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1、造纸白水的封闭回用及其应对方法潘海燕（广西宁振纸业有限公司，南宁， 530201 ）摘 要： 本文叙述了白水回用的情况，并主要叙述了白水在回用后所采取的措施。关键词： 白水 循环 捕捉剂 助留 助滤随着制浆造纸工业的快速发展，对其资源利用和污染的要求也相应的提高。众所周知，制浆造纸工业是自然资源、能源消耗量和环境污染很大的工业，而水污染则是制浆造纸工业最主要的污染。因此，如何循环利用水资源成为了造纸工业关注的问题。从目前国际上相关技术的发展情况来看，在纸机的白水系统实行白水封闭循环是较为可行的方案，也已经得到了国内外造纸工作者的认同。1 白水循环的概念和使用原则将造纸机排出的白水直接地或者经过
2、白水回收设备回收其中的固体物料后再返回造纸机系统加以利用的方法，称为白水的封闭循环。关于白水系统的封闭，有多种描述。有研究者将白水封闭循环分为等级，以白水回用率的多少表示系统的封闭程度， 100% 的白水回用则称为系统的全封闭。也有研究者将系统简单的分为开放系统和封闭系统，以纸厂吨纸消耗的新鲜水用量，作为划分系统开放和封闭的标准。吨纸用水量超过 2.85m 3 的视为开放系统，而用水量低于 2.85m 3 则视为封闭系统。白水在回用的过程中，应该遵守一定的使用原则，就是应该在保证纸机正常操作和各部位用水的质和量的前提下，合理优化分配和使用。首先考虑利用浓白水；其次，考虑如何最大限度的利用白水回
3、收系统的澄清水；为了防止白水回收系统不正常，引起水质的波动，应在考虑实际情况安装过滤装置；另外，考虑是否可将处理过的澄清水用于网部的喷淋清洗水。2 白水封闭回用的情况目前在全世界范围内，减少抄纸用水和白水封闭回用都在不同程度的进行。加拿大、美国等一些造纸工业比较发达的国家在某些生产瓦楞纸板和挂面纸板的工厂已经实际了白水的全封闭循环。如美国某纸厂是一家用 100% 回收纤维生产规模为 400t/d 箱纸板厂，这是一家现代化的小型纸厂，使用 100%OCC 为原料，设计并成功的实现了零排放。过程白水经过一台多圆盘过滤器处理，然后通过 DAF 净化去除白水中的大部分悬浮物和一些可溶解物，一部分净化水
4、送到纸机回用。剩余的水送到二级生物处理厂去除 BOD ，再经过过滤后回用。在造纸白水循环回用方面，我国国内的研究与国外相比还有很大的差距，但是已经引起了国内广大造纸工作者的重视。如广东莲花山造纸有限公司主要生产生活用纸（卫生纸）与包装用纸两大类，生产原料采用国内外废纸。在上级各级部门的支持下，本厂积极开展环保工作，根据自己的实际情况，并吸收同行业其他兄弟单位的经验，制定出将工业废水进行处理后循环回用，实现零排放的废水治理方案。结果表明，莲花山造纸有限公司的工业废水经处理后循环使用，实现了零排放。澄清水回车间使用，污泥经过滤压饼处理，不再排出污水对环境造成污染，符合了环- 46 - 上海造纸 第
5、 35 卷 第 5 期保要求。从目前的生产实践来看，在文化用纸和新闻纸的生产中，在造纸系统实施半封闭的白水循环利用以及部分送去制浆系统循环利用，以达到节约用水是较为现实的方案。如在广州造纸厂的新闻纸生产线，白水经过多盘回收机和气浮系统二个工序的处理后回用。3 白水封闭回用后产生的不良影响白水中含有各种溶解的有机物、无机物及微生物等，当纸机的白水系统封闭后，随着进入系统的新鲜水量和排出的废水量的大大减少，积累在系统中的有害物质将大大增加。造成水质下降，或产生泡沫，或产生腐浆，或 pH 值失控难以施胶，或产生沉淀和污垢，堵塞网孔和毛毯，或粘度升高，滤水困难等，给纸机湿部和成纸性能造成影响。表 1
6、所示为白水封闭后产生的影响。表 1 白水系统封闭后产生的影响4 白水封闭循环后采用的应对措施在白水系统实行封闭循环后，白水中富集的物质对纸机湿部和纸页的性能带来了许多不利的影响。因此，在白水回用后必须采取相应的合适的手段尽量降低这些负面的影响。目前，国际造纸界在这个问题上采取的技术对策主要有两条：一是有针对性的采用一定的技术，对白水系统中富集的危害物质进行去除或分离，以减少其的不利影响：二是采用相应的有效的湿部化学品，来维持纸机湿部系统的平衡和稳定，以减少纸机操作上的波动。4.1 适当的白水封闭程度由于白水彻底处理的成本很高，而白水不进行处理就回用又会给纸机的生产运行带来不利的影响。因此白水封
7、闭循环的程度需权衡利弊，应在满足环保要求的前提下，根据企业实际情况，经过经济分析对比后选择合适的白水封闭循环方案和白水处理措施。4.2 白水中危害成分的处理白水中包括大颗粒的杂质和悬浮物、细小颗粒杂质、有机和无机溶解和胶体物质。对于悬浮物，如细小纤维等，采用机械的方法。对于溶解固体采用曝气塘、活性污泥和厌氧或好氧生物反应器处理。对于白水中悬浮固体的处理，采用的主要措施包括气浮法、斜板（斜管）沉淀法、多圆盘过- 47 -2004 年 12 月滤机、射流气浮法、纤维球过滤法等。最近，开发出 KROFTA 超效浅层气浮新技术，该技术是当今世界上最先进的白水回收技术，近几年国内引进多台用于纸机白水回收
8、，收到很好的效果。实践证明，气泡直径越小越不易破裂，这就避免了上浮过程中及上层浮出物因气泡破裂造成悬浮物重新下沉的弊病。经过初级处理很难将水中的细小杂质彻底的去除，如果回用于喷水管等易造成堵塞和沉淀，因此还应该采用过滤技术进行处理。通常采用的过滤方法有多介质过滤、微滤、超滤、反渗透等。多介质过滤器里可装填石英砂、无烟煤和活性炭等填料，这些具有较高比表面积的填料相互间堆砌形成的微孔或自身的微孔对水中微小杂质具有拦截和吸附作用，从而达到去除的目的。一般多介质过滤器出水悬浮物可控制在 5mg/L 以下。微滤系统已经证明能有效的去除颗粒大于 0.2 微米的颗粒，而超滤能去除更小的颗粒。经过微滤或超滤处
9、理后的水中几乎不含有悬浮物。这种处理过的水回用不会产生堵塞和沉淀的现象。对于白水中的有机、无机溶解和胶体物质，是白水中的主要危害成分，也是 BOD 和 COD 的主要贡献者。处理常采用的方法为生化处理、过滤技术、蒸发等。目前制浆造纸废水处理中比较可靠的除去有机物的方法有带选择池的活性污泥法和序批式反应器（ SBR 法）。其中 SBR 法随着自动化程度的日益发展而在废水处理领域得到了越来越广泛的应用。生化处理可使出水 BOD 5 达 30mg/L 以下，可满足废水排放对 BOD 的要求。如果白水中的盐类和低分子有机物含量太高，回用后将在系统中产生结盐、电化学腐蚀等问题。去除白水中溶解固体的方法主
10、要有蒸发技术、脱盐技术等。电渗析和反渗透都是离子级的过滤技术，具有操作简单，化工污染少的特点，一般脱盐率都在 80% 以上。4.3 纸机湿部化学的控制由于对白水进行完全处理的成本很高，从经济的角度考虑，将白水中有害组分全部分离比较困难。加强对白水封闭后纸机湿部系统的控制、提高系统的适应性和开发新型的化学品来适应白水封闭后湿部系统的变化，这些已经得到了造纸工作者的重视。4.3.1 白水封闭后纸机湿部参数的在线控制白水系统封闭后，纸机湿部的一些参数将发生变化，而湿部参数的变化将引起纸机操作和纸页质量的问题。因此当系统封闭程度不断提高，应该加强对参数的控制和监控。为了能够连续监控白水封闭后湿部系统的
11、变化，应该采用在线测量技术。控制的参数包括： pH 、电导率、溶解离子的浓度、 TOC 和 COD 、浊度、阳离子需求、 Zeta电位等。为了能够收集并分析湿部参数的变化，开发研究了计算机应用系统。如芬兰制浆造纸研究所研制开发的计算机系统 KCL-WEDGE ，能够在线分析在生产过程中发生的任何变化。 RobertFletcher 造纸厂于 1997 年 8 月在低定量新闻纸机上安装了留着率在线检测与控制系统。通过留着的在线检测来考察造纸助剂的性能。4.3.2 使用阴离子垃圾捕捉剂通过在纸浆中加入其他阳离子助剂之前加入阴离子垃圾捕捉剂，对系统中积累的阴离子杂质进行捕捉和定着，来改善纸机的湿部状
12、况，阴离子垃圾捕捉剂一般为高阳电荷密度的线性低分子量的聚合物，包括无机阴离子垃圾捕捉剂和有机的阴离子垃圾捕捉剂，例如聚胺、聚乙烯亚胺（ PEI ）、聚二烯丙基二甲基氯化铵（ P-DADMAC ）和一些无机的铝化合物（硫酸铝、聚合氯化铝等）。阴离子垃圾捕捉剂加入点一般是在纸浆加入其他阳离子助剂之前加入，有时必须尽早加入来控制系统的阳离子需求。阴离子垃圾捕捉剂的种类对其使用的效果也有着重要的影响。 Brouwer等人研究了不同阴离子垃圾捕捉剂对胶体物质和细小组分的影响，研究结果表明，有机 ATC 能有效的减少纤维表面的阳离子需求，而当减少干扰物质的阳离子需求时，应该首选无机 ATC 。与无机 AT
13、C ，有机的 ATC 的最大优点是不受 pH 值的影响，对抄纸体系也无影响，而且用量少，效果也十分明显。4.3.3 使用新型助留助滤剂在白水实行封闭后，一些助留系统的作用效果大大降低，甚至失效。因此，需要开发出一些- 48 - 上海造纸 第 35 卷 第 5 期新型的助留系统，来适应白水封闭后状况。一些研究表明，某些助留系统在白水封闭后仍有较好的作用性能。其中采用 PEO 等助剂的双组分助留系统可适应白水封闭后的湿部化学系统。另外，硅超微粒系统、三元微粒助留系统等也可以适应白水封闭后的湿部化学系统。聚氧化乙烯（ polyethyleneoxide ，简称PEO ）是一种高分子量的非离子性聚合物
14、，是造纸工业上一种常用的分散剂和助留助滤剂。 PEO对木素中酚基有较强的亲和力，可以牢固地吸附在机械木浆上，是一种很好的机木浆细小组分的助留剂。国外近期的一些研究表明，分子量在 7 10 6 的 PEO ，在白水封闭系统中的助留助滤性能大大优于其他阳离子助留助滤剂。单一的 PEO 体系对细小组分的吸附具有选择性，因而产生非对称的聚合物桥联。加入一些辅助助剂 CF 后，该双组分体系可吸附湿部系统内全部的细小组分，并增加吸附强度，特别适应白水封闭后的湿部系统。辅助助剂一般为酚醛树脂、萘基磺酸盐和木素等，即形成 PEO/PFR 助留体系和 PEO/ 木素（或改性木素）助留体系。刘全校等人研究了 CP
15、AM/PEO/PFR 三元助留助滤体系在双胶纸生产中的应用。研究结果表明，三元助留助滤体系对双胶纸浆料具有良好的助留助滤作用。Hulkko 和 Deng 等人的研究表明， PEO/PFR 体系在盐含量浓度越高时，助留效果越好。当盐含量浓度为 3000mg/LNa 2 SO 4 时达到最佳的留着率。三元微粒系统一般由凝结剂、絮凝剂和微粒子组成，是针对纸料中含有较多的阴离子垃圾的特点开发的。微粒子一般包括胶体硅、膨润土等。在加入絮凝剂和微粒子之前，先加入凝结剂进行阴离子垃圾的捕捉。加拿大某瓦楞原纸厂，原料为 OCC 和混合废纸。生产能力为 350t/d 。实行零排放初期，浆料中的胶粘物增多，遇到操
16、作问题，造成较多的停机。经湿部化学优化后，采用 DADMAC 、 CPAM 和膨润土三元助留助滤系统后，纸机抄造性能和胶粘物干扰问题得到了改善。先进的阴离子胶体硅微粒系统与阳离子淀粉和新的阳离子聚合物相结合，组成了超微粒系统，可用于高速喷浆成形器和全封闭循环系统。应用超微粒系统，能够提高产品的质量和增加产量，并且可以有效地利用纤维和其他原料，有助于降低生产成本。新一代的阴离子胶体硅产品为高聚合硅，其粒度约为 3 5nm ，比表面积为 500 1000m 2 /g 。硅球粒子之间的化学键为很强的共轭硅氧烷键，它的强度足以抵抗纸机湿部剪切力的破坏。与微粒相比，超微粒的性能更好，比表面积更大，具有高度的絮凝作用，而且在高干扰物质和高剪切系统中，对阳离子淀粉和聚合氯化铝都非常有效，使得淀粉 - 硅系统在高速夹网成形纸机中的应用成为可能。这种超微粒系统能够在造纸网上或白水中再絮凝，能够抵抗高湍流状态下较大的剪切力，进而改进造纸机的湿部以及白水净化系统的效率。5 小结目前，造纸白水的封闭循环使用已经得到了认同，
