爱华网废纸造纸废水处理设计浅谈
桂琪
(这是最近刚写的一篇文章,投给<给水排水>,郭老师做了修改,在此谢谢郭老师,在郭老师推荐下,本人现在是<给水排水>杂志通迅员)
摘要：本文介绍废纸造纸废水设计经验。设计前需了解生产情况，介绍了废水的预处理、生化、回用设计及注意事项。
关键词：废纸造纸废水设计；生产工艺；预处理；生化设计；回用设计
由于人类对保护森林资源，改善生态的重视，废纸回收行业得到迅猛发展。2006年中国造纸工业纸浆消耗总量为5992万吨，其中废纸浆为3380万吨，占总浆量的56.4％[1]，废纸回收持续增长，也使废纸造纸废水成了近年来工业废水处理的热点之一。本人设计了十多个的这类废水处理工程，都取得良好效果，其中山东荣成海盛纸业零排放工程，荣获“2006国家重点环境保护实用技术示范工程”，在此将设计经与大家一起分享。
1.造纸工艺与废水水质
(1). 原料与生产纸种
原料和生产的纸种基本决定了水中污染物的浓度及组份。通常原料分为进口废纸、港废、国废。在美国及欧洲已经建立了完善的废纸回收制度，对不同的废纸进行严格分类，回收废纸杂质含量少，方便利用，而国内的废纸回收制度处于刚刚起步阶段，分类粗，杂质含量高，港废质量则处在两者之间。我国目前进口废纸主要来自美国，欧洲废纸为辅，还有少量来自日本、韩国废纸。其中来自美国的废纸主要为OCC（废瓦楞和牛皮箱板箱）ONP（新闻纸废纸）和少量居民混合废纸（RMP）等。不同的废纸生产不同的品种，废纸类别及其能生产的产品见表1
表1废纸类别及其能生产的产品
Table 1 Waste paper classification and theproduction from waste paper
类别 | 废纸原料 | 最终产品 |
棕色纸类 | 混合废纸、棕色废纸、旧瓦楞纸 | 挂面纸板、瓦楞纸、纸盒纸 |
新闻纸 | 旧报纸、杂志纸 | 新闻纸、LWC（轻涂布纸）、SC（超级压光纸）、工业用薄纸 |
白纸类 | 分拣后的办公废纸、混合办公废纸 | 印刷书写纸、白色挂面纸板、 高质量薄纸 |
(2). 废纸与废水水质
不同的原料形成不同的废水水质，进口废纸质量好，带进的污染物少，而国废成份复杂，污染物多，就形成了原料中进口废纸比例高的生产线，在其他工艺条件相同的情况下，废水中污染物CODCr、SS等相对较低，两者形成的CODCr浓度差可达300～1000mg/L。
(3). 生产工艺
按有无脱墨工序，可以将造纸废水分为脱墨废水和非脱墨废水。其中脱墨是为了生产有白度要求的印刷纸、书写纸等；非脱墨主要生产包装纸及纸板等。总的来说，在其它条件相同条件下，脱墨废水CODCr浓度较高、色度值较高。
(4).废水来源与污染物成分
目前国内废纸再生造纸主要生产包装纸（箱板纸、瓦楞纸等）、特殊纸板及新闻纸等。主要工艺流程为碎纸、净化、筛选、浓缩、贮浆、打浆、上网、压榨、烘干、卷曲等，再生新闻纸的生产则增加了脱墨工艺［2］。生产废水主要来自制浆车间的打浆、冲渣、筛浆、浓缩以及抄纸车间的净化筛选和纸机的湿部脱水等工序以及再生新闻纸的脱墨工序。经分析，废水中的主要污染物主要包括半纤维素、木素及其衍生物、细小纤维、无机填料、油墨、染料等污染物。木质素及其衍生生物、半纤维素、油墨等是形成COD及BOD的主要成分；细小纤维、无机填料等主要形成SS；而色度主要来油墨和染料等。
(5). 吨纸水耗
造纸过程中水消耗量的多少直接决定了废水中污染物浓度高低。我国造纸企业数量多，造纸工艺水平发展严重不均，好的企业处于世界技术的最高水平，低的还是70、80年代落后技术，加上企业对白水回用的重视程度不同，造成了企业的吨纸水耗差别很大。同样是箱板纸生产企业吨纸水耗范围60～4.7m3。因此对于我们从事环境工程设计的人员，了解厂家的吨纸水耗，成了我们进行设计前的必要功课。下面列出比较有代表意义水耗和水质表，见表2：
表2吨纸水耗和废水水质表
Table 2 Water consumption every ton of paper andthe waste water quality
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| 吨纸水耗(单位m3/吨纸) | CODCr (单位mg/L) | ||||
厂家1 | 40～50 | 600～800 | ||||
厂家2 | 25～30 | 1500～1800 | ||||
厂家3 | 12～15 | 2200～2000 |
从上表可以看出不同的吨纸水耗对污水中的污染物浓度有着直接影响。
(6).注意造纸新工艺的变化
高级箱板纸过去多以进口废纸OCC为主要原料（占70％），国废为辅（30％），生产工艺采用浆内施胶（松香胶）。近年来进口废纸涨价过快，为降低成本，配比倒过来，进口废纸30％国废70％，原料变化使纸的环压强度降低，为提高环压强度及湿强度，改为浆外改性淀粉施胶，浆内加阳离子淀粉，这样就会有损纸和化学配药水带进淀粉进入废水中，关键是国废循环使用，原料带进来大量淀粉及助剂，基本上都是可溶性的CODCr物化去除率低（仅有20～30％），形成生化负荷高，有些节水好的厂家一级物化后出水CODCr高达2600mg/L。现代造纸技术日新月异，从事这类废水设计时须及时了解企业生产工艺变化，方能在我们的设计中做到有的放矢。
2.废水的预处理设计
造纸废水的预处理是保证系统达标的前题。废纸造纸废水预处理的目的：回收废水中的纤维、降低生化系统负荷。一般厂家均在车间内部对白水进行纸浆回收，在此不做赘述，这里的预处理主要是混合废水的厂外处理，主要包括纤维回收、物化处理。一般进污水站首先设细格栅，栅条间隙可取3mm~5mm，因其与其它废水基本一样，在此不作详细介绍。
(1). 纸浆回收
常用的纸浆回收方法有：斜筛、重力自流式筛网过机、普通旋转过滤机、反切单向流旋转过滤机等，常用的为斜筛。建议根据试验确定水力负荷及筛网目数，在没有数据的前提下，推荐水力负荷为10～15m3/m2·h，筛网目数80～100目。近年来出现多圆盘回收混合废水纤维。多圆盘原先多用于厂内白水处理，现在已有箱板纸厂家采用它回收厂外混合废水的纤维。多圆盘回因具有运行费用低、基本不需加药、回收纤维质量高、出水悬浮物含量低(出水SS可低于60mg/L)，后续可以省去初沉池，具有广阔的应用前景，值得设计人员关注。
(2). 物化处理
造纸废水物化预处理常用的有气浮法、沉淀法。
气浮法主要为机械法和溶气法。机械法以涡凹气浮作为代表，溶气气浮以普通溶气气浮和浅层气浮为代表。其中机械法优点无回流，设备简单，动力消耗低，缺点气泡大，数量有限，效率相对低。传统溶气气浮因其占地面积大，投资高，新工程很少用，浅层气浮因其效率高、占地小、效率高，在溶气气浮中处于主导地位。
沉淀法常用的处理设施有：斜管沉淀池、辐流沉淀池和平流沉淀池等。斜管沉淀易堵塞，平流沉淀排泥困难，造纸废水物化预处理常使用辐流沉淀池。
机械气浮设备效率低、浅层气浮电耗高，且设备维护相对复杂，故一般造纸废水的前物化多采用结构简单、管理方便的辐流沉淀池，其表面负荷可取1.0m3/(m2"h)~2.0m3/(m2"h)。
3.生化部分设计
生化处理是废纸造纸废水处理的关键部分。废水中的CODCr值在数百～数千mg/L之间，要达标排放必须设生化系统。
废纸造纸废水的生化处理系统常采用“好氧”或“厌氧＋好氧”工艺。因“厌氧＋好氧”工艺具有：能耐冲击负荷、能有效降解高CODCr、动力消耗低、运行费用低等优点，处于绝对优势，在此仅介绍“厌氧＋好氧”工艺。厌氧处理单元一般采用水解酸化反应器、完全厌氧反应器（UASB、IC、PAFR等），根据生化进水浓度的高低，选择将厌氧控制在水解酸化阶段或完全厌氧阶段，建议当生化进口CODCr浓度高于800mg/L才采用完全厌氧反应器。好氧处理一般采用活性污泥法、接触氧化法或氧化塘，其中以活性污泥法应用最广。
“厌氧—好氧”生化处理工艺是目前技术水平下的废纸造纸废水处理的较佳工艺，厌氧系统容积负荷可取：2～15kgCODCr/m3·d，好氧系统污泥负荷可取：0.25～0.60kgCODCr/kg·d。
采用以上工艺组合，废纸造纸废水完全可以达到国家的造纸废水排放标准。
4.回用设计
(1).政策及企业发展的需要
造纸企业是用水大户，国家在2003年公布了《工业企业产品取水定额编制通则》和《造纸产品取水定额》（仅列出和废纸造纸相关的项目），见表3。
表3造纸产品取水量定额指标
Table 3 Norm of water intake for paperproduction
标准分级 | A级(m3/t) | B级(m3/t) | |
纸浆 | 脱墨废纸浆 | 30 | 45 |
未脱墨废纸浆 | 20 | 30 | |
纸 | 印刷书写纸 | 35 | 60 |
包装纸 | 25  | 50 | |
纸板 | 箱板纸 | 25 | 40 |
瓦楞纸 | 25 | 40 |
注：(1)1998年1月1日起新、扩、改建投产的企业或生产线，其取水定额执行A级标准。(2)1998年1月1日前建成投产的企业或生产线，其取水定额执行B级标准。(3)宽幅小于4m的纸机、纸板机及其配套的生产线，其取水定额执行B级标准。(4)纸浆的计算单位为吨风干浆（10％）。
从这个定额标准来看，与发达国家相比不算先进，但从国内造纸企业的实际取水情况来分析，估计只有20％的企业达到了这个标准，其中少数企业达到国际领先水平，其余80％企业仍需提高节水意识。国家经贸委提出的《工业节水“十五”规划和造纸产品取水定额》文件中要求造纸工业新水重复利用率达到60％［3］。从以上文件不难看出，企业中水回用，是国家政策要求，也是地处缺水地区的企业自身发展所必须要做的事。
(2).废纸造纸回用水质要求
要确定回用的技术路线，首先就要明确回用水的水质要求，水质要求又和生产工艺密切相关，相对来说生产低档纸要求水质低，生产文化纸及高档包装纸要求稍高，但总的来说无漂白废纸造纸回用比较容易实现，目前为止仍没有统一的回用水质标准。将我们工程数据列表如下，见表4。
表4纸种与回用水质表
Table 4 Paper classification and the reused waterquality
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| CODCr (mg/L) | BOD5 (mg/L) | SS (mg/L) | 色度 (倍) | 备 注 | ||||
箱板纸 | 500 | 20 | 20 | 10～25 | 零排放 | ||||
低档瓦楞纸 | 1000 | 20 | 50 | 15～30 | 零排放 | ||||
新闻纸 | 100 | 20 | 20 | 10～20 | 部分回用 |
注：以上数据来自工程，国外资料表明国外有资料报道在CODCr8000mg/L[5]的回用水生产都可以接受。
从上表可知造纸废水的回用相对要求较低，近年来研究人员提出电导率作为相关指标参数，根据我们的工程实践表明零排放箱板纸电导率对生产无明显影响，故没有对电导率作专项检测，仅测过回用水的无机盐浓度，有氧化塘的海盛纸业回用水无机盐浓度为：2~3.0g/L，无氧化塘的华鹏纸业回用水无机盐离子为：7~8.0g/L。无机盐累积主要加快设备结垢，，加快设备腐蚀，对生产工艺主要影响是施胶量增加，其他无明显影响。
(3). 回用水量确定
现在设计人员碰到最多的问题，就是企业提出他们回用多少合适的问题。因每个厂家的白水回用比例都不一样，排到污水处理站的处理水量占总车间存水量比例都不一样，无法统一生化处理后回用比例，个人认为按吨纸排水量更直接，也更容易统一标准，根据工程实践我认为箱板纸、瓦楞纸完全可以实现零排放，而一些需要漂白的纸种建议排水吨纸不10m3，即使是箱板纸如果需要部分外排建议吨纸排水量不小于8m3，如果排水量过小会造成废水中，污染物浓度过高，难降解物质累积明显，给达标排放造成困难。
(4). 回用工艺
由于废纸造纸生产用水水质相对要求不高，一般仅对BOD、SS有严格要求，采用普通的深度处理工艺即可，一般不需要采用反渗透之类的膜系统。下为不同纸种对应的回用工艺见表5。
表5纸种与回用工艺表
Table 5 Paper classification and the process forwater reuse
废纸生产产品种类 | 建议排放水量(m3/t纸) | 建议回用工艺 | 备注 |
低级瓦楞纸、箱板纸 | 零排放或8 | 零排放采用：沉淀(氧化塘)＋砂滤 部分外排：初沉＋生化 | 有条件企业设氧化塘，可避免盐分积累 |
高强瓦楞及高级箱板纸 | 零排放或10 | 零排放采用：终沉＋砂滤 部分外排：初沉＋生化＋终沉＋氧化塘＋砂滤 | 国废原料占用量的70％以上，最好设终沉，否则可以不设 |
新闻纸 | 零排放或10 | 零排放采用：终沉＋砂滤 部分外排：初沉＋生化＋氧化塘＋砂滤 | |
印刷书写纸 | 10 | 初沉＋生化 |
以上的建议排放水量只是针对常规工艺(无反渗透之类的高级过滤)，根据工程经验，氧化塘的停留时间不小于2天为宜，箱板纸的零排放直接运行费用一般不超过1.5元/m3废水（其中荣城海盛纸业直接运行费用0.671元/m3废水），其它设计参数参照本文预处理设计及生化设计部分，同时结合相关单体的设计手册即可。
5.结语
(1).进行废纸造纸废水设计，必须了解企业的原料、产品及生产工艺，才能做好废水处理设计。
(2).废纸造纸废水采用“预处理＋生化”处理工艺完全可以做到达标排放。
(3).废纸造纸废水在保证一定排放水量的前题下，采用普通深度处理工艺完全可以实现回用。对于用水要求较低的无漂白纸种甚至可以实现零排放。
参考文献
［1］中国造纸工业.2006年度报告.中国造纸协会，2007，5
［2］隆言泉.制浆造纸工艺学（下册）［M］.北京.轻工业出版社，1981，10-12
［3］顾民达. 论造纸工业节约用水［J］.纸和造纸，2004，增刊：5-10
［4］贺延龄.废纸造纸循环水处理实现零排放.纸和造纸,2003,第4期,5-8
