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造纸废水的处理方案

作者: admin 时间:2017-05-31 来源:未知
摘要:一、概况 随着我国市场经济的深入发展,特别是产品国际化趋势日益明显,产品包装行业得到空前发展,市场对包装制品需求不断增大。包装纸板生产在世界各国国民经济中占有重要的...

一、概况

    随着我国市场经济的深入发展,特别是产品国际化趋势日益明显,产品包装行业得到空前发展,市场对包装制品需求不断增大。包装纸板生产在世界各国国民经济中占有重要的地位,纸板产品成为包装工业的主要原材料。我国“十五”规划中明确表明,我国造纸产量与需求量平均都能保持5%左右的增长,发展方向主要集中在高档纸品上。可见,目前市场前景广阔,产品发展余地大,销售市场有保障。

    ★★★★★★纸业有限责任公司根据目前市场情况,经过长时间的市场调查了解和前期准备工作,引进全自动热力喷放制浆(爆破制浆)专利(专利权号:ZL02246643.6)技术,计划投资6000万元人民币,以竹子为主要原料生产竹浆,新上年生产能力6.0万吨造纸生产线,生产纸浆板、生活用纸和包装用纸。工程分两期建设,一期年生产能力3.6万吨,二期年生产能力2.4万吨,整个项目由制浆车间、造纸车间、辅助设施、公用工程、环保工程、生活设施和储运工程等部分组成。

    爆破制浆过程中不产生蒸煮废液即传统造纸制浆黑液,主要为打浆时产生的洗液,其污染组成为:BOD5:主要来自制浆中分解的有机物,即糖类、醇类、有机酸、木质素等;CODcr:主要来自木质素及其衍生物;SS:主要来自流失的细小纤维。

    根据《★★★★★★纸业有限责任公司60kt/a爆破制浆造纸工程环境影响报告书》中提供的数据,外排废水主要是生产中的打浆废水,一期废水量约为9410m3/d,二期废水量约为6273 m3/d,二期工程建成后外排废水量共计约15683m3/d。

    根据《建设项目管理条例》和《环境保护法》之规定,环保设施的建设应与主体工程“三同时”。受★★★纸业有限责任公司委托,我公司提出了该项目的废水处理方案,按本方案进行建设后,可确保废水的达标排放,同时将大部分废水经预处理后回用于生产过程,减少污染物的排放,能极大地减轻该项目外排废水对沙溪的不利影响。

    二、水质水量和排放标准

    (一)水量

    日排放水量:一期9410m3/d,二期6273 m3/d,二期合计15683m3/d

    设计规模:一期9410m3/d,其中预处理能力为9410m3/d,生化处理能力为2900m3/d。

    二期新增6273 m3/d,其中预处理能力为6273m3/d,生化处理能力为2000m3/d。

    二期合计15683m3/d,其中预处理能力为15683m3/d,生化处理能力为4900m3/d。

    本次方案设计仅限对一期水量进行设计。

    (二)水质

    根据《★★★★★★纸业有限责任公司60kt/a爆破制浆造纸工程环境影响报告书》中提供的数据及及国内同类企业的相关资料,并结合我公司实验成果如下: 
  

 指标

名称

P H

CODcr

mg/L

BOD5

mg/L

S S

mg/L

废水水质

9~12

7000

1150

1500

设计水质

10

7000

1150

1500

    (三)排放标准

    造纸废水执行GB3544-2001《造纸工业水污染物排放标准》〔环发(2003)152号修订〕表1中规定的标准

    造纸工业水污染物排放标准值 
  
 

排水量

生化需氧量 (BOD5)

化学需氧量 (CODcr)

悬浮物 (SS)

可吸附有机卤化物(AOX)

pH

制浆造纸

非木浆

漂白

m3/t

kg/t

mg/L

kg/t

mg/L

kg/t

mg/L

kg/t

mg/L

 

300

30

100

135

450

30

100

2.7

9

6~9


    根据★★★★★★环保局对本项目的批复,要求废水排放CODcr小于400mg/l。故本工程外排废水按CODcr小于400mg/l设计进行设计。
  三、设计依据、原则及范围 

    (一)设计依据
 
    1、建设单位提供废水处理站位置图。 

    2、建设单位提供水质水量数据。 

    3、GB3544-2001《造纸工业水污染物排放标准》。 

    4、室外排水设计规范GBJ14-87。 

    5、《福建省环境保护条例》。 

    6、同类企业废水处理设施成功数据。 

    7、我单位技术人员试验研究成果及成功工程实例。 

    8、《★★★纸业有限责任公司60kt/a爆破制浆造纸工程环境影响报告书》 

    9、《草浆造纸工业废水污染防治技术政策》(1999年) 

    10、《建设项目环境保护设计规定》(1987年) 

    11、《建设项目竣工环境保护验收管理办法》(2001年) 

    12、《中华人民共和国固体度物污染环境防治法》(2004年修订) 

    13、《中华人民共和国水污染防治法》(1996年修正) 

    14、《中华人民共和国环境保护法》(1989年) 

    (二)设计原则 

    1、严格遵守国家和地方有关部门法规、标准规范等规定。 

    2、在达标前提下,采用成熟、可靠工艺,确保稳定达标。 

    3、采用节能、维修、管理方便的设备和器材。 

    4、适当实现自动化水平,便于运行管理。 

    5、注意防止二次污染,采用低噪声设备,采用板框压滤污泥脱水方式。 

    6、在实际工程中力求节省投资,降低运行费用,使经济指标在合理范围内。 

    (三)设计范围 

    1、以废水处理站界区外一米为交点,一米以内全部内容(工艺、土建、电气、自控),一米以外由建设单位自理。 

    2、废水处理站从进口到出口全部内容。 

    3、本工程土建由建设单位自行施工,我公司提供土建构造图。 

    4、本工程费用未含特殊地基处理,站内道路和绿化由建设单位实施,无围墙、大门等内容。 

    四、废水的基本情况 

    (一)污水来源

    该项目废水有生产废水、锅炉冷却废水和生活污水,其中生产废水占绝大部分。 

    i)生产废水 

    根据生产工艺分析,该项目为竹子爆破法制浆造纸,工艺过程中基本不添加化学药剂,与化学法制浆造纸相比不存在难于处理的造纸黑液问题,其生产废水大部分可经处理后回用。但是在爆破法制浆造纸的生产过程中仍有大量的废水产生,废水具有CODcr浓度较高,SS浓度大,含有机物质多的特点。生产废水主要来源于以下几方面 
    a.制浆废水 

    在纤维成浆、洗浆筛选等制浆过程产生含有固态物、有机物、CODcr、BOD等高浓度污染物质的废水,这部分废水由细机械格栅过滤后直接排至污水站处理。 

    b.抄纸废水 

    由造纸机网部脱出的白水浑浊度较高,其中含有大量纤维等,按厂方设计,这部分的白水直接回用于生产。 

    c.锅炉除尘废水 

    该废水主要污染物是PH、悬浮物、COD等,此类废水经中和沉淀后可完全循环使用,只需补充少量损耗水即可。 

    ii)生活污水 

    生活污水主要有厨房废水、卫生间污水等,其中主要污染物为有机物、氨氮、悬浮物等,但浓度不高,该部分污水不排入本厂污水处理厂,而是由化粪池处理后外排。
 
    (二)爆破制浆简介 

    (1)简介 

    造纸主要是利用纤维原料中的纤维物质生产各类纸产品。植物细胞中的纤维为木素及其它非纤维物质所粘结,造纸制浆的任务就是要把纤维和木素、醣类等其它非纤维物质分离,提供优质纸浆进行纸的抄造。 

    造纸技术发展到今天,主要采用的制浆方法有化学制浆、机械制浆、化学机械制浆等工艺方法,化学制浆又分成硫酸盐法与碱法制浆、亚硫酸盐法制浆、以及原始的石灰法制浆工艺。机械制浆和化学机械制浆是一种借助机械作用从木材和非木材造纸原料中分离获取纤维的制浆方法,和化学制浆相比,纸浆得率高、污染负荷低,废水毒性小,被称为低污染的制浆方法。进入上世纪80年代,二种新的低污染制浆方法引起人们的重视,即“爆破法制浆”和“生物法制浆”。 

    (2)爆破制浆国内外应用情况 

    国外情况:

    自20世纪80年代中期以来,加拿大魁北克大学和法国Grenoble大学对爆破法制浆作了大量的研究工作,尤其是加拿大魁北克大学的B.V.Kokta教授所领导的研究小组,对爆破法制浆进行了大量的工艺研究。在此基础上,加拿大Staketech公司开始把汽蒸爆破技术用于生产高得率纸浆,该公司技术是连续爆破法,以草类原料生产包装纸板,但未见有用阔叶木原料的报道。除此之外,美国、日本等也有利用爆破法制浆生产包装纸的应用报道。 

    国内情况 

    北京林业大学爆破制浆课题组自行设计、加工、安装了一套爆破装置。爆破器为直立圆筒状,容积为7.5 L,可装绝干木片约1 kg。高压蒸汽由电热锅炉产生,电热锅炉输入功率为9 kW,工作压力可达3.5 Mpa,两台爆破器并联,可交替爆破,运转正常。北京林业大学还成功的设计了年产6 000 t浆、1.2万t浆的工业化爆破器,已成功的在河北、江苏、河南、山东等地建成投产。 

    陕西省商洛造纸专利技术有限公司在纸浆喷射器的基础上设计了爆破器。其工艺采用低用碱量、快升温、短时间保温后,利用蒸球内的高压对纸浆进行全压爆破、膨化、撕裂,再经喷放管至喷放锅短时间的低压二级蒸煮,得到爆破浆。 

    华南理工大学对爆破法高得率制浆控制系统进行了研制,通过控制加料球阀、进汽阀、蒸煮时间、爆破球阀来控制爆破过程,此系统的蒸煮器(即爆破反应器)容积小试30 L,中试300 L,蒸汽压力1.3~1.6 Mpa。 

    我国内蒙古畜牧科学院也对爆破设备进行了研究,但其设备图形未见报道。 

    徐州市华达机电设备有限公司研制开发出了气体混爆制浆技术及设备,其爆破器为直立圆筒状,直径1.8m,高8.6m,可以装草料1t,该设备操作简单,自动化程度高,可以通过PLC编程实现自动化控制。 

    华南理工大学对爆破法制浆的机理以及工艺、设备和控制进行了系统的深入的研究,特别是通过对爆破过程中植物纤维细胞的形态及相关的物理和化学变化的研究取得了创新的成果。其制浆技术可控性好,通过控制一定的工艺参数和爆破罐几何形状以及喷放口的独特设计,均可获得良好的纸浆。获得专家一致好评,并认为产业化试验成果达到国际先进水平。 

    近几年来,爆破法制浆产业化在国内逐渐被提到议事日程上,据不完全统计,已有江苏南京秦淮纸业有限公司与新中华纸业投资公司合资,从国外引进连续式爆破法制浆生产线生产爆破浆,至今由于资金关系,还存在一定的问题。而间歇式爆破法制浆由于投资少,上马容易,不少省市的造纸公司和企业,如陕西省宝鸡瀚森园、广东揭东县华豪纸制品有限公司、河南省各县镇造纸厂(许多是化学制浆污染严重被关停的造纸厂)都纷纷在筹建爆破法制浆厂。 

    永安市鸿发纸业有限责任公司根据目前市场情况,经过长时间的市场调查了解和前期准备工作,引进全自动热力喷放制浆(爆破制浆)专利(专利权号:ZL02246643.6)技术。
 
   (3)推行爆破制浆技术的意义

    推行爆破制浆,十分有利于推行清洁生产,能从源头上控制污染物的产生。

    永安市是中国的竹子之乡,有大量竹子资源,而且中国目前森林资源遭受严重破坏,已经禁止砍伐天然林,国际进口木浆价格也飞速上涨,能将竹子充分利用起来,每年将会节约很多森林资源,当然,由于传统制浆污染太大,需要使用新型工艺改善这一状况。

    改革开放以来,我国轻工业得到了快速发展,一大批民营企业相继崛起,几年来,通过强化环境管理,企业普遍实现了增产减污的发展目标。爆破制浆得浆率高、低药耗、低能耗、低污染符合,从源头上就减少能量、物料的损耗,减少污染物排放,是建立一个集约型的生产体系的行业发展方向,保证经济可持续发展有重要意义。

    五、处理工艺、说明及特点

    (一)设计思路

    造纸工艺中产生的污染大,特别是产生的纤维素、木质素等物质不易分解,稳定性很好,即使经过生化处理的废水,里面的纤维素、木质素也很难降解。废水的特点是高CODcr、可生化性差以及高悬浮物,本次设计主要围绕这几个特点进行。

    ★★★纸业有限责任公司废水主要有二类,一类废水来自洗浆水,约2900吨/天,由于该废水中污染物浓度高,必须经生化处理后方可排放。第二类废水是漂洗水,约6500吨/天,该类废水中污染物浓度相对而言较低,可以经气浮处理后全部回用于生产中。因此,这二类废水应分别收集,分别处理。

    污水中的悬浮物主要是纤维素木质素等物质,木质素和纤维素的可生化性很低,在生化处理中几乎不降解,而且这些悬浮物进入生化反应器后,对生化反应器的运行影响较大,在生化反应器中,大量悬浮物会排挤生化反应器污泥层中的污泥,使得污泥层中的污泥几乎都是毫无生物活性的木质素、纤维素,严重影响生化反应器运行效果,严重时后甚至会使系统崩溃,根本无法完成其所应有的功能。所以需要在生化处理之前就必须先去除大部分悬浮物,以保证后续处理的顺利进行,目前去除悬浮物的方法主要有细机械格栅、过滤、沉淀、气浮等等,这里使用比较便宜有效的方法:细机械格栅、气浮。细机械格栅利用尼龙网的筛虑截留作用,拦截比较大的纤维素和木质素纤维,这部分纤维还可以进行回收利用,重新进入磨浆机前,以变废为宝的作用,具有很大的经济价值;加压溶气气浮利用加压溶气后的水在减压状态下产生微小气泡,气泡附着于悬浮物表面将悬浮物带到水面去除,通过投加浮选剂可以提高气浮效率。

    从CODcr浓度上来看,此水CODcr浓度较高,且存在一定难生物降解的有机物,完全有必要使用水解酸化进行处理,一方面可以进一步提高废水的可生化性,另一方面,对于高浓度废水的CODcr去除效率是非常高的,而且水解酸化处理负荷高、能耗很小、产污泥量也非常少,直接带来占地少、一次性投资少、运行费用少、污泥处理费用少的优点。

    水解酸化一般不会将污染物处理得十分彻底,所以水解酸化出水后往往要设置一个好氧装置进行进一步处理。理由如下:1.造纸废水中含有表面活性剂,如果使用活性污泥法处理,那么将会在水面产生大量泡沫,严重干扰生产进行;2.好氧生化法有如下优点:体积负荷高,处理时间短;生物活性高,生物多样化,传质效果好;生物浓度高,污泥产量低,无需回流;出水稳定,动力消耗相对较低;挂膜比较方便,时间较短;无污泥膨胀问题。

    根据以上分析,确定使用如下工艺流程进行处理。

    (二)处理工艺

    见工艺流程图

    (三)流程说明

    1、废水先经斜网去除较粗杂质并回收纤维,再进入调节池,部分废水去水膜除尘器除尘,即可去除锅炉烟气中的二氧化硫,以可降低废水中的PH和COD。然后进入酸析反应池去除木质素,经沉淀后进入微电解池,微电解池出水经中和沉淀后进生化系统,污泥至污泥(浓缩)池。该部分去除部分有机物和大幅度降低CODcr、色度,降低PH提高了B/C值,为后续生化处理创造条件。

    2、在水解酸化池中同时调入营养料(P、N),降解大分子物质进一步提高B/C,降低CODcr。再重力流至好氧生化池。去除大部分溶解性有机物。

    3、生化出水重力流至二沉池,浮泥至污泥池,出水至排放池,达标废水就近排入附近沙溪。

    4、污泥经适当浓缩后用泵送至板框压滤机脱水,滤流回调节池,干泥定期外运,或送锅炉掺煤焚烧,避免引起二次污染。

    (四)工艺特点

    突出预处理,首先去除不可生化的部分,提高废水的可生化性,同时可降低经常性费用,确保废水达标排放。

    1、斜网主要去除SS和回收纤维

    2、调节池的目的是对废水均质均量,同时将部分水用于水膜除尘,进行酸碱中和及去除部分有机物,保证后续生化处理条件。

    3、酸析主要去除木质素,降低COD。

    4、加药反应沉淀,主要目的是去除部分有机物,降低色度和SS。

    6、微电解主要去除不可生化的有机物,降低COD。

    7、水解酸化主要目的是去除部分有机物,降低色度和SS,提高了B/C,适当降低了PH值,为好氧生化创造条件。

    8、生化系统采用好氧生化方式,可减少构筑物,节省投资,耐冲击,污泥量少,主要去除大部溶解性有机物。

    9、最终二沉池,可进一步去除不可降解有机物、色度等使处理水达标排放。

    10、污泥处理,结合当地实际和经济条件采用板框压滤机处理方式简单有效。

    
    六、主要设计参数

    (一)斜网\调节池

    1、斜网

    为了回收废水中的纤维并降低废水中SS的含量,在工艺的前端设置收浆系统。常规的收浆方式有斜网收浆和圆网收浆,该工程采用斜网收浆。滤网采用60目尼龙网,以保证浆的回收量和出水水质,降低后续工艺的负荷。

    设计计算:使用60目尼龙网

    设计二套,供二类废水分别处理。

    2、调节池

    设计二套,供二类废水分别处理。

    调节池1有效容积1000m3, HRT=8h。池内设液位计控制泵启闭。

    调节池2有效容积2200m3, HRT=8h。池内设液位计控制泵启闭。

    3、提升泵

    提升泵1:LW125-130-20-15污水泵,一台,

    提升泵2:LW200-300-15-22,一台,

    (二)酸析反应池

    采用空气搅拌,LSR-WD65,Q=1.87m3/h,N=4KW,H=6m。

    有效容积65m3,T=30min

    (三)初沉池

    有效容积125m3,HRT:T=60min

    (四)、微电解反应池

    有效容积200m3,HRT=1.5h,

    采用空气搅拌,LSR-WD80,Q=3.44m3/h,N=4KW,与中和池共用。

    (五)、中和池

    有效容积125m3,HRT=1.0h,与微电解电解反应池共用。

    (六)一沉池

    有效容积150m3,

    HRT=60min

    (七)水解酸化池

    有效容积1000m3,有效水深5.0m,HRT=8h,

    采用三叶罗茨鼓风机LSR-WD125-Ⅱ, Q=15.52m3/min,P=58.8KPa,N=11KW,一台,定时工作以节省经常费用。

    (八)好氧生化池

    有效容积2000m3,有效水深4.9 m ,HRT=16h

    需要风量31.25m3/min

    选用LSR-WD125-ⅡA, Q=15.52m3/min,P=58.8KPa,N=11KW,二台

    (九)二沉池 
    
    有效容积125m3,

    HRT=60min

    (十)污泥脱水

    1、污泥池

    污泥池兼作浓缩池,有效容积400m3

    2、污泥泵

    选用G50-1,二台

    3、压滤机

 

型号

过滤面积(m2

筐内尺寸(mm

滤筐厚度(mm

滤板数(片)

滤筐数(片)

装料容积(m3

最大滤饼厚度(mm

数量

()

XMYJ80/800-100

100

800×800

60

100

100

1600

30

2

 

    (十一)加药系统

    使用聚合氯化铝和聚丙烯酰胺(PAM)

    根据水质现场确定

    采用泵计量投加方式

    (十二)气浮系统

    1、反应池

    采用孔室反应

    有效容积70m3,平均有效水深2.3m,T=15min

    2、气浮池

    有效容积180m3,

    反应室:T=5.5min

    分离室:表面负荷2.7m3/m2·h,回流溶气水量按30%计

    停留时间:T=30min

    流气水泵:选用125TSWA×2多级泵,溶气罐:KL-3型

    空压机,刮泥机,液位调整装置,释放器,限位器等配套供应

    出水区:按溶气水泵考虑,T=30min。

    七、各处理单元主要污染指标去除效果预测表

    各处理单元预计去除效果(单位均为mg/L)

指标

处理单元

CODcr

BOD5

SS

进水

出水

去除率

进水

出水

去除率

进水

出水

去除率

斜网调节池

7000

6300

10

2000

2000

0

1500

1500

0

酸析

6300

2520

60%

2000

1000

50%

1500

300

80%

微电解

2520

1764

30%

1000

750

25%

300

150

50%

好氧生化

1764

353

80%

750

75

90%

150

75

50%

二沉池

       
八、主要构筑物、设备等投资概算(最终以扩初设计为准)  

 
    (一)主要构筑物设计参数

 

序号

名  称

参数

材料

数量

备  注

1

斜网

 

砖混

1座

 

2

调节池1

1000m3

钢砼

1座

可依现场情况适当增减

3

调节池2

2200m3

钢砼

1座

可依现场情况适当增减

4

酸析反应池

65 m3

钢砼

1座

 

5

沉淀池

125m3

钢砼

1座

 

6

微电解池

200m3

钢砼

1座

 

7

中和池

125m3

砖混

1座

 

8

一沉池

150 m3

砖混

1座

 

9

水解酸化池

1000 m3

钢砼

1座

 

10

好氧生化池

2000 m3

砖混

1座

 

11

二沉池

125 m3

砖混

1座

 

12

机泵间

50m2

砖混

1座

 

13

污泥脱水车间、值班室

90m2

砖混

1座

可依现场情况适当增减

14

污泥浓缩池

200 m3

砖混

2座

 

 


    (二)主要设备及投资
 
序号
名    称
规格、型号
数 量
价格(万元)
1
污水泵1
LW200-300-15-22
1台
 
2
污水泵2
LW200-300-15-22
1台
 
3
曝气机
LSR-WD125-ⅡA
2台
 
4
微电解填料
 
 
 
5
溶气水泵
 
1台
 
6
曝气装置
TK/R65
210台
 
7
加药设备
非标(防腐)
6套
 
8
气浮配件
 
1套
 
9
曝气机
LSR-WD65-ⅡA
2台
 
10
空压机
 
 
 
11
高压浓浆泵
G50-1
2台
 
12
控制柜
非标
1台
 
13
曝气系统
非标
 
 
14
预曝气系统
非标
 
 
15
电缆线照明仪表
 
 
 
16
板框压滤机
XMYJ80/800-100
2台
 
17
中心管及支架
 
2台
 
18
管道阀门
 
 
 
19
安装费
 
 
 
20
运输费
 
 
 
21
 
 
 
22
小   计
 
 
96.85

    (三)其它
 
序号
名    称
金  额(万元)
1
设计费
 
2
调试费(不含药剂费用)
 
3
小   计
10

    总计投资费用106.85万元,土建详细费用应在初设完成后最终确定。

    九、  废水处理费用

    (一)  操作管理人员工资:

    废水处理站24小时连续三班三运转,操作人员每班2人,共计6人。按每月工资平均1000元计

6×12×1000元/9410/365=0.021元/吨-水

    (二)  药剂费:

    混凝剂FM和助凝剂PAM组合使用,由于目前无废水试验,暂且估算0.6—1.5元/吨-水。

    (三) 电费:

    0.35元/吨-水。

    (四) 处理每吨水总运行费用:

    0.021+0.5+0.35=0.871元

    经常运行费:根据具体水质的不同,运行费用在0.9—1.9元/吨-水之间。由于本工艺采用了酸析工艺,工程投入运行后,可以回收部分木质素,木质素目前市场价约2300元/吨,可抵消部分运行费用。由于目前缺乏中段废水的具体水质数据,木质素的回收量应待小试后方能确定。

    十、合作方式

    由我公司提供全部工程设计,土建由厂方施工,设备安装、调试由我公司负责。

    十一、补充说明

    因时间仓促,最终方案及详细参数的确定需扩初设计完成

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