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)大學江蘇省制漿造紙科學與技術(shù)重點實驗室，江蘇南京，210037)

·造紙水足跡·

造紙廢水回用對水足跡的影響

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)大學江蘇省制漿造紙科學與技術(shù)重點實驗室，江蘇南京，210037)

以造紙廢水循環(huán)利用為研究對象，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)和紙機封閉循環(huán)廢水處理系統(tǒng)；同時以3#造紙機砂濾水為切入點，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主要的耗水及廢水排放大戶[1]，并且造紙廢水成分復雜，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多的難題，實現(xiàn)最大程度的回用是最有效的途徑之一。水循環(huán)系統(tǒng)包括有計劃的污水再生、循環(huán)和回用，這是社會進步、技術(shù)發(fā)展、對公共衛(wèi)生危險認識提高的反映。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，近年來砂濾法廢水處理技術(shù)得到了較廣泛的應用。石英砂過濾器(以下簡稱“砂濾器”)也叫淺層介質(zhì)過濾器，是利用石英砂作為過濾介質(zhì)，在一定的壓力下，把濁度較高的水通過一定厚度的粒狀或非粒的石英砂過濾，有效地截留除去水中的懸浮物、有機物、膠質(zhì)顆粒、微生物、氯、部分重金屬離子及嗅味等，是一種最終達到降低水濁度、凈化水質(zhì)的高效過濾設(shè)備。

Tweente大學的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]，描述人類消費對水資源系統(tǒng)的影響。相對于實體水，水足跡是一個多維指標，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供應鏈體系，以“看不見”的形式蘊藏在產(chǎn)品中的“虛擬水”[6]。當人們消費這些產(chǎn)品時，實際上就是以一種“虛擬水”的形式使用了這些水資源。水足跡的數(shù)值要遠遠大于實體水量，據(jù)測算，每噸紙的實體耗水量約為5 t，而僅一張A4紙的水足跡就高達10 L[3]。

金東紙業(yè)股份有限公司(以下簡稱“金東紙業(yè)”)北靠長江，生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水經(jīng)處理后直接排入長江。為了保護長江水質(zhì)，必須要對生產(chǎn)中的廢水進行處理達標排放，選擇合適的處理工藝和完善的日常管理才能保證排入長江的生產(chǎn)廢水達標。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130萬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(國家標準≤100 mg/L)，懸浮物(SS)為40 mg/L左右(國家標準≤ 50 mg/L)，BOD5為4 mg/L左右(國家標準≤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)流程見圖1。圖1中1#、2#、3#分別為1#、2#、3#造紙機，APMP是化機漿生產(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，實際排水指標：CODCr為1500 mg/L，SS為1800 mg/L，BOD5為700～800 mg/L ；A池水力停留時間為55 min，O池水力停留時間為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)外排廢水處理過程為：從1#、2#、3#造紙機、APMP漿線、PCC車間出來的廢水首先進入調(diào)勻池，對各個車間的廢水進行充分地混合，而且還可以起到調(diào)節(jié)作用，防止廢水沖擊負荷；廢水進入初沉池首先可以去除廢水中容易沉降的大顆粒污染物；由于車間的廢水溫度較高對生化不利，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)過沉淀處理后的廢水和回流污泥同時流入A 池進行厭氧反應，提高COD的去除率，將高分子難降解的有機物轉(zhuǎn)變?yōu)榈头肿右妆唤到獾挠袡C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，故沒有進行A-O-A-O交替；待停留一段時間后再流入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。同時微生物還可利用BOD 當作有機源，發(fā)揮一部分脫氮功能；經(jīng)過處理的廢水進入二沉池，沉淀后上清液進入放流池，采用潛沒排放，處理達標的水直接排入長江；污泥經(jīng)濃縮、脫水后，進行焚燒和綜合利用。

2 紙機封閉循環(huán)廢水處理系統(tǒng)

紙機封閉循環(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，達到節(jié)能環(huán)保的目的。金東紙業(yè)采用世界先進的造紙和封閉循環(huán)技術(shù)，以3#造紙機為例，該紙機主要采用砂濾器(見圖2)過濾，回用造紙系統(tǒng)中的廢水。

過濾器常用的濾料有石英砂、活性炭、無煙煤、錳砂等，廣泛運用到農(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，抗污染性好，可有效去除水中的懸浮物，并對水中的膠體、鐵、有機物等污染物有明顯的去除作用。

2.1 砂濾器的特點

砂濾器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其特點包括以下幾方面。

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

混凝反應效果明顯：應用混凝反應機理和沉降機理，可有效地去除水中的懸浮物和膠體物質(zhì)，利于砂濾器進一步降低出水濁度。

連續(xù)自清洗過濾：過濾介質(zhì)自動循環(huán)，連續(xù)清洗，無需停機進行反沖洗。

降低原水的SS含量：配合微絮凝裝置，進水最高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%，達到完美過濾效果。

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，其工作原理見圖3。砂濾器系統(tǒng)配置完善的保護裝置和監(jiān)測儀表，具有反沖洗功能，能快速沖走泥垢等污染物，耗水量少，按用戶要求可設(shè)置全自動功能。在一定壓力下，該設(shè)備使原液通過石英砂介質(zhì)的觸絮凝、吸附、截留，去除雜質(zhì)，從而達到過濾的目的。石英砂過濾精度為0.5～0.9 mm，可有效去除膠體微粒和高分子有機物，但主要用于去除水中的懸浮物。

表1 廢水處理前后對比

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)情況見表1。

從表1可以看出，經(jīng)過砂濾后的造紙廢水各項指標有明顯下降，已經(jīng)達到了造紙系統(tǒng)回用的標準，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，實現(xiàn)了經(jīng)濟與環(huán)保效益的雙贏。

3 水足跡計算

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為廢水排放標準中規(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，當廢水回用時是不產(chǎn)生水足跡的，因此，廢水完全回用時的水足跡為0。此時的水足跡只與回用比例C回用有關(guān)，見式(2)。

WFgrey=Effl·(1-C回用)

(2)

若按照處理后廢水95%回用，則水足跡的計算見式(3)。

WFgrey=21600×(100%-95%) =1080(t/d)

(3)

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

4 結(jié) 語

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準，還有60%左右實現(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，實現(xiàn)經(jīng)濟和環(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)系鏈得到了人們越來越多的重視，越來越小的循環(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. 我國制漿造紙污染治理科學技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 中國造紙， 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”資助項目；國家自然基金項目資助(項目編號：31270614)。

TS79

A

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