CN114477662A

CN114477662A - 废纸造纸尾水的中水回用及超低排放工艺

Info

Publication number: CN114477662A
Application number: CN202210286863.4A
Authority: CN
Inventors: 葛强; 雷平; 罗灿; 欧阳永强; 朱丛韵; 张成峰; 刘桂芳
Original assignee: CHINA CEC ENGINEERING CORP
Current assignee: CHINA CEC ENGINEERING CORP
Priority date: 2022-03-23
Filing date: 2022-03-23
Publication date: 2022-05-13

Abstract

本发明公开了一种废纸造纸尾水的中水回用及超低排放工艺，涉及废纸造纸尾水中水回用处理领域，采用“预处理+双膜法+MVR蒸发结晶”工艺组合，包含废纸造纸尾水预处理、双膜处理、MVR蒸发结晶处理以及污泥处理四部分，大幅度降低废纸造纸尾水的COD、电导率、TDS/全盐量、浊度、硬度等指标，处理过程产生的中水可全部回用至各个生产车间，实现废纸造纸尾水的全部回用不外排，提高了水资源重复利用率。

Description

废纸造纸尾水的中水回用及超低排放工艺

技术领域

本发明属于造纸污水处理技术领域，涉及一种废纸造纸尾水的中水回用及超低排放工艺。

背景技术

截至2020年，中国废纸回收率和利用率已分别增长至46.5%和54.9%，废纸浆年产量接近5400万吨，其消耗量占中国国产纸浆消耗量的72.9%。废纸作为二次纤维回用于造纸企业生成再生纸，其制浆能耗、化学品消耗和污水污染负荷远低于原纤维木浆，对比传统植物纤维还能节约用水和能源50%以上，不仅带来了良好的经济效益，还进一步促进了环保、资源综合利用与经济的可持续发展。

由于废纸造纸污水具有处理工艺的逐渐成熟、工艺用水水质要求较低等背景，废纸造纸企业在造纸行业率先实现清洁生产和污水封闭循环回用这一目标变得可行。同时，部分省份开始结合区域实际环境容量在原版《制浆造纸工业水污染物排放标准》(GB3544-2008)上制定了更为严格的制浆造纸工业排污标准，限定各污染指标的年排放总量。传统废纸造纸污水经污水系统处理后达标排放或建立中水循环回用系统对部分水体实现回用处理，然而很少有废纸造纸企业实际开展污水零/超低排放工程。废纸造纸污水的零排放可以降低吨纸新鲜水用水量至1.5m³，减少相关排污等费用的缴纳，同时新鲜水用量的减少还能提高白水温度，使得网布滤水率上升，压榨后的干度提高，从而降低干燥能耗等。未来几十年，面临着国家对造纸行业制定逐渐严苛的环保政策和标准规范，废纸造纸零排放工艺具有良好的发展前景，开发一种废纸造纸尾水的中水回用及超低排放工艺具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种废纸造纸尾水的中水回用及超低排放工艺，建立中水回用系统来进一步处理污水处理系统的出水，经处理后最终出水的COD、电导率、TDS/全盐量、浊度、硬度等指标大幅度降低，出水满足车间生产用水水质要求。

本发明实现上述目的采用的技术方案：

废纸造纸尾水的中水回用及超低排放工艺，包括以下工艺步骤：

（1）一工段预处理：污水处理系统排放的造纸尾水首先自流至一工段均质池进行尾水的均质均量处理；均质池出水送至一工段澄清池，先后投加NaOH、Na₂CO₃、PAFC、APAM和H₂SO₄，去除尾水硬度、碱度和SS等；澄清池出水进入一工段快滤系统，截留水中SS、部分细菌、微生物等；一工段快滤出水进入一工段双膜处理工段。

（2）一工段双膜处理：一工段预处理系统出水先后进入一工段超滤膜过滤系统和一工段反渗透膜处理系统，其中，一工段超滤膜能去除大部分的SS、胶体及微生物；一工段反渗透膜截留水体中97%以上的阴阳离子，完成造纸尾水的脱盐和一级提浓。

（3）二工段预处理：一工段反渗透浓水进入二工段均质池进行均质均量处理；均质池出水送至二工段澄清池，先后投加NaOH、Na₂CO₃、PAFC、APAM和H₂SO₄，降低浓水的硬度、碱度和SS等；澄清池出水进入二工段快滤一系统，进一步去除水中SS；二工段快滤一出水先后进入二工段臭氧接触氧化池和曝气生物活性炭滤池，通过臭氧接触氧化使有机大分子断键提高可生化性，活性炭载体生物膜反应进一步降解反渗透浓水的COD；曝气生物活性炭滤池出水进入二工段快滤二系统去除SS，二工段快滤二出水进入二工段双膜处理工段。

（4）二工段双膜处理：二工段预处理系统出水先进入二工段超滤膜过滤系统，去除SS、胶体和微生物；超滤产水进入二工段阳离子交换器软化水质，保障后续浓水反渗透的运行；阳离子交换器出水先后进入二工段、三工段反渗透膜处理系统，截留水体中90%以上阴阳离子，完成造纸尾水的脱盐和二级、三级提浓。

（5）MVR蒸发结晶处理：三工段反渗透处理后的浓盐水进入MVR蒸发结晶车间，MVR蒸发结晶及干燥设备处理产生以氯化钠和硫酸钠为主的混盐，蒸发结晶的母液通过滚筒干燥处理得到杂盐，蒸发过程中产生的冷凝水则输送至回用水池。

（6）污泥处理：一工段和二工段澄清池产生的钙镁污泥先后送至污泥浓缩池和污泥混合池，在污泥混合池中加入PAFC和CPAM药剂调理，脱水处理后的污泥外运或资源化利用。

（7）中水回用：一、二、三工段反渗透产水及蒸发结晶冷凝水均进入回用水池，中水作为车间生产给水实现最终的生产回用；同时，根据实际运行情况日常补充5%~10%的清水弥补系统水损耗。

所述的步骤（1）和步骤（3）中，一、二工段澄清池均为机械搅拌澄清池，将絮凝反应与沉淀工艺综合为一体，由集成式絮凝区、沉淀区、和污泥浓缩区组成，具有处理效率高、运行稳定和操作简单等优点。先后投加NaOH、Na₂CO₃、PAFC、APAM和H₂SO₄多种药剂共同实现软化除硬，加药量依据实际来水水质情况进行调整。

所述的步骤（1）中，一工段快滤池采用锰砂滤料；步骤（3）二工段快滤池一、二工段快滤池二采用石英砂滤料，快滤池滤速为7～9m/h；均采用液位控制反洗过程，单独气冲强度为15～20L/m²∙s，单独水冲强度为8～10L/m²∙s，过滤周期为12～24h。

优选地，快滤池滤速为8m/h，采用液位控制反洗过程，单独气冲强度为18L/m²∙s，单独水冲强度为10L/m²∙s，过滤周期为18h。

所述的步骤（3）中，曝气生物活性炭滤池填充粒径为2～6mm的颗粒活性炭，正常滤速为5～6m/h，采用气水联合反冲洗，气洗时间为3～5min，气水联合冲洗时间为4～6min，单独水漂洗时间为8～10min，空气冲洗强度为12～18L/m²∙s，水冲洗强度宜为4～6L/m²∙s。曝气生物活性炭滤池集成生物氧化和截留悬浮固体为一体，有机物与填料表面微生物发生反应，同时填料起到物理过滤作用。

优选地，曝气生物活性炭滤池滤速为5m/h，采用气水联合反冲洗，气洗时间为4min，气水联合冲洗时间为5min，单独水漂洗时间为9min，空气冲洗强度为15L/m²∙s，水冲洗强度为5L/m²∙s。

所述的步骤（2）和步骤（4）中，超滤膜过滤系统包括预超滤装置、气洗系统和反洗泵等设备，孔径在0.005～0.1μm范围内，超滤膜过滤系统回收率为90%，反洗周期为20~40min，其中水反洗通量为60~80LMH、历时100~140s，气洗强度为6~8m³/h·支、气洗历时20~40s；超滤装置运行24h后，投加浓度分别为200mg/L、500mg/L的次氯酸钠或盐酸药剂进行维护性清洗；超滤装置运行60天后，投加的药剂有盐酸、氢氧化钠、次氯酸钠，浓度分别为10000mg/L、5000mg/L和5000mg/L进行化学清洗。超滤膜系统对胶体、悬浮颗粒、色度、浊度、细菌、大分子有机物具有良好的分离能力，保证反渗透膜处理系统的正常连续稳定运行。

优选地，步骤（2）和步骤（4）超滤膜过滤系统反洗周期为30min，其中水反洗通量为70LMH、历时120s，气洗强度为7m³/h·支、气洗历时30s.

所述的步骤（2）和步骤（4）中，反渗透膜处理系统包括保安过滤器、高压泵、反渗透膜装置、膜清洗设备等，一、二、三工段的反渗透回收率分别高于70%、75%和74.1%。

所述的步骤（4）中，阳离子交换器为弱酸阳床，滤速20~24m/h，由弱酸阳树脂填充，运行一段时间后，需要投加酸或碱进行阳床再生，其中再生酸/碱浓度为4～6%，再生时长均为1.5h，再生滤速为5m/h，再生周期为24h。弱酸阳床能有效防止水体硬度对后续反渗透和蒸发结晶造成影响，借助固体离子交换树脂中的阳离子与水中的钙镁离子交换，以达到软化水体的目的。

优选地，阳床滤速为22m/h，阳离子交换器投加再生酸/碱浓度为5%。

所述步骤（1）~（4）中，一、二、三工段水体pH值控制在6～11。

优选地，步骤（1）~（4）中，一、二、三工段水体pH值控制在6～10。

本发明提供了一种废纸造纸尾水的中水回用及超低排放工艺，进一步处理废纸造纸尾水，采用“预处理+双膜法+MVR蒸发结晶”的中水回用工艺实现造纸尾水的全部回用，二段澄清池有效降低尾水和反渗透浓水的Ca²⁺、Mg²⁺和SS，二段快滤系统进一步降低污水的SS和浊度，二段超滤膜过滤系统则截留和去除污水中的浊度、大分子有机物等，三段反渗透膜处理系统保证了水中溶解盐类的有效去除，辅以臭氧接触氧化池/曝气生物活性炭滤池、阳离子交换器的杀菌和软化等作用，MVR蒸发结晶完成浓水脱盐，大幅度降低造纸污水的COD、电导率、TDS/全盐量、浊度、硬度等指标，处理过程产生的中水可全部回用至各个生产车间，实现造纸尾水的全部回用不外排，提高了水资源重复利用率。

附图说明

图1为废纸造纸尾水的中水回用及超低排放工艺图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。

实施例1：

一种废纸造纸尾水的中水回用及超低排放工艺，当污水处理系统来水硬度小于500mg/L时，具体工艺步骤和药剂加药量如下：

（1）一工段预处理：设施包括一工段均质池、一工段澄清池和一工段快滤池。

污水处理系统排放的造纸尾水首先自流至一工段均质池，实现尾水的均质均量；均质池出水送至一工段澄清池，先后投加浓度分别为1‰、0.12‰、0.1‰、0.001‰和0.15‰的氢氧化钠、碳酸钠、PAFC、APAM和硫酸，有效去除水体硬度、碱度和SS等。澄清池出水进入一工段快滤系统，截留水中SS、部分细菌、微生物等，澄清池采用锰砂滤料，滤速为8m/h，采用液位控制反洗过程，单独气冲强度为18L/m²∙s，单独水冲强度为9L/m²∙s，过滤周期为18h。一工段快滤出水进入一工段双膜处理工段。

（2）一工段双膜处理：设施包括一工段超滤膜过滤系统及一工段反渗透膜处理系统。

一工段预处理系统出水先进入一工段超滤膜过滤系统，去除大部分的SS、胶体及微生物，超滤膜过滤系统回收率为90%，反洗周期为30min，其中水反洗通量为70LMH、历时120s，气洗强度为7m³/h·支、气洗历时30s；超滤装置运行24h后，投加浓度分别为200mg/L、500mg/L的次氯酸钠或盐酸药剂进行维护性清洗；超滤装置运行60天后，投加的药剂有盐酸、氢氧化钠、次氯酸钠，浓度分别为10000mg/L、5000mg/L和5000mg/L进行化学清洗；超滤产水进入一工段反渗透膜处理系统，截留水体中97%以上的阴阳离子，完成造纸尾水的脱盐和一级提浓，反渗透回收率高于70%。

（3）二工段预处理：设施包括二工段均质池、二工段澄清池、二工段快滤一系统、二工段臭氧接触氧化池、二工段曝气生物活性炭滤池和二工段快滤二系统。

一工段反渗透浓水进入二工段均质池，实现尾水的均质均量；均质池出水送至二工段澄清池，先后投加浓度分别为1‰、0.2‰、、0.1‰、0.0015‰和0.15‰的氢氧化钠、碳酸钠、PAFC、APAM和硫酸，大幅度降低浓水的硬度、碱度和SS等。澄清池出水进入二工段快滤一系统，进一步去除水中SS，快滤一系统相关参数和一工段一致。快滤一出水先后进入臭氧接触氧化池和曝气生物活性炭滤池，通过臭氧接触氧化使有机大分子断键提高可生化性，活性炭载体生物膜反应进一步降解反渗透浓水的COD，其中曝气生物活性炭滤池采用活性碳颗粒填充，正常滤速为5m/h，采用气水联合反冲洗，气洗时间为4min，气水联合冲洗时间为5min，单独水漂洗时间宜为9min，空气冲洗强度宜为15L/m²∙s，水冲洗强度宜为5L/m²∙s。曝气生物活性炭滤池出水进入二工段快滤二系统去除SS，快滤二系统相关参数和一工段一致，快滤二出水进入二工段双膜处理工段。

（4）二工段双膜处理：设施包括二工段超滤膜过滤系统、二、三工段反渗透膜处理系统和阳离子交换器。

二工段预处理系统出水先进入二工段超滤膜过滤系统，去除SS、胶体和微生物，超滤膜过滤系统相关参数和一工段一致。超滤产水进入二工段阳离子交换器，进一步软化水质，以保障后续浓水反渗透的运行，阳床正常滤速22m/h，用弱酸阳树脂填充，投加酸或碱进行阳床再生，其中再生酸/碱浓度为5%，再生时长均为1.5h，再生滤速为5m/h，再生周期为24h。阳离子交换器出水进入二工段、三工段反渗透膜处理系统，截留水体中绝大部分阴阳离子，完成造纸尾水的脱盐和二级、三级提浓，二、三工段反渗透回收率分别高于75%和74.1%。

（6）污泥处理：一工段和二工段澄清池产生的钙镁污泥先后送至污泥浓缩池和污泥混合池，在污泥混合池中加入PAFC和CPAM药剂调理发生絮凝反应，脱水处理后的污泥外运或资源化利用。

实验结果：以上述实施例1中的工艺方法和步骤进行实验，实施例1中的污水处理测试结果如表1所示。

表1 实施例1中的尾水处理测试结果

上述各实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.废纸造纸尾水的中水回用及超低排放工艺，其特征在于包括以下工艺步骤：

（1）一工段预处理：污水处理系统排放的造纸尾水首先自流至一工段均质池进行均质均量处理；均质池出水送至一工段澄清池，先后投加NaOH、Na₂CO₃、PAFC、APAM和H₂SO₄；澄清池出水进入一工段快滤系统；一工段快滤出水进入一工段双膜处理工段；

（2）一工段双膜处理：一工段预处理系统出水先后进入一工段超滤膜过滤系统和一工段反渗透膜处理系统，完成造纸尾水的脱盐和一级提浓；

（3）二工段预处理：一工段反渗透浓水进入二工段均质池进行均质均量处理；均质池出水送至二工段澄清池，先后投加NaOH、Na₂CO₃、PAFC、APAM和H₂SO₄；澄清池出水进入二工段快滤一系统；二工段快滤一出水先后进入二工段臭氧接触氧化池和曝气生物活性炭滤池；活性炭滤池出水进入二工段快滤二系统，二工段快滤二出水进入二工段双膜处理工段；

（4）二工段双膜处理：二工段预处理系统出水先进入二工段超滤膜过滤系统；超滤产水进入二工段阳离子交换器软化水质；阳离子交换器出水先后进入二工段、三工段反渗透膜处理系统，完成造纸尾水的脱盐和二级、三级提浓；

（5）MVR蒸发结晶处理：三工段反渗透处理后的浓盐水进入MVR蒸发结晶车间，MVR蒸发结晶及干燥设备处理产生以氯化钠和硫酸钠为主的混盐，蒸发结晶的母液通过滚筒干燥处理得到杂盐，蒸发过程中产生的冷凝水则输送至回用水池；

（6）污泥处理：一工段和二工段澄清池产生的钙镁污泥先后送至污泥浓缩池和污泥混合池，在污泥混合池中加入PAFC和CPAM药剂调理，脱水处理后的污泥外运或资源化利用；

（7）中水回用：一、二、三工段反渗透产水及蒸发结晶冷凝水均进入回用水池，中水作为车间生产给水实现最终的生产回用；同时，日常补充5%~10%的清水弥补系统水损耗。

2.根据权利要求1所述的废纸造纸尾水的中水回用及超低排放工艺，其特征在于：所术的步骤（1）中，一工段快滤池采用锰砂滤料；所述的步骤（3）中，二工段快滤池一、二工段快滤池二采用石英砂滤料，滤速为7～9m/h；均采用液位控制反洗过程，单独气冲强度为15～20L/m²∙s，单独水冲强度为8～10L/m²∙s，过滤周期为12～24h。

3.根据权利要求1所述的废纸造纸尾水的中水回用及超低排放工艺，其特征在于：所述的步骤（3）中，曝气生物活性炭滤池填充粒径为2～6mm的颗粒活性炭，滤速5～6m/h，采用气水联合反冲洗，气洗时间为3～5min，气水联合冲洗时间为4～6min，单独水漂洗时间8～10min，空气冲洗强度12～18L/m²∙s，水冲洗强度4～6L/m²∙s。

4.根据权利要求1所述的废纸造纸尾水的中水回用及超低排放工艺，其特征在于：所述的步骤（2）和步骤（4）中，超滤膜过滤系统反洗周期为20~40min，其中水反洗通量为60~80LMH、历时100~140s，气洗强度为6~8m³/h·支、气洗历时20~40s；超滤装置运行24h后投加次氯酸钠或盐酸药剂进行清洗。

5.根据权利要求1所述的废纸造纸尾水的中水回用及超低排放工艺，其特征在于：所述的步骤（4）中，阳离子交换器为弱酸阳床，滤速20~24m/h，由弱酸阳离子树脂填充，投加酸或碱进行阳床再生。

6.根据权利要求1所述的废纸造纸尾水的中水回用及超低排放工艺，其特征在于：所述步骤（1）~（4）中，一、二、三工段水体pH值控制在6～11。