蘆葦制漿造紙中段污水快速凈化與回用—SPR新技術(shù)
一.概述
社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，紙制品消耗量迅猛增長。中國是造紙業(yè)大國，中國紙的產(chǎn)量居世界第四位，制漿造紙工業(yè)是中國國民經(jīng)濟的重要產(chǎn)業(yè)之一。中國造紙工業(yè)廢水排放量占全國工業(yè)污水排放量的六分之一，對環(huán)境的危害是十分嚴重的，它是中國工業(yè)污染防治的難點問題之一。
堿法制漿造紙的蒸煮黑液已確認應采用堿回收方法治理；造紙機白水污染負荷較輕，不難處理；打漿機和精漿機洗漿、選漿、漂白過程產(chǎn)生的中段廢水則是當今造紙污水治理的焦點。
堿法制漿造紙的中段廢水呈褐色，PH 6～7,懸浮物含量為1000毫克/升以下,CODcr為1000毫克/升左右。污水中不溶性污染物主要有纖維物質(zhì)；溶解性有機物質(zhì)主要是木素，糖類。
SPR污水處理技術(shù)首先采用化學方法使溶解狀態(tài)的有機污染物從真溶液狀態(tài)下析出，形成具有固相界面的膠；蛭⑿腋☆w粒，然后采用物理吸附法將污水中各種膠粒和懸浮顆粒凝聚成大塊密實的絮體；再依靠流體力學原理，在自行設(shè)計的SPR高濁度污水凈化器內(nèi)使絮體與水快速分離；清水經(jīng)罐體內(nèi)的懸浮泥層過濾之后回用于洗漿，污泥則在濃縮室內(nèi)濃縮，定期排出，經(jīng)脫水之后亦可以再利用。
我們向污水中投入一種無機高分子藥劑，其水解反應過程中會放出氫離子(H )，這些H 離子恰好用于取代污水中的木素羥基或酚基上的鈉離子(Na)，生成不溶于水的木素酸，從而起到了從污水中脫除木素的作用。造紙污水中的木素分為“酚基堿木素”(RONa)和“羥基堿木素”(RCOONa)。當酚基或羥基上的Na離子 被H 離子所取代時，即生成不溶與水的木素酸，并帶負電荷。
反應式可寫為：RONa + H ---- ROH ¯ + Na
堿木素 木素酸 “沉淀堿木素”(ROH )微粒直徑大部分為1微米至2微米，具有膠體特征，可以在SPR系統(tǒng)獨有的良好的混凝環(huán)境中，從污水中完全分離出來。與此同時，高分子藥劑水解時產(chǎn)生大量的高價離子，并與羥基形成各級多核絡(luò)合離子，它們和膠體顆粒產(chǎn)生很強的電中和作用及吸附作用，一舉兩得。
無機高分子藥劑還與污水中的某些有機污染物反應，使它們從污水中析出。
我們還向污水中投入另一種無機高分子電解質(zhì)，在水中可電離為帶正電的高價離子，使污水中離子密度相對增大，使污水中造紙?zhí)盍虾图毿±w維構(gòu)成的膠體微粒之電場作用范圍的擴散層空間容積縮小，而降低了溶膠體系的穩(wěn)定性。另外，帶正電的高價離子與帶負電荷的膠體顆粒相碰時亦起著電中和的作用。高分子電解質(zhì)有較高的分子量，還能起到一定的架橋絮凝作用。
同時還投入水溶性長鏈狀有機高分子聚合物，鏈狀分子有若干官能基團，靠靜電吸引和吸附作用，一端吸附在絮團或膠粒表面，伸展出去的另一端再吸附在其他絮團或膠粒上，形成更大的絮團，即起到良好的架橋絮凝作用。
總之，幾種藥劑同時發(fā)揮各自的作用和綜合交聯(lián)作用，既去除了溶解態(tài)的有機污染物(COD)、色度、又去除了懸浮物雜質(zhì)。 經(jīng)過此凈化工藝處理后的出水， pH 7，懸浮物(SS)含量小于3毫克/升, 濁度低于3度，水質(zhì)透明,完全可以送回上一道粗漿洗漿工序使用，不必外排。
采用上述工藝配方，運用SPR-0.5型高濁度污水凈化器及其系統(tǒng)，在湖北XX蘆葦制漿造紙廠現(xiàn)場進行了造紙中段廢水的連續(xù)開機運行試驗，效果良好：凈化后出水的懸浮物SS<3毫克/升，濁度低于3度, PH 7，水質(zhì)透明，只殘存極淺的色度。
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實踐證明，物理化學法凈水工藝與高效率的高濁度污水凈化器之流體力學結(jié)構(gòu)相配合，不但能凈化含懸浮物（SS）很高的無機污水，而且可以快速凈化含有有機污染物(COD)的高濃度有機污水，使物理化學法污水凈化技術(shù)的適用范圍有了重大突破，打破了唯有生物化學法才可能適用于處理高濃度有機污水的傳統(tǒng)觀念。
二．湖北XX紙業(yè)有限公司污水排放現(xiàn)狀
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黑液及中段污水外排實況 堿提工段污水排口之一
三． SPR污水凈化裝置系統(tǒng)現(xiàn)場開機運行試驗
1. 開機運行試驗目的
我們引進最新美國發(fā)明專利SPR污水凈化技術(shù)，用SPR-0.5型污水凈化裝置系統(tǒng)在湖北XX紙業(yè)有限公司進行現(xiàn)場造紙中段污水處理開機運行試驗，以探討新的造紙中段污水凈化工藝技術(shù)及設(shè)備的適用性，以期達到凈化和循環(huán)回用的目的。
2. SPR污水處理系統(tǒng)凈化工藝原理
SPR污水凈化工藝及其系統(tǒng):包括物化工藝和SPR污水凈化器兩大部分組成，是一套純物理化學法處理裝置系統(tǒng)。首先，通過化學方法使溶解狀態(tài)的污染物（木質(zhì)素）從真溶液狀態(tài)下析出，形成具有固相界面的膠；蛭⑿腋☆w粒；加入經(jīng)濟而又高效的吸附藥劑，吸附污水中的污染物；然后采用微觀物理吸附法將污水中各種膠粒和懸浮顆粒凝聚成大塊密實的絮體；再依靠旋流和過濾水力學等流體力學原理，在SPR污水凈化器內(nèi)使絮體和水快速分離；污水經(jīng)過罐體內(nèi)自我形成的致密懸浮泥層過濾之后，起到了精細過濾的作用，出水可以送回上一工序作為粗漿漂洗的工藝用水回用，不再排放。當罐體內(nèi)形成的懸浮泥層達到一定量后，依靠點渦流動形成的向心力、過濾水力學形成的牽引力和自身的重量，被快速引入污泥濃縮室沉降分離，當污泥濃縮室蓄滿時可定期排出。其優(yōu)點為：整套SPR系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)簡單，工藝流程短（只有30分鐘），完全不是用傳統(tǒng)的機械過濾濾料來過濾懸浮物，以實現(xiàn)深度處理，SPR污水凈化器在常壓狀態(tài)下工作運行，系統(tǒng)設(shè)備一次性投資少、藥劑和電力消耗等處理污水的運行費用低，操作維修簡便等。
3. 開機運行試驗工藝流程
試驗過程中，我們將湖北XX紙業(yè)有限公司生產(chǎn)過程中排出的中段污水直接引入SPR污水凈化系統(tǒng)調(diào)節(jié)池，在SPR調(diào)節(jié)池內(nèi)靠水力攪拌混勻，靠污水泵將調(diào)節(jié)池的污水吸入SPR污水凈化器管路系統(tǒng)，同時在污水泵前的負壓端加入四種藥劑，藥劑和污水是通過污水泵葉輪、蛇形反應管和瓷球反應罐的組合作用下完成混合的；然后送入SPR污水凈化器完成混凝、絮凝、過濾、污泥濃縮及分離等凈化過程，處理后的出水直接流入回收清水池。
其具體工藝流程如下：
湖北XX紙業(yè)公司
中段污水排水溝→調(diào)節(jié)池→污水泵→SPR污水凈化器→回收清水池
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4. 開機運行試驗內(nèi)容
2003年10月16日—10月17日，在湖北XX紙業(yè)有限公司現(xiàn)場進行SPR污水凈化系統(tǒng)裝置開機運行試驗。靠水泵將湖北XX紙業(yè)有限公司中段污水連續(xù)吸入SPR系統(tǒng)，系統(tǒng)處理造紙中段污水水量：0.5立方米/小時，經(jīng)過30分鐘凈化工藝流程，處理后出水連續(xù)流入清水池。使用藥劑為SPR－1、SPR－2、SPR－3和SPR－5等4種。觀察了SPR系統(tǒng)排出的污泥狀況，污泥含水率低、流動性好。采樣并測試處理前后污水中懸浮物、濁度、CODcr、pH等數(shù)據(jù)。
5. 開機運行試驗效果
現(xiàn)場采取中段污水水樣和凈化后出水水樣。測定并記錄處理前后水樣有關(guān)水質(zhì)數(shù)據(jù)，具體情況如下： 造紙中段污水處理前后水質(zhì)對比表
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從以上水質(zhì)測試的數(shù)據(jù)表中可以看出，經(jīng)SPR污水凈化系統(tǒng)處理后，出水中懸浮物含量能降到3毫克/升以下；色度降低到 30倍以下，CODcr降到330毫克/升。
處理每立方米污水消耗的總藥劑費用為0.68元人民幣；SPR系統(tǒng)凈化污水過程消耗的電力為0.15千瓦.小時（折合電費為0.05元人民幣）/立方米。
6． 開機運行試驗的初步結(jié)論
通過這次湖北XX紙業(yè)有限公司現(xiàn)場污水凈化開機運行試驗,證實SPR技術(shù)和設(shè)備系統(tǒng)是能夠適用于蘆葦制漿造紙污水的凈化處理的，處理后出水能夠滿足目前回用作粗漿洗漿水水質(zhì)要求。與傳統(tǒng)的常規(guī)凈化工藝技術(shù)相比,SPR技術(shù)和設(shè)備系統(tǒng)的凈化效率和經(jīng)濟效益都具有極大的優(yōu)勢。
經(jīng)過小規(guī)模運行試驗，廠造紙工藝技術(shù)人員、廠化驗技術(shù)員、車間生產(chǎn)管理人員都親臨運行現(xiàn)場觀看了SPR污水凈化系統(tǒng)的運行實況。我們認為：在污水凈化機理、工藝流程、設(shè)備結(jié)構(gòu)等等方面都是符合科學道理的，系統(tǒng)運行是穩(wěn)定、可靠的，水質(zhì)測試數(shù)據(jù)是真實的。作為一項新的技術(shù)引進湖北XX紙業(yè)有限公司，進行大規(guī)模的生產(chǎn)運行考驗，以積累生產(chǎn)運行中的經(jīng)驗和科學數(shù)據(jù)，完善配套工藝措施，建立實質(zhì)性的應用工程是十分必要的。
建議立即立項建立日處理污水能力為2000立方米的造紙中段污水處理及回用先導工程，為最終建立新廠8000立方米/天造紙中段污水處理及回用的整體工程作好準備。
四．蘆葦制漿造紙中段污水凈化工藝流程的SPR新模式 ：
湖北XX紙業(yè)有限公司制漿造紙生產(chǎn)中段污水
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SPR系統(tǒng)將滿足造紙污水的凈化和閉路循環(huán)的生產(chǎn)要求，既治理污染，又為企業(yè)節(jié)省大筆制備新鮮自來水的費用，企業(yè)也不再交納排污費，企業(yè)在治理水污染的過程中也可以獲得可觀的經(jīng)濟效益。
為使工程投資和運行費用能為中國現(xiàn)有企業(yè)經(jīng)濟實力承受，采取引進美國發(fā)明專利SPR污水處理工藝技術(shù)及其SPR污水凈化器主體設(shè)備的設(shè)計技術(shù)，在中國制造；選用有關(guān)國產(chǎn)輔助設(shè)備進行配套。
污水處理藥劑國產(chǎn)化，以合同形式保證長期供應，以確保SPR污水凈化系統(tǒng)擁有持續(xù)良好的運行質(zhì)量。根據(jù)紙業(yè)有限公司確定的污水水質(zhì)狀況，將確定處理每立方米污水消耗的藥劑費用。
因主要設(shè)備是離心式污水泵、離心式清水泵和水中攪拌裝置，不會造成環(huán)境的噪聲污染。
全部操作實現(xiàn)了機械化或半自動化，工人主要操作為開關(guān)閥門、按電鈕和配制藥劑，操作工人勞動強度低。
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