1、欧洲造纸厂如何减少废水排放对环境的影响Reducing the Environmental Impact of European Paper Mills Water Effluent摘要: 介绍了欧洲造纸厂水的使用、处理、排放、污染来源及对环境造成的影响。提出了一系列节约用水的措施。重点介绍了造纸厂废水处理的三级处理方法, 特别是对生物处理法作了详细介绍。在环境日益变化的今天, 企业在创造经济效益的同时要有环境与社会责任, 这一点变得越来越重要,造纸企业也不例外。目前, 欧洲生产的83% 的浆、纸来自于那些遵守环境管理体系( EMS) 的工厂,这说明EMS是有助于纸厂降低环境影响的重要工具。为
2、了达到EMS的要求, 企业必须遵守任何与其服务相关的法规。造纸厂也不例外, 而且许多区域都在此范围内有大量潜在的污染源, 应对其进行密切监视以确保污染被恰当地处理。从废气的排放、水的处理、化学品的使用到废物的产生, 都有越来越多的法规需要纸厂来遵守。1、 纸厂水的使用浆纸工业是欧洲第二大耗水大户, 纸厂用水主要取自地下水, 还有地表水如运河、湖泊、水库和河流, 英国大部分纸厂的用水取自地表水。纸厂的耗水量因所生产产品不同而不同, 如果一家纸厂生产大量不同颜色或等级差别的纸, 那么需经常清洗系统, 耗水量相对较大。有些纸的生产并不需要回用的白水多么洁净, 有些甚至能在形成封闭水系统的环境中生产,
3、 纸厂用水不仅用于纸机生产,也可作冷凝水和锅炉用水。2、水的处理纸厂的废水必须经过处理才能排放到水体中, 可以由纸厂直接处理, 也可以由污水处理厂处理。越来越严格的法规使纸厂面对着更大的压力, 纸厂必须有废水处理的最佳可行技术。纸厂排放的废水中BOD、COD及固体悬浮物( SS)含量都很高。各纸厂废水因生产纸种不同而异, 但大体包括: 10100 kg总固体悬浮物( TSS) /t纸; 540 kg COD /t纸; 230kg BOD/t纸。废水处理可以在厂内废水处理车间处理, 也可以在厂外的污水处理厂处理。厂内处理可分成: 一级处理, 去除大部分固体悬浮物如纤维和无机颗粒, 同时也去除大的
4、惰性固体; 二级生物处理, 去除可溶有机物, 从而降低废水生物负荷, 可以采用好氧和厌氧处理(后者在浆纸厂废水处理中较少使用);三级处理, 包括废水的深度处理, 确保废水达到排放或回用标准。将废水送去污水处理厂处理的纸厂所花费的排污费取决于废水的流量及负荷。这是用Mogden公式计算的, Mogden公式根据废水的体积及强度计算费用,并且遵从地区差异。一些工厂通过把一级处理后的废水送去污水处理厂处理来降低排污费, 因为这种废水降低了有机负荷并清除了数量可观的固形物。3、向水体排放在大多数情况下, 经过处理的废水将排入河流、海洋、湖泊或者水库。一般情况下, 对排放到水体的任何点源废水会有排放限制
5、以确保其不会对自然生态系统产生负面影响。在综合污染预防与控制条款下,纸厂会有一个PPC 许可, 规定了被允许排放的特定参数的最大值, 包括: 溶解氧( DO )、pH 值、TSS、温度、流量、总氧化氮、氨氮、磷酸盐。4、废水的环境影响英国境内的河流都被政府部门监控以保证水质。为了确定河流的水质级别, 需要对水进行化学及生态参数的分析, 然后设定水质的改进目标。对鱼群数目或微生物种群等因素也要进行分析, 以确保河流未因污染物排放而被污染。物种的种类和每一物种个体数目的变化可预示水环境的变化。排放废水中高浓度的BOD和COD会降低河流中的溶解氧含量, 导致水生植物和鱼群资源枯竭。水体中溶解氧的存在
6、使得微生物可降解一定数量的流入水中的废物。这一降解有机物的能力称为河流的自净能力。当超过河流自净能力时, 水体就会被污染。高浓度的BOD 和COD 意味着微生物将需要大量溶解氧来降解有机物。如果纸厂将废水直接排入河流而不是送入污水处理厂处理, 那么监管机构将给它规定一个BOD和(或) COD 特别排放限值, 以保证河流的自净能力不被破坏。纸厂未处理废水中都含有固体粒子和有毒物质。可沉淀的有机固体对接受水体是最有害的, 因为这些有机固体易于沉淀在静止区, 导致其累积并使这一区域变得缺氧。与好氧生物降解不同, 厌氧微生物降解有机物会释放出甲烷和硫化氢。固体悬浮物中含有可以被微生物降解的有机物, 这
7、些固体悬浮物对水质外观也有影响, 使水变得浑浊并影响光线透过。浆纸厂排入河流的废水一般不会有严重的毒性,但废水中有些成分可能是高毒性的, 如树脂酸、不饱和脂肪酸和氯代酚, 由于它们对鱼类有毒性, 所以高浓度的此类物质是不允许被排放到水体中的; 尽管如此, 它们的累积效果有时是未知的。纸厂废水中另一重要因素是色度。高色度废水会有较差的外观并招致河流的其他用户或者公众的投诉。另外, 高色度也会阻碍光线的透过而影响水生植物的生长。高浓度的氨不利于鱼类的生长, 尤其是在氧浓度低时。纸厂废水一般氮浓度较低, 然而在二级处理段为了降低活性污泥系统中的废水负荷, 微生物需要营养物的供应。这些营养物在浆纸厂废
8、水中是没有的,需要向里添加。若相对于已有的微生物, 营养物添加量过多时, 高浓度的氮和磷会被排入水体。这会使已有高浓度氮的河流产生富营养化问题, 使水藻迅速增殖并覆盖水面, 进一步降低河流的溶解氧浓度。5 减少废水对环境的影响5.1 水的用量首先要降低废水的排放量和浓度, 使废水易于处理, 这样会降低排放超标的风险。降低纸厂耗水量也具有很大的经济效益, 因为它减少了资金支出: 处理入水(如果水源是地表水或地下水) 的费用, 泵水的费用和系统维护及厂内厂外处理费用。减少用水量也可保证纸厂对水的供应。干旱地区的纸厂在旱灾时如果减少20% 的用水量也会持续得到水的供应。可以通过以下措施降低吨纸耗水量
9、: 标示并修理所有泄漏管道;严防溢出或漏干;在软管上安装触发器;在设备上安装流量阀和流量表以监控水的消耗;合理安排生产使变化幅度更小以减少冲洗量; 调整设备(如纸机喷嘴的数目和型号) ; 尽可能回用纸厂其他区域的冷却水; 尽可能回用纸厂其他区域白水(通过安装过滤器和筛子改进白水质量,使可以利用的白水量增加) ; 在压紧的密封压盖处使用澄清水或使用机械压盖; 用真空泵密封系统,以最大限度地减少用水量, 如尽可能使用澄清白水;为净化罐槽安装就地净化 (CIP) 系统, 取代手动软管; 改进白水存储罐, 提高其能力, 并提高固体和纤维的去除率;回收处理过的废水。减少纸厂的泵水量可节省资金, 降低能耗
10、, 减少碳排放。纸厂降低用水量的根本办法是形成全封闭水系统。封闭水系统可确保事故排水(如溢流或泄漏)对废水排放有较小的影响。再有, 不同纸厂的零排放( ZLE) 技术也不同。制造瓦楞芯纸的工厂利用物理分离和生物处理达到零排放。已证明, 膜法水处理技术在制造挂面纸板的工厂得到成功应用, 因为它可以筛除任何污染物。反渗透也已经被证明可成功去除小的无机离子, 处理后的水可用作锅炉冷却水。采用化学沉降、蒸汽机械再压缩和冷冻结晶也可实现零排放。2001年的调查显示, 60% 的纸厂降低耗水量主要原因是由于受法律的约束, 而在1995年这一数字只有21% 。这一数字的增长说明, 法律在纸厂日常运行中越来越
11、重要。5.2 废水浓度降低被处理废水的浓度或负荷也意味着废水排放可以被更有效地控制。在纸厂流失的不仅仅是纤维,其他物质如填料、杀菌剂和助留剂也会流失, 这意味着废水必须在排放前进行处理。表1给出了一些在造纸生产中使用的非纤维添加剂。如果表1中所列的化学品在使用时不被控制, 废水中的COD会增加, 会使废水生物处理车间的负荷增加, 导致废水难以处理。当机器不运转或不需要化学品时, 关闭化学品给料器可减少非纤维化学品的流失。对其他领域也应注意, 如确保最佳的化学品以恰当的方式使用, 泵按工作要求正确地分类, 按照化学品的需求量调整泵的速度和变化幅度, 适时地检查系统和例行维护, 确保机器正常有效地
12、运行。当纸的等级和颜色发生变化以及系统经常出现故障时, 废水处理设施( ETP) 会产生高负荷和高流量。这种情况可以通过调整生产计划使相似产品依次生产或者集中小订单进行生产来降低这种影响。表1、造纸生产中使用的非纤维添加剂5.3 严格控制ETP确保ETP有效运行并及时注意其变动可以确保排放的废水在控制之内。提高废水处理设施的性能,纸厂不但能严格服从排放标准, 而且还能降低成本。5.3.1 一级处理送往ETP的废水流量和负荷会因所生产的产品不同而产生变动。废水处理车间所接受的水会有大的变化, 一种有效处理这些变化的方法是采用一个足够大的平衡罐。这就确保了ETP连续接受相似浓度的废水流, 从而提高
13、一级处理的效率, 保护生物处理系统免受任何流量冲击。其毒性、高流量、负荷的变化以及pH值都可以在一级处理前被平衡罐缓冲。有人认为, 平衡罐应该有能容纳将近12 24 h 流量的体积。废水经过一级处理可去除固体物质, 降低了废水的BOD和COD浓度。确保一级处理去除最佳数量的固体物质, 这意味着会减少二级生物处理段的处理负荷。为了分离固体(在使用重力沉淀池的情况下),会增加助凝剂和絮凝剂以及空气摄入和浮选化学药品(在使用浮选沉淀池的情况下) 用量。一级处理的目的是去除所有大的固形物, 同时降低了废水的BOD 和COD 浓度。这可通过筛选、沉淀、溶解空气浮选法( DAF ) 和乳胶分解法来实现(见
14、表2)。表2 一级处理的类型一级处理的类型最佳操作方式筛选确保筛的清洁并保证没有堵塞； 经常维护确保筛的有效使用溶解空气浮选法添加助凝剂/絮凝剂来增加固体物的去除。进行悬浮物分离试验以确定去除固体的最佳化学品用量；确保最佳空气饱和量；保持上流速度在510 m /h之间；确定刮刀最佳速度,保证最少量的水被污泥带走沉淀添加助凝剂和/或絮凝剂来增加固体物的去除。进行悬浮物分离实验以确定去除固体的最佳化学品用量; 保持上流速度在16m/h左右; 确保污泥被有效分离未处理的涂布废水会使废水处理车间产生较大问题, 所以应该保持此类废水不被混合, 直至其负荷降低。可以通过添加助凝剂, 如硫酸铝来破碎这些乳化
15、物并使固体沉淀, 从而降低负荷。5.3.2 二级生物处理尽管纸厂二级生物处理可以采用好氧和厌氧的方式进行, 但是大部分英国纸厂都采用好氧系统。主要有2种类型: 悬浮生长系统(如活性污泥法、序批式反应器、氧化沟)； 附着生长系统(如生物滤池、生物转盘)。工厂大部分采用活性污泥法。为确保活性污泥系统获得最大效率, 重要的是了解并根据溶解氧、污泥龄、食物与微生物量的比率来调节。由于生物反应器内的微生物利用废水中的有机物生长和繁殖, 有必要“浪费”一定量的微生物。这被称作剩余活性污泥,并且这与留在反应器内的微生物数量相联系, 从而产生了污泥龄。有人认为, 活性污泥需要的最佳溶解氧量为12mg/L。这是
16、一个细菌生长所必需的氧量。F：M比率是“食物”数量( BOD 负荷) 与微生物量的比值。F：M 比率取决于生物处理的方式和污泥龄。了解F：M的最优比率及污泥龄对ETP 的处理进程是重要的。表3给出了不同生物处理方法的F+M 比率和污泥龄。表3 对不同生物处理方法的F：M比率和污泥龄生物处理系统中加入营养物使微生物保持健康。氮和磷最佳加入量:m ( BOD ) ：m (N )：m ( P) = 100：5：1。超剂量加入氮和磷会增加排放到水体中营养物的浓度并造成负面影响。与悬浮生长系统有关的问题包括: 污泥膨胀:当二沉淀池中的污泥沉降性能较差时, 会造成固体悬浮物流出沉淀池并可能被排放到河流中。
17、这一般是由于丝状菌的出现或絮状物间保持过量的水造成的。污泥上浮: 可以由反硝化产生的气泡上升并携带污泥造成。起泡沫: 通常由一种称为诺卡氏菌的丝状菌引起。一般当ETP有“冲击”负荷时以及当混合液固体悬浮物浓度(MLSS-活性污泥固体物含量) 高时出现。这些问题可以由一些不同因素产生, 但是监控进入废水的特性(尤其是pH 值、负荷、流量) 很重要, 加入最佳量的营养物和氧, 并确保回流活性污泥、污泥龄、F+M 比率即能满足要求。其他要注意的因素包括当进入废水与回流活性污泥和营养物混合时会出现缺氧区, 要确保废水在充气罐和澄清池中有足够的停留时间, 使反应充分进行。( 1) 附着生长系统 附着生长
18、系统由可使微生物膜生长的介质组成,废水喷过或慢慢流过它的顶部。死细胞被脱落而带走, 这一过程对废水处理非常重要。与悬浮生长系统相似, 附着生长系统也需要恒定的食物和氧气的供应, 温度对附着生长系统也很重要, 因为温度会影响像蠕虫和蝇类这样的微型无脊椎动物的产生。在冬季, 微型无脊椎动物的活性降低, 此时细菌和原生动物是不受影响的。细菌分泌的黏液的积累会导致滤器堵塞。保持废水有恒定的温度可缓解这个问题。附着生长系统可能出现的问题一般与堵塞有关。为防止细菌的过度生长, 必需调整负荷和废水量。表4给出了最优的限额。表4 附着生长系统负荷率( 2) 二沉淀池所有固体物在二沉淀池中的沉淀是重要的, 这样
19、可确保固体物被截留并使微生物可以回到活性污泥系统。了解MLSS 和SSV I 特别有助于ETP 更高效地运行。533 三级处理纸厂废水三级处理的目的是确保废水不管是排放到河流还是在纸厂回用, 都达到各自的要求。三级处理有助于降低氨、色度、浊度等, 进一步确保废水达标排放。ETP有效运行最重要的因素是采样、记录、分析和调整。不同纸厂废水处理车间处理的废水也不同,因此, 废水处理工作人员要注意废水处理车间发生的任何变动并找出原因, 这一点非常重要。对ETP的平稳运行来说, 一个好的数据采集库和调查是无价的。6 结 语随着人们环境意识的增强、法规的日益严格以及消费者对环境友好型产品的迫切需求, 企业要尽一切可能确保生产不会对环境产生负面影响。环境法规和标准鼓励和确保企业不但要遵守环境法规而且要不断尝试改善环境, 纸厂的方法是降低其废水的潜在环境影响。首先是减少用水量, 从而减少需处理的废水量, 这不仅有经济效益而且有环境效益; 也可以通过减少化学品的耗费, 降低废水负荷, 从而取得经济效益及环境效益; 严格监控废水处理设施, 对其变动造成的影响有良好的认识, 确保能根据废水的组成精确地进行调整, 减少废水对环境的影响。（整理：王艳）
