與其他技術(shù)相比，“廢紙造紙廢水資源化利用關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用”項目既可以保護環(huán)境，又可以創(chuàng)造效益。萬金泉教授說：“與國內(nèi)外技術(shù)相比，本技術(shù)投資減少20%左右，運行成本降低30%以上，難降解污染物的去除率提高20%以上，可實現(xiàn)廢紙造紙廢水的‘零排放’”。

    該項目的整體工藝可以描述為：造紙廢水經(jīng)格網(wǎng)除去較大雜物進入調(diào)節(jié)池，廢水經(jīng)調(diào)節(jié)池水質(zhì)、水量均衡后，由提升泵送至高效一體化處理設(shè)備(投加化學(xué)藥劑)，經(jīng)一體化設(shè)備處理后的出水80%左右可以回用于車間，其余部分利用重力自流進入共代謝生物反應(yīng)器進行處理，處理后的水可長期循環(huán)使用，實現(xiàn)造紙廢水的零排放，物化處理產(chǎn)生的沉渣經(jīng)NHEP-30處理后回用于生產(chǎn)。

    —— 創(chuàng)新點 ——

    高效的一級物化處理裝備與技術(shù)

    萬金泉告訴記者，廢紙造紙廢水中主要污染物為細(xì)小纖維、樹脂酸、油墨、染料等，這些污染物以不溶性細(xì)小纖維、膠體物質(zhì)、溶解性的有機物和鹽的形式存在。

    通過研究廢水混凝過程，項目組提出了一種集廢水的混凝、沉淀、吸附過濾于一體的新型高效一體化物化處理設(shè)備。該工藝與國內(nèi)外同類沉淀或氣浮處理造紙廢水處理方法相比，SS、CODcr、BOD5的去除率提高20%—35%，水力停留時間縮短30%—40%，能耗降低30％以上。處理后的出水可更好地回用于生產(chǎn)，降低了后續(xù)生化處理的處理量和處理負(fù)荷及廢水處理的能耗和運行成本。

    經(jīng)物化處理的出水長期循環(huán)使用后，造紙用輔料、樹脂酸等可溶性物質(zhì)會出現(xiàn)累積，對生產(chǎn)造成影響。若將物化處理出水全部經(jīng)生化處理后再使用，將會大大增加生化處理的負(fù)荷和成本。

    由于本技術(shù)高效的物化處理效果，使得采用本技術(shù)處理后的廢水循環(huán)使用后累積量較少，但當(dāng)廢水的回用率超過80%，廢水中的DCS的累積量明顯增大，陰離子垃圾的富集會造成造紙機斷頭、粘網(wǎng)等，對造紙生產(chǎn)造成影響。通過20％廢水進行生化處理，不僅可以解決水中累積的DCS的影響，也可以降低后續(xù)二級生化處理的投資規(guī)模和處理成本，解決了廢水處理的經(jīng)濟性和處理效果之間的矛盾。

    碳源協(xié)同共代謝生物處理新技術(shù)

    萬金泉說：“對經(jīng)物化處理后廢水進行定性定量分析，共檢測出主要有機污染物90種，其典型污染物為鄰苯二甲酸二丁酯和二甲苯。采用傳統(tǒng)的生物方法無法實現(xiàn)該類污染物的有效降解，這是造成廢紙造紙廢水無法實現(xiàn)零排放的主要原因之一。”

    在這種情況下，只有通過外加碳源進行人工強化誘導(dǎo)微生物產(chǎn)生關(guān)鍵酶，在關(guān)鍵酶的作用下微生物才能利用該類物質(zhì)，從而得到降解或轉(zhuǎn)化，最終去除。 

    針對碳源共代謝技術(shù)的特點，該項目開發(fā)了基于共代謝的厭氧、兼氧、好氧生物工藝及共代謝生物反應(yīng)器。廢水經(jīng)溢流堰進入輻射狀布水管，使廢水中有機物、共代謝碳源混合。

    由于布水管呈輻射狀均勻排列，克服了水在單一水管中流動時由于沿程阻力引起的布水不均勻性，增加了污染物和共代謝微生物的接觸時間，提高了處理效率。

    一級物化處理沉渣回用新技術(shù)

    項目研究表明，造紙沉渣組分中纖維約占72%，無機填料約占20%，其他組分占8%。沉渣中纖維與廢紙漿中的纖維相比細(xì)小纖維比例大、表面電荷含量高、負(fù)電性強，沉渣纖維仍具有一定的漿張強度，具有回用價值，但如果直接回用于生產(chǎn)，則留著率低、成紙強度差，從而會造成紙機斷頭、堵網(wǎng)等問題，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常進行。

    “因此必須通過添加造紙助劑以實現(xiàn)細(xì)小纖維的留著和補強才能實現(xiàn)殘渣的回用?！比f金泉說。

    而沉渣中細(xì)小纖維及無機填料含量較高會導(dǎo)致造紙助劑分散困難、可及度降低。因此能夠?qū)崿F(xiàn)造紙殘渣回用的助劑應(yīng)具有高電荷、粒度小、比表面積大等特點，而現(xiàn)有的造紙助劑不能夠滿足上述應(yīng)用需求。

    于是，項目組合成了納米級高電荷兩性聚丙烯酰胺（NHEP-30），經(jīng)過NHEP-30處理后沉渣中的細(xì)小纖維留著率及紙頁強度均可提高30%以上。可作為造紙原料回用于生產(chǎn)，實現(xiàn)資源化利用，解決了造紙廢水中固體相對環(huán)境造成的二次污染。

    —— 項目效果 ——

    廢水處理的新模式

    “該技術(shù)徹底改變了傳統(tǒng)的造紙工業(yè)廢水處理方法，造紙廠實現(xiàn)了節(jié)電、節(jié)水、節(jié)約造紙纖維，實現(xiàn)了向造紙廢水要效益?！?萬金泉說。

    與目前同類技術(shù)相比廢水處理工程的投資節(jié)省30％以上，運行費用降低40％以上，能耗降低30%以上，實現(xiàn)了廢紙造紙廢水的封閉循環(huán)和造紙廠的清潔生產(chǎn)。

    目前已在廣東、湖南、湖北、山東、黑龍江、江蘇、山西、浙江、廣西、河北、四川等省的56家造紙廠應(yīng)用，每天共處理造紙廢水76萬噸，每天減少CODcr排放1140噸，每天回收纖維456噸，通過節(jié)電、節(jié)水、節(jié)約造紙纖維等直接年創(chuàng)造經(jīng)濟效益2.02億元，近三年來累積創(chuàng)經(jīng)濟效益約5.6億元，取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。

    據(jù)估算，目前我國廢紙造紙年產(chǎn)量超過4000萬噸，現(xiàn)有以廢紙為原料的造紙廠超過1000家，這些廠家基本上沒有實現(xiàn)廢水的高效資源化利用，可見本技術(shù)具有廣闊的市場前景。

    以預(yù)期400家造紙企業(yè)使用本技術(shù)、日處理廢水約400萬噸計，通過節(jié)支一項可年創(chuàng)直接經(jīng)濟效益達(dá)12億元，而由此帶來的環(huán)境和社會效益更大。