(fā)展50～130噸/日草漿堿回收,達(dá)到堿回收率70%～80%;“十一五”期間,考慮麥草收購的合理半徑和進(jìn)一步節(jié)水,原則上規(guī)劃每市保留一二個(gè)麥草漿生產(chǎn)企業(yè),生產(chǎn)印刷書寫紙和高強(qiáng)瓦楞原紙等品種。以鄧又如江蘇省,近年來大力吸收外資,促進(jìn)了造紙業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整和技術(shù)改造,關(guān)閉了幾百家污染嚴(yán)重的小紙漿造紙廠。全省現(xiàn)有造紙企業(yè)72家,2004年共生產(chǎn)紙及紙板508萬噸,企業(yè)平均規(guī)模7萬噸/年。原料用量中木漿占26.4%,廢紙占46.7%,草漿占16.9%;中高檔產(chǎn)品占80%,具有較強(qiáng)的競爭力。不少先進(jìn)企業(yè)節(jié)水效果顯著,但發(fā)展尚不平衡。該省規(guī)劃到2010年,所有以商品木漿為原料的造紙企業(yè)噸紙耗水量≤12米3,以廢紙為原料的企業(yè)噸紙耗水量≤15米3,以草漿為原料的企業(yè)噸紙耗水量≤150米3,并且全部企業(yè)都必須達(dá)標(biāo)排放。6新紙漿生產(chǎn)技術(shù)措施6.1月不同黑液提取率試驗(yàn)以鄧國外木漿的粗漿洗滌常用壓力洗漿機(jī)多臺(tái)串聯(lián)和篩選設(shè)備組成封閉的洗滌篩選系統(tǒng),以提高效率,節(jié)約用水。非木材纖維洗漿通常用鼓式洗漿機(jī)串聯(lián)逆流洗滌。新一代平面閥波紋板洗漿機(jī)用于粗漿黑液提取,3臺(tái)串聯(lián)或4臺(tái)串聯(lián)運(yùn)行,單位面積紙漿負(fù)荷:麥草漿1.8～2.2噸/米2·日,蘆葦漿、蔗渣漿2.5～3噸/米2·日;黑液提取率:麥草漿80%～85%,蘆葦漿、蔗渣漿85%～90%,黑液濃度6～9°Be′。有些草類制漿企業(yè),如山東太陽紙業(yè),在鼓式真空洗漿機(jī)之前加設(shè)擠漿機(jī),實(shí)現(xiàn)擠壓與擴(kuò)散置換洗滌相結(jié)合,對(duì)提高黑液提取率、節(jié)水和節(jié)能有良好的效果。以鄧傳統(tǒng)的粗漿洗滌和篩選是兩個(gè)獨(dú)立單元,清水分別加入各自系統(tǒng)。篩漿機(jī)是低濃常壓篩,例如CX篩進(jìn)行開式篩選。新的洗篩流程是把兩者結(jié)合起來,篩選機(jī)置于最后一臺(tái)洗漿機(jī)之前,采用中濃壓力篩進(jìn)行封閉式熱篩選,清水從最后一臺(tái)洗漿機(jī)加入,進(jìn)行逆流洗滌。見圖1。以鄧根據(jù)山東華泰、臨清銀河、武漢晨鳴、河南漯河銀鴿等紙業(yè)公司的草漿生產(chǎn)線運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),采用封閉式洗滌篩選系統(tǒng)節(jié)水效果顯著,生產(chǎn)1噸未漂風(fēng)干漿節(jié)水約60米3。包括漂白在內(nèi)的清水耗用量,據(jù)華泰紙業(yè)實(shí)測為110米3/噸漿,與傳統(tǒng)的洗、篩、漂相比,節(jié)水超過100米3/噸漿。6.2ecf葉片-干法雙漂洗漿生產(chǎn)現(xiàn)代紙漿廠的清水量,主要用于漂白系統(tǒng)的洗漿。因此合理回用各段洗漿濾液逆流使用,是漿廠節(jié)水的關(guān)鍵,同時(shí)亦可節(jié)省漂劑用量。典型的ECF三段漂白和四段漂白的漂白濾液逆流使用,使每噸漿的清水用量分別減少至16米3/噸風(fēng)干漿和14.1米3/噸風(fēng)干漿。ECF四段漂白的洗漿流程見圖2。我國近年建設(shè)的日照森博、南寧鳳凰等均采用類似流程,顯著節(jié)約了清水用量,減輕了廢水的污染負(fù)荷。7新紙利用技術(shù)措施7.1紙機(jī)節(jié)約水處理系統(tǒng)以鄧造紙機(jī)耗水量大,充分循環(huán)回用紙機(jī)白水,形成封閉循環(huán)回用水系統(tǒng)是紙機(jī)節(jié)約用水的主要技術(shù)措施。當(dāng)前現(xiàn)代化的造紙廠除了生產(chǎn)工業(yè)技術(shù)用紙和特種紙外,每噸紙的清水用量介于2～20米3之間。國外各主要紙種1971年和2000年清水用量比較見表2。7.1.1回收纖維、溢流水的過濾系統(tǒng)以鄧稀白水循環(huán)回用,必須先經(jīng)白水處理設(shè)施回收絕大部分細(xì)小纖維和填料,將固形物分離出來。分離裝置按其機(jī)理分為過濾式、沉淀式和氣浮式三種;從設(shè)置地位分,分為廠外處理和就地處理兩種。需根據(jù)產(chǎn)品種類、紙質(zhì)要求和原料品種而異。對(duì)于采用100%廢紙制造多層紙板,北美大多采用廠外處理的一級(jí)澄清池處理多余白水,沉淀的短纖維可用作芯漿配料,澄清水回用于紙機(jī)噴水,必要時(shí)還需經(jīng)小型氣浮裝置處理部分澄清水,以提高水質(zhì),使能適用于高壓噴水等。對(duì)用機(jī)械漿、化學(xué)漿或脫墨漿抄造新聞紙、印刷書寫紙等大型紙機(jī),常用多盤式過濾機(jī)回收纖維,回用于紙機(jī)配料,過濾水需再經(jīng)氣浮裝置處理后回用于封閉水系統(tǒng)。國外所謂微型紙廠(指日產(chǎn)量≤100噸),采用白水回收塔回收纖維和填料,連續(xù)回用于配漿;溢流水再經(jīng)氣浮處理,可回用于封閉水系統(tǒng)。生產(chǎn)小型固液分離設(shè)備有篩濾機(jī)(strainer)、微型過濾機(jī)(microsorter)等,篩孔為0.10～0.15毫米,常設(shè)在紙機(jī)白水循環(huán)系統(tǒng)中凈化回用水,如設(shè)在真空泵密封水前、毛布吸水箱后等。生產(chǎn)10年前,美國KADANTAES公司開發(fā)出一種稱為PetaxTM細(xì)粒過濾系統(tǒng)(finefiltrationsystem)的白水過濾裝置,是一種集圓網(wǎng)過濾機(jī)與盤式過濾機(jī)于一體的獨(dú)特裝置,已在北美風(fēng)行。其外形與圓網(wǎng)過濾機(jī)相似,網(wǎng)籠內(nèi)設(shè)有4、8、12或16個(gè)用來過濾細(xì)粒的轉(zhuǎn)盤。生產(chǎn)進(jìn)入的白水經(jīng)網(wǎng)籠過濾后,濾液經(jīng)表面有篩網(wǎng)及過濾介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)式過濾盤精濾,濾液從空心軸排入貯存槽,其1～20微米大小的細(xì)粒沉積于轉(zhuǎn)盤表面而被分離出來,使進(jìn)水固含量在高達(dá)2000毫克/升下亦能正常運(yùn)行。經(jīng)初步澄清白水固含量在100～200毫克/升,再經(jīng)此系統(tǒng)處理后,濾液的固含量通?？山抵?～20毫克/升,適于紙機(jī)網(wǎng)部高壓沖水及壓榨部噴淋水等應(yīng)用。以鄧沉積在圓盤表面的固形物經(jīng)三步清除,第一步用清除裝置刮除,第二步反沖過濾介質(zhì),第三步用高壓水沖洗過濾層表面,以保持篩網(wǎng)及濾層清潔,提高過濾效率。實(shí)際運(yùn)行的過濾效率示例如下:新聞紙白水回收塔溢流水,進(jìn)過濾機(jī)TSS為82毫克/升,出過濾機(jī)TSS為2毫克/升,過濾效率97.6%;高級(jí)紙白水回收塔溢流水,進(jìn)水87毫克/升,出水10毫克/升,過濾效率88.5%;牛皮包裝紙吸水箱吸出水,進(jìn)水142毫克/升,出水10毫克/升,過濾效率93%。7.1.2噴淋用水要求及水源以鄧紙機(jī)濕部噴淋用水水質(zhì)大致可分為三種,清水TSS<20毫克/升,氣浮澄清水或篩濾設(shè)備的過濾水TSS<100毫克/升及循環(huán)回用水TSS<200毫克/升,僅很少部位必須用清水。現(xiàn)化化紙機(jī)噴淋用水要求及水源見表3。以鄧現(xiàn)代化造紙機(jī)循環(huán)用水系統(tǒng)如圖3所示。7.1.3特點(diǎn)三—福去除水中有害物質(zhì)以鄧生產(chǎn)過程中的有害物質(zhì)來源于漿料、廢紙、膠料、填料和各種化學(xué)助劑中的非離子型、陰離子型溶解物和膠體物質(zhì)等,是微生物的良好養(yǎng)料。在紙機(jī)實(shí)現(xiàn)不同程度的封閉循環(huán)用水時(shí),有害物質(zhì)的濃度增高,加上水溫上升,會(huì)繁殖大量細(xì)菌,產(chǎn)生腐漿、泡沫和色斑等,不但影響紙機(jī)運(yùn)行性能,而且能吸附在纖維和填料上,影響纖維間的結(jié)合力和紙張白度等。水中溶解的無機(jī)鹽的濃度也會(huì)隨封閉循環(huán)程度的提高而增高,可能逐漸沉析積垢,導(dǎo)致腐蝕設(shè)備和管路、堵塞噴水孔,降低紙機(jī)運(yùn)行效率。以鄧這是紙機(jī)封閉循環(huán)水系統(tǒng)的主要問題和障礙,因此,在采用封閉循環(huán)時(shí),必須先除去此類有害物質(zhì)。當(dāng)前先進(jìn)的處理方法有以下幾種:7.1.3.甲烷氣體回收能量以鄧近年來發(fā)展的厭氧處理與好氧處理相比,能使有機(jī)物更有效地降解,所產(chǎn)生的污泥量僅為好氧處理的1/10,還可產(chǎn)生甲烷氣體回收能量。厭氧處理后隨之以好氧處理,把兩種生化處理結(jié)合起來,BOD的去除率可達(dá)95%～99%,COD的去除率亦可望達(dá)到90%,決定于化學(xué)耗氧物質(zhì)中生物可降解物質(zhì)的含量。在生化處理過程中產(chǎn)生的污泥內(nèi),可除去相當(dāng)程度的溶解的無機(jī)物,如鈣及硫酸鹽等。7.1.3.超濾和反滲透過濾以鄧膜過濾裝置可凈化生產(chǎn)過程用水或在涂料制備廢水中回收昂貴物質(zhì)如顏料、膠乳等。這種過濾膜像分子篩一樣工作,因而經(jīng)處理后的水質(zhì)決定于膜的性能。按照需要除去的粒子截面大小來分,過濾膜裝置分類如表4。以鄧過濾膜可制成各種形狀,如管式、板式或框架式、空心纖維狀、疊片或螺旋形纏繞裝置。如用超濾或反滲透,過濾膜材料亦可充填。處理造紙用水時(shí)通常采用交叉流動(dòng)原理來避免堵塞或膜上吸附膠體層,并需進(jìn)行周期性或連續(xù)清洗。對(duì)輸入的水進(jìn)行預(yù)處理,如微濾是必要的;對(duì)輸入水經(jīng)納米過濾,特別是反滲透的水常經(jīng)超濾預(yù)處理。既然輸入水經(jīng)過了預(yù)處理并定期清洗,過濾膜每隔1～5年必須更換。處理時(shí)的比電能消耗為0.5～5千瓦時(shí)/米3。通電量及過濾后的水質(zhì)取決于過濾膜的型式和輸入的水質(zhì)。COD去除率決定于大分子和膠體物質(zhì)的含量,對(duì)紙機(jī)循環(huán)水用超濾處理通常能除去COD20%～40%,但納米過濾可達(dá)90%。納米過濾或反滲透還能在一定程度上降低水中離子的含量。7.1.4廢水零排放技術(shù)以鄧在特定的條件下,高度封閉的紙機(jī)循環(huán)用水幾乎可以全部循環(huán)回用,甚至可達(dá)到零排放。也就是說每噸紙補(bǔ)充的清水量<2米3,約相當(dāng)于造紙過程中被蒸發(fā)掉的水量。以鄧?yán)?德國帕爾姆(Palm)公司2003年建的沃爾特(Worth)紙廠以100%廢紙為原料,年產(chǎn)60～150克/米2掛面紙板60萬噸。該廠位于萊茵河畔,為符合當(dāng)?shù)卣畤?yán)格的廢水排放標(biāo)準(zhǔn),決定采用零排放技術(shù)。全部生產(chǎn)過程用水經(jīng)處理后循環(huán)回用,達(dá)到每噸紙板耗用清水僅1.5米3,用于補(bǔ)充紙板烘干時(shí)的蒸發(fā)水量。污水采用厭氧—好氧和沉淀處理后回用,其規(guī)模相當(dāng)于凈化一個(gè)有百萬居民的城市污水處理廠。以鄧又如歐洲有家建于50年代的造紙廠,為了提高競爭能力并適應(yīng)當(dāng)?shù)卣找鎳?yán)格的環(huán)保要求,經(jīng)過5次技術(shù)改造,發(fā)展為用全廢紙生產(chǎn)掛面白紙板,日產(chǎn)量1200噸。生產(chǎn)過程用水實(shí)行封閉循環(huán)系統(tǒng),并經(jīng)過一級(jí)氣浮、UASB厭氧反應(yīng)器處理,再經(jīng)活性污泥處理,