浅谈纸机白水的封锁循环.docx

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浅谈纸机白水的封锁循环

浅谈纸机白水的封锁循环

随着社会和经济的不断进展，环境资源问题日趋突出。

对于制浆造纸工业来讲，其用水量和废水排放在不断增加，对环境的污染也愈来愈严峻。

因此，如何合理地利用水资源，减少污水排放已成为现今社会的热点话题。

环境保护的压力促使现代制浆造纸工业逐渐采用白水封锁循环。

目前，较为可行的是纸机白水的封锁循环回用，提高白水的利用率减少抄纸清水的用量，达到降污节水的目的，实现清洁生产

1国内外造纸用水现状

中国造纸行业耗水量大，整体节水水平较低。

中国造纸行业耗水量专门大，整体节水水平很低，与国际先进水平相较差距较大。

1998年每万元工业总产值取水量为95m³，约为发达国家的5～10倍；1999年用水量为亿m³，其中，取水量和重复利用量均为亿m³，中国工业用水重复利用率约为50%，仅相当于美国和日本20世纪70年代初的水平，远远低于发达国家重复利用率80%的水平。

很多企业设备陈腐、工艺掉队、规模较小，吨纸取水量都在100m³以上。

近几年，国内许多纸浆造纸企业采用先进的白水回收装置，通过白水的重复利用来达到降低水耗的目的，使我国造纸工业用水情形有所改善。

福建南纸、上海泛亚潜力的纸业公司采用多元盘过滤机、超效浅层气浮净水器，新闻纸造纸车间水循环利用率已达到77%～79%,重复利用率已达到92%～94%，吨纸用水在10～12m³。

江苏金东纸业的铜版纸、胶版印刷纸，宁波中华纸业的白板纸、白卡纸，苏州金红叶纸业生活用纸的吨纸用水量别离为1八、1五、9m³。

目前我国造纸工业的用水量普遍超标，因此实现纸机白水封锁循环具有专门大意义。

国外造纸工业清水用量呈大幅下降趋势

国外浆纸工业用水量在20世纪50～60年代也很高，但进入20世纪80～90年代后，在重视环保与节约自然资源的社会压力和政治法规的制约下，制浆造纸工业用水在一些发达国家中有了显著下降。

目前美国造纸工业用水量约为45～65m³/t纸，其中造纸用水量为15～30m³/t。

利用废纸为原料的新闻纸，包括制浆和造纸每吨产品用水量已下降至20m³之内。

新墨西哥州的Mckinley箱纸板厂，吨纸板耗新鲜水仅为2m³。

国外造纸工业的经验表明，造纸企业实现生产量递增，耗水量递减的可能性是存在的，如美国和奥地利。

美国的造纸产量一直位于世界的第一名，并呈逐年上升的趋势，而造纸用水量却在逐年下降；奥地利的造纸总产量从1960你的万t增加到1998年的万t，而清水的利用量却从亿m³下降到亿m³，单位产品清水耗量从1960年的m³/t纸，降至1998年的m³/t纸。

1971～1996年，发达国家吨纸清水用量大幅度下降（见表一）。

德国StoraEnso纸厂2#纸机吨纸仅耗清水m³。

芬兰Metsa-SerlaKirkniemi纸厂利用自制SGW和PRMP浆生产35万t/a杂志指和30万t/a高级文化用纸，该厂生产1t未涂布纸大约耗用清水8-10m³。

美国Cedar纸板厂以100%废纸（芯层为OCC，面层为MOW）生产年产32万t的花岗石纹挂面纸板，清水用量为7600m³/d，吨纸清水用量为m³；Mckinley纸板厂以100%OCC为原料生产年产19万t挂面纸板，吨纸清水用量仅为m³。

表1国外部份造纸厂吨纸清水用量

品种

清水用量/m³每吨纸

1971年

1998年

挂面纸板、瓦楞芯纸

30～80

2～10

新闻纸

60～100

6～12

不含机械浆高级纸

80～180

5～10

多层纸板

150～200

8～15

超级压光纸

100～150

10～15

薄页纸

250～300

10～15

低定量涂布纸

10～20

2纸机白水回收技术

1979年，我国开始推行“纸机封锁循环用水”新技术。

主要办法包括气浮法、斜板（斜管）沉降法、多元盘过滤机等。

那时推行最快的是射流气浮法白水回收。

现今世界上最先进的白水回收技术是KROFTA超效浅层气浮新技术，近几年国内已引进多台设备用于纸机白水回收，收到了专门好的效果。

射流气浮法纸机白水回收技术

射流气浮法适用于造纸白水中纤维、填料及水的回收；也适用于各类废水处置中的固液分离及污泥浓缩。

其主要原理为：

压力溶气水经减压释放出直径约为50µm气泡的气-水混合液与含有悬浮物的废水（如纸机白水中的纤维和填料）混合，形成气-固复合物进入气浮池进行分离。

分离后的水则由设在气浮池适当位置的集水管道搜集后送至清水池，浮在池表面的悬浮物（如纸浆、填料）则搜集到浆池，不能上浮的沉淀物沉积在气浮池的泥斗中按期排放，以保证出水水质稳固。

多盘式真空过滤机处置纸机白水

早在20世纪70年代，国外就大量采用多盘式纤维回收机回收纸机白水中的纤维和填料，并迅速取得普遍应用，至今已经取得长足进展，如原芬兰奥斯龙公司设计生产的多盘式真空过滤机，其过滤面积最大达1140㎡。

该技术适用于大、中型制浆造纸长，主要用于造纸白水中纤维、填料及水的回收。

主要特点是：

①过滤进程持续，工艺进程稳固，对抄纸工艺没有负面影响。

②适应性好，它对各类白水中纤维和填料的回收都具有良好效果，对涂布纸白水回生效果也很显著。

③该设备占地面积小，节省基建开支，并对老生产线的改造也具有良好的适应性和灵活性。

④运行费用低，真空系统除特殊情形，一般不用真空泵，运行进程中处有限的电耗外，无其他附加的消花费用。

⑤纤维和填料的回收率高，一般能达到95%以上。

⑥清滤液的固形物含量低。

⑦自动化程度高，可利用运算机和各类仪表控制。

⑧虽然正常运行时有时需加入必然量的预挂浆，但回收进程中完全能把预挂浆全数回收，而且过滤后的浆和水可不通过处置直接进入造纸工艺流程。

超效浅层气浮技术处置纸机白水

超效浅层气浮技术是现今世界上最先进的白水回收技术，其原理与传统溶气气浮相同。

不同的是它先进的快速气浮系统，超效浅层气浮池成功地运用了“浅池理论”和“零速”原理，通过精心设计，集凝聚、气浮、撇渣、沉淀和刮泥等多项功能于一体，是一种水质净化处置的高效设备。

超效气浮技术的特点是：

①溶气水质量很高，其气泡直径一般在10µm左右，大大增加了微气泡与悬浮物的接触面积和接触点，有利于上浮作用。

实践证明，气泡直径越小越不易破裂，避免了上浮进程中及上层浮出物因气泡破裂造成悬浮物从头下降。

超效浅层气浮的第一个关键技术是溶气水的制造。

其溶气罐构造独特（是专利技术），体积很小，但溶气效果专门好，这是它优于其他气浮形式的关键所在。

②池子很浅，一般水位控制在600mm左右，大大缩短了气浮时刻，一般3～5min即可完成气浮进程，因此，气浮效率可比射流深池气浮提高5倍以上。

③布水均匀，且释放出的水直接上升，大体无横向流动，避免了横流对上浮作用的影响。

④出浆独特，采用持续运转的回转勺式汇浆器，对上层积聚的悬浮物去除及时，且干扰很小，避免了浮出物的从头下降。

⑤释放器有特色，释放均匀，有利于提高气浮效果。

⑥靠近池底部有持续运转的沉淀物清除刮板，便于及时清除沉淀物，保证了池底干净及有效的气浮水深。

KROFTA技术的先进性已受到国内很多企业的重视，国内已有多家设备厂对其进行了消化吸收，并制造出了与国外同样水平的先进设备。

超效浅层气浮装置表面负荷和容积负荷高，占地空间小，净化效率高。

实践证明，对吨纸排水量较小，废水含污浓度高的废纸造纸废水，若只采用一级物化处置很难达到国家规定的污染物排放标准，而超效气浮装置和二级生化处置相结合的方式可使造纸废水达标排放，是处置废纸造纸废水行之有效的办法。

3白水封锁循环系统

白水封锁循环

有研究者将白水封锁循环划分品级，以白水回用率的多表示系统的封锁程度。

100%的白水回用则称为系统全封锁。

也有人将吨纸耗清水的多少作为划分系统开放与封锁的标准。

吨纸清水用量超过³视为开放系统，低于³视为全封锁系统。

因此，白水封锁循环的程度可通过白水的回用率来衡量。

“零排放”

“零排放”就是指通过处置的废水被完全回收利用。

对于造纸白水系统来讲，“零排放”的概念是要求没有废物排放，而不是指没有水排放。

“零排放”是白水封锁循环的最高层次，该目标很难达到。

因为在实际生产中，纸机白水的封锁循环程度越高，其处置本钱越高，而且会影响纸页的质量。

目前活着界范围内，制浆造纸“零排放”企业还仅限于浆厂和以二次纤维或未漂浆生产瓦楞原纸及挂面纸板的纸厂。

纸机白水的性质和特点

纸机白水中所含物质包括溶解物（DS）、胶体物（CS）和悬浮物。

DS和CS来自木材、水和生产进程中添加的各类有机和无机添加剂及应用的化学药品。

有机物包括木材降解产物、添加剂和各类聚合物等；无机物包括各类金属阳离子和阴离子，如作为填料或涂料加入的CaCO3、滑石粉、白土、TiO2等和作为施胶或助留、助滤剂加入的硫酸铝。

悬浮物通过沉淀、过滤或气浮等方式就可以够除去。

CS一般容易从白水中除去，乃至于较小的胶黏物也可能在添加某些有效的助剂以后在溶气气浮时除去，但还不能全数除去。

DS是白水循环时逐渐积累的溶解性盐基，如Na+、SO42-。

由于白水长时刻循环，DS不断增加，致使白水pH值逐渐降低，造成部份设备和白水管道的侵蚀，尤其是白水回用率较高的造纸厂，侵蚀问题更严峻，但现有的添加剂在气浮池中很难去除。

因此，除正确选用防侵蚀材料和在白水系统中添加缓蚀剂外，还要选择适当的白水回用率。

若是对白水进行完全处置，虽然达到了“零排放”，但本钱很高，而且又会影响生产的正常运行。

研究表明，纸机白水会用率在70%～75%时，既能够节约用水又能知足生产上的防侵蚀要求；若是将白水回用率提高到90%，投加必然量的缓蚀剂也能够达到防侵蚀的目的，在经济上也是合理的，且不影响产品质量。

废纸造纸纸机白水的封锁循环

现今全世界都十分重视废纸的回收利用。

利用废纸制浆造纸，工艺简单，水耗大大减少，且污染负荷只是用木材、麦草等自然原料造纸的1/15。

废纸造纸可实现“零排放”，既节约生化处置的运行费用和设备的投资，又知足了环保的要求。

废纸造纸的封锁与全封锁

目前在美国和欧洲已有一些利用废纸生产瓦楞纸、箱板纸、油毡纸、涂布纸板等品种的工厂实现“零排放”。

这是因为其湿部化学均比较简单，对产品外观要求不高，产品质量和纸机的运转对可溶性胶体有机物和无机物的存在不像一些高级纸种那样敏感，在某些程度上意味着产品质量与湿部的封锁无关，产品质量几乎不受积累物的影响。

这些纸板厂能够利用较为简单的废水循环和处置方式，达到“零排放”。

实现“零排放”的工厂有两个因素能够利用，一是某些化学物质，如Ba2+、AI3+、Fe3+等离子有较高净电荷密度和较大的粒度，对纤维和填料有必然的亲和力，它们会吸附在纸页上并随同纸页抄成产品。

二是按照废纸回下班厂的特点，总会有8%～20%的塑料、蜡、木块等外来物质和纤维、填料等作为废弃物被排出废纸处置系统之外，这些废弃物水分含量一般都在50%以上。

也就是说，一个100t/d的废纸加工厂，纤维得率以80%计，天天要有20t的水随同废弃物一同排出，焚烧或填埋。

生产中能够充分利用这两个因素来控制胶体物质在废水回收系统中的积聚，尽力实现废水的“零排放”。

德国在20世纪80年代约有10余家废纸回用的小造纸厂实现了白水全封锁，这些厂的吨纸清水用量是～³，相当于纸机干燥部蒸发的水量，达到了“零排放”。

山东华泰纸业公司于2000年新上的年产16万t新闻纸项目，实现了水的全封锁循环利用，吨纸耗水不足15m³。

废纸造纸实现废水“零排放”的条件

⑴进入废纸处置系统的材料要比较清洁，含杂质比较少，应利用经挑选过的OCC、新瓦楞纸切边等。

⑵生产的最终产品对外观质量没有特别严格的要求，诸如瓦楞芯纸、箱板纸、油毡纸等。

⑶抄纸进程施用的化学品要精准控制，尽可能使它们不在回水中积聚。

⑷抄纸进程的施胶剂大多利用松香胶而不用烷基烯酮二聚体（AKD）和烯基琥珀酸酐（ASA）等易于水解的合成胶，以避免胶料在回水中积聚。

有的纸厂只在纸机干燥部进行表面施胶。

⑸在全封锁系统中不用淀粉，因为它会水解并留在水中，从而滋长细菌，形成粘腐性物质。

4白水封锁系统的“阴离子垃圾”（AT）问题

随着纸机白水封锁循环程度的提高，纸机湿部干扰性的阴离子杂质的聚集和浓度愈来愈高，阴离子垃圾的问题加倍突出。

阴离子垃圾包括半纤维素、亲脂抽出物、木素、中性多糖、带电多糖、蛋白质等。

胶体粒子是由抽出物、碳水化合物和木素类物质组成。

这些物质又分为溶解物和胶体物两类。

溶解物和胶体物是造纸废水中封锁循环中最主要的组分。

白水中的溶解物（DS）与胶体物（CS）统称为胶溶物（DCS）。

在造纸系统中，阴离子垃圾含量一般可用浆料滤出液的阳离子需求CD来表示。

4.1DCS的危害及来源

随着纸机白水的封锁循环程度愈来愈高，阴离子垃圾也随之越积越多，会产生许多负面影响，其主要危害表现如下：

①DCS中的阴离子物质是“阴离子垃圾”的主要组分，在浓度较高时，会减弱阳离子型助剂的利用效果；②胶体具有粘性，易发生沉积，是产生二次胶粘物障碍的重要原因；③DCS积累过量，致使水系统化学环境恶化和操作失常；④增加水处置负荷和化学品用量，阻碍进程用水封锁循环和引发腐浆。

DCS一方面来源于可溶性木材抽出物（小分子木素、淀粉、糖类等）、树脂等天然物质，另一方面来源于废纸浆中混入的胶粘剂类物质；同时造纸进程中加入的化学助剂和浆中的细小纤维碎片也是DCS的重要组分。

这些物质的几何尺寸一般小于10μm，因此控制起来具有相当大的难度，且控制对象仅限于胶体物质（CS）。

4.2“阴离子垃圾”对纸张性能的影响

系统封锁循环后阴离子垃圾会直接影响到纸机的操作和成纸的质量。

但由于各纸厂的生产原料、纸种和生产条件等不同，纸机白水封锁循环对成纸性能的影响并无一个统一的评价标准。

下面主要介绍白水系统封锁对新闻纸、纸板和包装纸性能的影响。

对于新闻纸，其裂断长、抗张强度、耐破指数、伸长率和结合力均随着DCS的增加而降低；在光学性能方面，白度随着污染物的增加而降低，光散射系数、光吸收系数和不透明度一般随着污染物的增加而增加。

研究发觉，CS比DS对新闻纸裂断长的影响更大。

对于纸板和包装用纸，物理强度没有受到不良影响，反而有必然程度的提高，纸板耐破度和环压强度指标呈上升趋势，而白水系统中的油类物质的积累会使纸页的物理强度大大降低。

减轻“阴离子垃圾”的办法

在现代造纸系统中，常采用化学方式对DCS进行控制。

其中，减少造纸体系中阴离子垃圾的影响最有效的方式是用阴离子垃圾捕捉剂（ATC）或定着剂对浆料进行预处置。

ATC一般为高阳电荷密度的线性低分子量的聚合物，包括无机ATC和有机ATC，例如聚胺、聚乙烯亚胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵和一些无机的铝化合物（硫酸铝、聚合氯化铝等）。

这些物质都具有较强的电荷中和能力，能够减少干扰物质对阳离子的要求，如此就减少了对阳离子助剂的负面影响。

ATC主如果通过电荷中和的作用或吸附桥联的作用，与可溶性的阴离子杂质形成体积很小的配对物，将其絮凝后留着和固着在纤维填料上。

ATC一般是在纸浆加入其它阳离子助剂之前加入，有时必需及早加入来控制系统的阳离子需求。

ATC的种类对其利用效果有重要影响。

研究表明，不同ATC对胶体物质和细小组分的影响不同，有机ATC能有效减少纤维表面的阳离子需求，当减少干扰物质的阳离子需求时，应该首选有机ATC。

与无机ATC相较，有机ATC的最大长处是不受pH值影响，对抄纸体系也无影响，而且用量少，效果也十分明显。

另外，还能够在网部加入助留剂和固着剂（中和并固定AT），使一部份CS随纸页带走；或是采用气浮加砂滤的方式可使处置的澄清水的固形物含量下降到5㎎/L以下，然后再采用膜法或生物膜法系统处置，以除去水中溶解的有机物和溶解盐。

5结语

从环保角度和国内外纸机的运行情形和进展趋势来看，纸机白水封锁循环是制浆造纸工业进展的必然趋势。

虽然白水封锁循环后会带来一些不利影响，但通过研究人员的不断尽力，湿部化学技术、水处置技术的不断进展，能够使这些负面影响降到最低程度。

白水封锁循环能够节约清水用量，减少环境污染，并能够给企业带来必然的经济效益。

因此，制浆造纸企业纸机白水封锁循环会愈来愈受到重视，而且有着专门好的进展前景。