SPR技术实现中国制浆造纸中段污水再生回用.doc
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1、依托高新技术 实现造纸业循环经济发展麦草芦苇树木造纸业制浆中段污水再生回用SPR技术系统SPR技术系统为中国造纸行业实现造纸制浆中段污水再生回用提供技术支撑摘要:中国人持有自主知识产权的美国发明专利SPR高浊度高浓度污水净化及再生回用技术系统,以化学反应、物理化学吸附、悬浮泥层精细过滤与流体力学原理的巧妙结合,将麦草、芦苇、树木制浆造纸中段污水的精细处理过程集中设计在一个罐体里、在三十分钟内快速完成,以经济、高效的科技手段,实现了造纸业制浆中段污水的再生循环回用,不再排放。同时达到治污和节水的目标,为中国造纸制浆企业的生存和持续发展提供了最有力的技术支撑。发明造纸术是中华民族的骄傲;中国人自主
2、创新的SPR技术系统实现了造纸制浆中段污水的净化及再生循环回用,杜绝了制浆造纸业的水污染,展示了中华民族在造纸制浆中段污水处理科技上同样有自立于世界民族之林的能力!关键词: 自主创新 造纸制浆 中段污水 物理化学法 污水再生回用 污泥制砖S P R WASTEWATER TREATMENT & REUSE TECHNOLOGYFOR PAPER PULP WITH WHEAT STRAW,REED,AND TREE.ABSTRACTThe SPR system of the treating and recycling for high turbidity wastewater, is bas
3、ed on the principles of chemical reaction, physic-chemical adsorption, and hydromechanics to form its unique (United States Patent: US 6,358,407 ). It combines the mixture of ingredients, coagulation and flocculation, filtration, and condensation of sludge in a unique SPR vessel. The total processin
4、g time in the SPR purifier is only 30 minutes.The SPR system can treat the wastewater of washing and bleaching effluent from PAPER PULPING LINE with SS contents of 1000mg/l and with organic pollutant (CODcr) contents of 8001380mg/l directly and continuously. It can remove tiny particles of sizes as
5、small as 1 m. The effluents turbidity can be less than 3 NTU, and the organic pollutant (CODcr) contents can be less than 100 mg/l. The output water of SPR system can reuse for pulp process. Also the moisture of the concentrated sludge from the SPR System is as low as 92%, and it can be used to prod
6、uce the pavement tiles, avoiding the secondary pollution. 技术依托:美国发明专利-SPR污水净化及回用技术系统美国发明专利号:US 6,358,407中国是造纸业大国,中国纸的产量居世界第四位,制浆造纸工业是中国国民经济的重要产业之一,由于中国木材资源较为匮乏,所以资源相对丰富、成本又十分低廉的麦草、芦苇纤维原料成为了我国造纸的主要原料,占据制浆造纸业的份额65%以上。但麦草、芦苇、树木制浆造纸技术不可避免的污染特性却成了造纸业的命门,中国造纸工业废水排放量占全国工业污水排放量的六分之一,对环境的危害是十分严重的,使我们为此付出了惨重的
7、代价。环境污染已严重地阻碍了中国造纸制浆工业发展和人民生活质量的提高。传统的制浆造纸中段污水净化技术系统,已经不能适应当今造纸业的发展和日益提高的环保标准的要求。依靠自主创新的SPR高新技术,使造纸制浆中段污水实现再生回用、不再外排,才是最有效的节水减排!才是中国造纸制浆企业的真正出路。一麦草、芦苇、树木制浆造纸中段污水实现再生循环回用,不再排放。1.麦草、芦苇、树木造纸制浆中段污水是中国水污染治理的难点目前,中国制浆造纸的中大型纸厂,碱法制浆造纸的蒸煮黑液已确认应采用碱回收方法治理;打浆机和精浆机洗浆、选浆、漂白过程产生的中段污水则是当今造纸污水治理的焦点;中段污水一般则经生化法系统处理后直
8、接排放,处理后出水的CODcr往往还高出400毫克/升,木质素含量依然很高,污水直接排入当地水域,对水生态环境的损害是十分严重的,它已经成为我国造纸制浆企业继续生存的难题。国家节水减排刚性指标的逐级下达,表明各地的环境容量已经不允许继续按所谓传统技术处理后的水平排放了;造纸制浆企业为了生存和发展都期望扩大生产能力,若采用传统污水处理技术系统必然要增加污染物排放,则更难获得上级政府的批准,制浆造纸企业和地方政府都面临两难的境地。碱法制浆造纸的中段污水呈褐色,PH 67,悬浮物含量为1000毫克/升以下,CODcr为1200毫克/升左右。麦草、芦苇、树木制浆中段水中不溶性污染物主要是纤维物质;溶解
9、性有机物质主要是木质素,糖类,占50%以上的(COD)有机污染物成分则是难生化降解的物质-木质素;然而,我国绝大多数麦草、芦苇、树木造纸制浆厂的污水处理工程采用的却都是传统的生物化学法处理系统,选择的治理技术原理就有方向性的错误!所以,去除木质素(COD)的效率不高是必然的后果,处理后出水的悬浮物、色度、COD等指标无法达到当今的环保排放标准、更不能回用,这是我国造纸业制浆中段污水治理工艺技术及其设备必须革命的关键点。2SPR物化法治理麦草、芦苇、树木造纸碱法制浆中段污水的新工艺技术机理SPR技术系统首先利用化学反应使溶解状态的有机污染物(如木质素)从真溶液状态下析出,形成具有固相界面的胶粒或
10、微小悬浮颗粒,然后采用物理吸附法将污水中各种胶粒和悬浮颗粒凝聚成大块密实的絮体;再依靠流体力学原理,在自行设计的SPR高浊度污水净化器内使絮体与水快速分离;清水经罐体内自我形成的稳定厚实的“悬浮泥层”精细过滤之后达深度处理的水准、实现循环回用,不再排放。污泥则在SPR净水器的浓缩室内浓缩,定期排出,经脱水之后亦可以用来制造人行道地砖。所以,SPR技术系统处理的目标是实现再生回用,是满足造纸制浆企业各个工部生产工艺用水的水质要求,不再是传统观念里的排放标准了。它将除去水中对造纸制浆质量有害的物质,保证再生水满足造纸制浆工艺的用水要求。 我们向污水中投入SPR-9药剂,其水解反应过程中会放出大量氢
11、离子(H ),这些H 离子恰好用于取代污水中的木素羟基或酚基上的钠离子(Na),生成不溶于水的木素酸(微粒),从而起到了从污水中脱除木素的作用。造纸污水中的木素分为“酚基碱木素”(RONa)和“羟基碱木素”(RCOONa)。当酚基或羟基上的Na离子 被H 离子所取代时,即生成不溶与水的木素酸,并带负电荷。“沉淀碱木素”(ROH )微粒直径大部分为1微米至2微米,具有胶体特征,可以通过物理化学的混凝方法从污水中分离出来。木质素析出反应式可写为:RONa + H - ROH + Na草浆造纸制浆中段污水中溶解状态的木质素析出及其他杂质被凝聚的显微照片 麦草制浆中段污水显微照片 木质素被析出后显微照
12、片 进一步混凝后矾花显微照片与此同时,高分子药剂水解时产生大量的高价离子,并与羟基形成各级多核络合离子,它们和胶体颗粒产生很强的电中和作用及吸附作用,一举两得。高分子药剂还与污水中的某些有机污染物反应,也使它们从污水中析出。 我们还向污水中投入SPR-4药剂,吸附去除污水中的一些有机污染物、色素等。 我们还向污水中投入另一种SPR-2药剂,在水中可电离为带正电的高价离子,使污水中离子密度相对增大,使污水中细小纤维和微粒构成的胶体微粒之电场作用范围的扩散层空间容积缩小,而降低了溶胶体系的稳定性。另外,带正电的高价离子与带负电荷的胶体颗粒相碰时亦起着电中和的作用。高分子电解质有较高的分子量,还能起
13、到一定的架桥絮凝作用。同时还投入SPR-3水溶性长链状有机高分子药剂,链状分子有若干官能基团,靠静电吸引和吸附作用,一端吸附在絮团或胶粒表面,伸展出去的另一端再吸附在其他絮团或胶粒上,形成更大的絮团,即起到良好的架桥絮凝作用。总之,几种药剂同时发挥各自的作用和综合交联作用,既析出了溶解态的木质素和其他有机污染物(COD)、色度、又凝聚了悬浮物杂质。 经过此SPR净化工艺处理后的出水, pH 7,悬浮物(SS)含量小于3毫克/升, 浊度低于3 NTU,色度低于25倍,水质透明, CODcr100毫克/升,完全可以送回中段水车间冲洗粗浆工序使用,不必外排。 麦草制浆造纸中段污水SPR工艺处理前后水
14、样照片(山东)芦苇制浆造纸中段污水SPR工艺处理前后水样照片(湖北)树木制浆造纸中段污水SPR工艺处理前后水样照片(广东)3SPR型高浊度污水净化器及其系统的结构设计原理:1) 使药剂与污水充分混合的多元化组合设施。造纸污水和处理药剂的混合主要是在泵前吸药管道、高速旋转的污水泵叶轮的“搅拌作用”、蛇形反应管的“紊流切割”作用和瓷球反应罐的球面“趋肤效应”作用等组合作用下完成的,依照紊流速度、混合时间、和水力学结构数据设计,得以十分充分的混合,为取得最佳混凝净化效果和最大限度地节省药剂创造了前提条件。这是过去常规的一级初级处理和二级生化处理之水工结构所做不到的。2)充分发挥多种药剂的交联组合作用
15、。SPR系统处理造纸制浆污水时,采用多种污水处理药剂及其最佳配方组合使用,靠化学反应使污水中溶解状态的有机污染物、重金属离子和有害的盐类从水中析出,成为有固相界面的微小颗粒(它包含有污水三级精细处理的作用)。其中还选用了一种吸附效果很好而价钱又很便宜的吸附剂,以吸附有机污染物和色度。靠杀菌消毒剂在30分钟的流程内杀灭细菌和大肠杆菌,可以预防霉菌对纸质造成影响。靠混凝的物理化学吸附作用将悬浮物及各类杂质凝聚成大而且密实的絮团。这样发挥各药剂的单独作用和它们之间的交联作用的用药方式是与常规的物理化学法不相同的。 3)节省动力的准确加药装置系统。SPR系统借助大气压力和流量计,十分精确地投加混凝药剂
16、、絮凝药剂、消毒杀菌剂、吸附剂等,不致因加药过量而造成药剂残留在净化后的出水中,药剂消耗量也比传统物化系统少,而且加药动力消耗很少,加药设备价格便宜。4)切合混凝机理的流体力学结构设计。SPR污水净化器内部结构是完全按照混凝机理精确设计的,形成的涡旋流动和各部位恰当的水流速度,使得胶体颗粒之间有最多最充分的碰撞次数,并且有凝聚吸附所需的最佳流速环境。从而在极小的容积内获得了极充分的凝聚效果。这也是常规水工装置无法比拟的。5)具有精细过滤功能的悬浮过滤泥层。 根据混凝形成的絮团实际状况,准确确定了SPR污水净化器内部的水动力学数据,使得在罐体中上部形成了一个有几十厘米厚的、十分致密的悬浮泥层。所
17、有经过混凝的出水都必须通过此悬浮泥层的过滤,才能升流到罐体上部的清水汇集区。它十分成功地起到了污水高级处理工艺中极为重要的过滤作用。这个致密的悬浮泥层是由污水中的纸浆纤维及高分子混凝药剂形成的絮体本身组成的。随着絮体由下向上运动,使泥层的下表层不断增加、变厚;同时,随着过滤水力学原理形成的罐体的旁路流动,引导着悬浮泥层的上表层不断流入中心接泥桶,上表层不断减少、变薄。这样,悬浮泥层的厚度达到一个动态的平衡。当混凝后的出水由下向上穿过此悬浮泥层时,此絮体滤层靠界面物理吸附和电化学特性及范德华力的作用,将悬浮胶体颗粒、絮体、细菌菌体等等杂质全部拦截在此悬浮泥层上,使出水水质达到三级处理的水平。 芦
18、苇制浆中段污水净化运行中罐体内“悬浮泥层”状况 观察窗所见“悬浮泥层”实照由于泥层是由絮体组成,致密度高,过滤效率远远高于常规的砂粒层过滤;由于是处于悬浮状态的絮体泥层作滤层,其过滤的水头(阻力)损失非常小,所以动力消耗远远低于常规的砂层过滤、微孔过滤、或反渗透膜过滤;又由于过滤泥层是净化过程中由污水中的污泥自动补充添加,又自动被引走,即过滤泥层自身在不断地更新,过滤泥层总是保持着稳定的厚度,而且总是保持着稳定的物理吸附和电化学吸附性能,因此能获得稳定的过滤效果。而且完全免去了常规系统中必不可少的过滤层的反冲洗以及反冲洗带来的众多麻烦。这种结构和原理与常规的三级污水处理的过滤装置是完全不同的,
19、这里没有价格昂贵的反渗透膜过滤、微孔过滤、或活性炭过滤等装置。利用制浆中段污水中自身的污泥形成的泥层实现精细过滤,这是一个革命性创举。所以,投资省、动力消耗小、运行费用低是SPR技术系统的必然优势。产水率4000立方米/日的高浊度污水净化及回用系统(D=4.2m,H=7.8m) 产水率2000立方米/日的高浊度污水净化及回用系统(D=4.2m,H=7.8m) 产水率1200立方米/日的SPR-30污水净化及回用系统(D3.2m,H=6.8m) 产水率1200立方米/日的SPR-30污水净化及回用系统(D3.2m,H=6.8m)目前在市场销售的SPR系列产品每台产水率分别为50立方米 /小时、
20、30立方米 /小时、15立方米 /小时和0.51立方米 /小时等规格,按不同企业的总处理水量需求,可以用多台并联运行的模式组成各种处理量的系统,机动灵活、方便生产调度。造纸行业可以以5000立方米/日为一个组合单元,10000立方米/日的污水再生回用系统将由两组5000立方米/日的单元并联组合而成。针对大型制浆造纸厂更大产水量的需求,可以配置每台产水率为125立方米/小时(2500立方米/日)规格的产品,再多台并联组合成大规模的系统,依靠现代的自动控制系统实现自动化操作。SPR多台并联组合的设备系统模式有利于企业生产调度和设备维护。SPR污水净化器主体外表面采用“热喷涂锌”防腐,十年不锈,具有
21、良好的防锈蚀功能;主体内壁采用高级防腐、防水涂料,因水流速度十分缓慢,防护效果良好、寿命长。SPR技术系统是经过国家鉴定和国际科技界认可的成熟的实用技术成果SPR高浊度高浓度污水净化及再生回用技术系统前三代科技成果获得过中国国家级科技进步奖、国家环保总局最佳实用技术,国家科委列为“九五”国家重点推广计划指南项目, 2002年第四代SPR科技成果荣获美国发明专利(美国专利号:US 6,358,407),在中国和东南亚地区的印染、造纸、陶瓷、城市生活污水、石油采出水、景观水、钢铁行业轧钢污水等行业100多个工矿企业成功应用,均实现了污水的再生回用。2008年被评选为“广东省节能减排实用技术”,20
22、09荣获香港工业总会恒生珠三角环保大奖绿色勋章。本技术成果在造纸业最早应用是1984年,成功实现了青海西宁卫生纸厂造纸污水再生循环回用;1986年后贵州两家再生纸造纸厂也相继投产实现污水回用。近年来,SPR技术在麦草、芦苇、树木、竹子造纸制浆中段污水的净化及回用上取得了突破性进展,无论是在生化处理之后进行深度处理,或直接处理中段污水都取得开机运行成功;大型先导工程也已成功投入了生产性运行。4SPR-0.5型技术系统在山东麦草造纸制浆中段污水深度处理开机运行2006年2月26日至3月2日,SPR-0.5型高浊度污水净化器及其系统在中国山东银河纸业造纸厂现场成功进行了麦草制浆造纸中段污水深度处理的
23、多日连续性开机运行,效果良好:净化后出水的悬浮物SS3毫克/升,浊度低于3 NTU, 色度 25 倍,CODcr 100毫克/升,PH 7,水质清澈透明。 SPR污水净化器系统只有一台污水泵作为吸取污水、添加药剂、混合、混凝、过滤、送出清水的动力源,污水泵之电力消耗为0.125度(千瓦.小时) /1立方米污水。 银河纸业麦草制浆造纸中段污水深度处理现场开机运行实况,净化前后水样对比 2006年3月1日山东省环保局张晓华副局长、聊城市长、临清市副市长、临清市环保局长、山东省轻工办、山东省环境监测中心站、山东省环境科学研究院院长及所长等领导和专家专程到临清银河纸业现场,与银河纸业董事长和总工程师一
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