制浆造纸工业环保基本概念复习过程.ppt
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1、造纸(zo zh)行业污染排放和治理基本概念2010年 北京(bi jn)第一页,共105页。造纸产业是与国民经济和社会发展关系密切的重要基础原材料产业,同时也是文化载体和生活必需品工业。纸及纸板的消费水平是一个国家现代化和文明程度的标志。产业关联度强,市场容量大,是拉动林业、农业、印刷、包装、机械制造等产业发展的重要力量。现代造纸工业具有资金、技术密集、低化石能源,低二氧化碳排放、规模效益(xioy)显著的特点。目前中国已成为世界造纸工业生产、消费和贸易大国。但面临着“资源、环境、结构”三大发展制约瓶颈,必须加大调整结构,发展中特色的现代造纸产业。第二页,共105页。概述概述(i(i sh)
2、sh)(1 1)造纸工业污染物的来源造纸工业污染物的来源污染物发生量恒算的概念污染物发生量恒算的概念主要纸浆品种的原料、备料主要纸浆品种的原料、备料-成浆的工艺成浆的工艺(gngy)(gngy)、对、对应的浆纸品种、得率、污染物来源成份及发生量、治理应的浆纸品种、得率、污染物来源成份及发生量、治理方法(机械浆、化学机械浆、化学浆、废纸浆)方法(机械浆、化学机械浆、化学浆、废纸浆)纸的品种、抄纸的工艺纸的品种、抄纸的工艺(gngy)(gngy)、添加剂、污染物来源、添加剂、污染物来源成份及发生量、治理方法成份及发生量、治理方法涂布及污染物来源成份及发生量、治理方法涂布及污染物来源成份及发生量、治
3、理方法第三页,共105页。概述概述(i(i sh)sh)(2 2)上述的不同废水的概念、废水的浓度、治理上述的不同废水的概念、废水的浓度、治理方法回顾总结方法回顾总结计算实例计算实例国内行业的总体概念和排放现状国内行业的总体概念和排放现状现行的政策现行的政策生产流程中的减排技术举例生产流程中的减排技术举例产排污系数产排污系数(xsh)的使用问题的使用问题第四页,共105页。第一(dy)部分造纸行业污染物的来源第五页,共105页。制浆造纸工业生产(shngchn)中产生的主要污染物1、制浆过程:制浆过程中提取(tq)纤维细胞后剩余的木质素、蒸煮和漂白过程溶解的糖类等有机物、植物预处理和生物处理中
4、产生废渣和污泥,洗涤筛选过程流失的植物残余物和纤维细胞等。2、废纸制浆:废纸回收处理过程中产生的废渣、脱除的油墨有机物和合成有机物、溶出的淀粉等糖类、流失的细小纤维细胞等。3、造纸过程:备浆和抄纸中自筛选、脱水、损纸回用过程流失的细小纤维、化学助剂等。制浆造纸工业生产中产生的主要污染物表现为BOD、COD、氨氮、挥发酚、悬浮物、二恶英等。第六页,共105页。制浆造纸行业(hngy)污染物的来源造纸的纤维原料是从植物(zhw)中提炼游离出的具有纤维素细胞壁的细胞植物(zhw)的细胞壁由被木素粘合在一起的纤维素和半纤维素组成第七页,共105页。植物植物(zhw)原料的成分原料的成分 纤维素 碳水化
5、合物 半纤维素 主要组分 淀粉、果胶和一些多糖 木素:芳香族化合物造纸植物纤维原料(yunlio)溶剂抽出物:芳香族化合物(酚类)、萜烯类(松节油)、少量组分 脂肪酸、脂肪与蜡、醇类 无机物:灰份第八页,共105页。木素木素木素和其降解物是木素和其降解物是COD污染物发生量主要来源之一污染物发生量主要来源之一定义:由苯丙烷结构单元通过定义:由苯丙烷结构单元通过CC键和醚键连接而成的具键和醚键连接而成的具有三度空间结构的高分子聚合物,分子量未知。有三度空间结构的高分子聚合物,分子量未知。不同原料木素结构是不相同的,同一原料不同产地木素不同原料木素结构是不相同的,同一原料不同产地木素结构不同,同一
6、原料不同部位木素的结构不同。结构不同,同一原料不同部位木素的结构不同。木素主要存在于纤维的胞间层和细胞壁中,起到粘结纤木素主要存在于纤维的胞间层和细胞壁中,起到粘结纤维的作用。化学制浆的实质就是将部分木素暂时性溶解,维的作用。化学制浆的实质就是将部分木素暂时性溶解,过滤出不溶于水的纤维细胞。所以,木素含量过滤出不溶于水的纤维细胞。所以,木素含量,蒸煮难度,蒸煮难度化学药品消耗量化学药品消耗量,污染物发生量,污染物发生量。不同品种纸张生产不同品种纸张生产(shngchn)中纸浆中木素含量不同:中纸浆中木素含量不同:高级复印纸水泥袋纸及瓦楞纸等新闻纸高级复印纸水泥袋纸及瓦楞纸等新闻纸第九页,共10
7、5页。半纤维素半纤维素半纤维素是半纤维素是CODCOD污染物的主要来源之一污染物的主要来源之一定义:定义:由两种或两种以上单糖基组成的不均一聚糖;由两种或两种以上单糖基组成的不均一聚糖;大多数带有支链;大多数带有支链;主链糖基有:木糖,葡萄糖,甘主链糖基有:木糖,葡萄糖,甘露糖;侧链糖基有:木糖,葡萄糖,半乳糖,阿拉伯糖,露糖;侧链糖基有:木糖,葡萄糖,半乳糖,阿拉伯糖,葡萄糖醛酸等。葡萄糖醛酸等。半纤维素在水中易吸水润胀,有利于打浆。半纤维素在水中易吸水润胀,有利于打浆。在一般制浆过程中半纤维素应尽量保留以提高纸浆在一般制浆过程中半纤维素应尽量保留以提高纸浆得率。但是得率。但是(dnsh)(
8、dnsh)在制造人造纤维及纤维素衍生物在制造人造纤维及纤维素衍生物(纤维素酯和纤维素醚等)时半纤维素应尽量除去,否(纤维素酯和纤维素醚等)时半纤维素应尽量除去,否则影响产品的质量和性能。则影响产品的质量和性能。第十页,共105页。其他少量其他少量(sholing)(sholing)成分成分污染物污染物CODCOD的来源之一的来源之一1.1.树脂、脂肪和蜡(有机溶剂抽出物)树脂、脂肪和蜡(有机溶剂抽出物)针叶木:树脂酸、萜烯类化合物(松节油)、针叶木:树脂酸、萜烯类化合物(松节油)、脂肪酸和不皂化物。含量为脂肪酸和不皂化物。含量为4 4左右。左右。阔叶木:酯化的脂肪酸、中性物(萜、萜醇、阔叶木:
9、酯化的脂肪酸、中性物(萜、萜醇、萜醛等混合物)、少量松香酸。含量为萜醛等混合物)、少量松香酸。含量为1 1以下。以下。草类:脂肪和蜡。含量在草类:脂肪和蜡。含量在3 36 6。2.2.灰分灰分 灰分:植物纤维原料燃烧灰分:植物纤维原料燃烧(rnsho)(rnsho)和灰化后的和灰化后的物质称为灰分。存在部位:胞间层果胶质中的金属物质称为灰分。存在部位:胞间层果胶质中的金属离子带来的,果胶质是灰分的载体。离子带来的,果胶质是灰分的载体。木材灰分含量少,在木材灰分含量少,在1%1%以下,主要成分:钙、以下,主要成分:钙、钾、镁。钾、镁。草类灰分含量较高,草类灰分含量较高,2%2%以上。麦草以上。麦
10、草6-9%6-9%,稻草,稻草高达高达15%15%,主要成分是二氧化硅。主要存在于植物,主要成分是二氧化硅。主要存在于植物的叶、穗、节部位。的叶、穗、节部位。第十一页,共105页。流失的细小(xxio)纤维和辅料污染物COD的来源之一 在制浆、洗浆、漂白、造纸过程中大量使用过滤网,不可避免的会流失纤维素纤维细胞,并会以COD的数值体现。在造纸、纸加工过程中会大量使用淀粉(dinfn)、变性淀粉(dinfn)、胶乳、松香等多种辅料,并会有部分流失进入废水,或在废纸制浆中进入废水。第十二页,共105页。水/无机物半纤维素降解物木素烧 碱水纸 浆黑 液纤维素降解物木素降解物抽出物降解物纤维素半纤维素
11、制浆生产线高 温(160左右)高 压(6kg/cm2左右)本色麦草浆COD和BOD来源麦 草第十三页,共105页。造纸用植物纤维(zhwxinwi)原料 针叶木(软木):落叶松、马尾松、云杉 木材纤维原料 冷杉、铁杉、柏木等 阔叶木(硬木):杨木、桦木、桉木、相思木等 竹类:毛竹、慈竹、白夹竹、楠竹等 非木材 禾草类:稻麦(do mi)草、龙须草、荻苇、蔗渣、玉米秆等 造纸用 纤维原料 韧皮类:亚麻、黄麻、桑皮、构皮等 纤维原料 籽毛类:棉花、棉短绒、破棉布 半木材纤维原料:棉秆 化学合成纤维:芳纶、氨纶、锦纶 非植物纤维 矿物纤维:石棉、玻璃纤维、石英纤维 动物纤维:羊毛、胶原纤维(皮革边角
12、料)第十四页,共105页。第二部分各类制浆(zh jin)方法的污染物发生量第十五页,共105页。本部分内容介绍制浆主要(zhyo)品种的:原料备料-成浆的工艺对应的纸品种(pnzhng)制浆得率污染物来源成份及发生量第十六页,共105页。制浆方法制浆方法(fngf)的分类的分类石灰法石灰法高得率化学法高得率化学法碱法碱法烧碱法(烧碱法(pH13)(50%-65%)硫酸盐法(硫酸盐法(pH13)化学法化学法酸性亚硫酸盐法(酸性亚硫酸盐法(pH12)(4050)亚硫酸盐法亚硫酸盐法亚硫酸氢盐法(亚硫酸氢盐法(pH26)中性亚硫酸盐法(中性亚硫酸盐法(pH69)制制碱性亚硫酸盐法(碱性亚硫酸盐法(
13、pH10)浆浆木片磨木法木片磨木法方方机械机械(jxi)法法法法(9198)原木磨木法原木磨木法半化学法半化学法化学机械化学机械(jxi)法法(6594)化学机械化学机械(jxi)法法第十七页,共105页。纸浆纸浆(zhjing)和制浆得率的概和制浆得率的概念念第十八页,共105页。第十九页,共105页。备料(bi lio)废水取决于水的回用程度,用水量2-50M3/原料COD发生量:木竹类5-25KG、稻麦(do mi)草及蔗渣30-100KG,成份为水溶出的糖类果胶等第二十页,共105页。机械(jxi)法制浆 单纯利用机械磨解作单纯利用机械磨解作用制成纸浆用制成纸浆(zhjing)(zhj
14、ing)的的方法。其产品统称为机械方法。其产品统称为机械浆。机械法制浆几乎不溶浆。机械法制浆几乎不溶出原料中的木素,故制浆出原料中的木素,故制浆得率很高,一般在得率很高,一般在93-9893-98,废水中污染物的来源:,废水中污染物的来源:洗涤水中溶解性有机物、洗涤水中溶解性有机物、流失的细小纤维。漂白剂流失的细小纤维。漂白剂一般使用价格较贵的过氧一般使用价格较贵的过氧化氢(双氧水)和连二亚化氢(双氧水)和连二亚硫酸钠。产品用于生产新硫酸钠。产品用于生产新闻纸闻纸 BODBODCODCOD得率得率%磨石机械浆磨石机械浆102210222250225093989398盘磨机械浆盘磨机械浆1225
15、12252355235595989598热磨机械浆热磨机械浆153015302570257091959195洗涤水洗涤水14142626漂白漂白1025102515401540第二十一页,共105页。化学机械(jxi)法制浆 采用化学预处理和机械磨解后处理的制浆方法。化学机械法制浆的化学预处理温和,对原料的脱木素作用较小,对纤维素的破坏也少,分子量较低的半纤维素溶出较多,根据需要(xyo)也可采用过氧化氢、连二亚硫酸钠和次氯酸盐等漂白剂对化机浆进行漂白。因其废水化学组分因其废水化学组分中溶解性有机物较中溶解性有机物较多。用水量小浓度多。用水量小浓度较高,比较适宜生较高,比较适宜生物法污水物法污
16、水(w(w shu)shu)治理,但存治理,但存在一定难生物降解在一定难生物降解的有机物,有可能的有机物,有可能需有预酸化,在厌需有预酸化,在厌氧氧-好氧联合处理好氧联合处理后,有必要进行进后,有必要进行进一步深度处理。一步深度处理。高得率浆漂白前污染物负荷高得率浆漂白前污染物负荷第二十二页,共105页。化学(huxu)机械法制浆 化学机械法制浆过程的废液排放量为2030m3/t浆,生化耗氧量和化学耗氧量分别(fnbi)为4090kg/t浆和65210kg/t浆,并且含有大量的悬浮物和较深的色度。生化耗氧量和化学耗氧量的主要成分是木素降解产物、多糖类和有机酸类。其中木素降解产物占30%40%,
17、多糖类占10%15%,有机酸类占35%40%。废水(fishu)采用厌氧好氧两级或三级处理 可以达到排放标准第二十三页,共105页。半化学(huxu)机械法制浆 化学机械浆的一种,其中得率在6585之间的,常称为半化学浆,在我国提到半化学浆,主要是用于生产瓦楞原纸的半化学竹浆、苇浆、稻麦(do mi)草浆,得率在65%-77%左右,由于大部分工厂规模较小,产品档次和售价较低,经济上难度较大,废液原液CODCr浓度在500010000mg/L之间。大型半化学非木材浆厂通过厌氧+好氧+化学的方法可以做到达标排放项目项目温度温度PHCODBODSSTNTP碱度碱度SO42-单位单位mg/Lmg/Lm
18、g/Lmg/Lmg/Lmmol/Lmg/L废水废水30407.88.5650075002000250015002000951208.510121480250第二十四页,共105页。化学(huxu)法制浆 工业生产上常用的有碱法制浆及亚硫酸盐法制浆两大类。碱法制浆主要包括硫酸盐法和烧碱法。碱法制浆约占世界浆产量的90%。以纤维植物(主要是植物茎杆)为原料,利用某种能与原料中所含木素发生选择性化学反应的化学药剂,使大部分木素暂时溶解并洗出,并使原料中的单根纤维细胞充分分离(fnl)的过程。第二十五页,共105页。废液的提取(tq)洗选工序废液的提取是最终影响进入(jnr)水处理厂COD量的关键第二
19、十六页,共105页。碱法化学碱法化学(huxu)法制浆废液法制浆废液 成 分原 料红松落叶松马尾松蔗渣苇稻草麦草W(固形物)/%W(有机物)/%木素 挥发酸 其他W(无机物)/%总碱 Na2SO4 SiO2 其他71.4941.007.8451.1689.603.640.756.0169.2243.9011.4844.6290.601.891.897.5170.3337.0011.3551.6287.002.250.7510.0068.3634.1016.2049.7060.803.307.4428.4669.7242.4012.6845.0285.005.308.830.8768.7017.
20、7015.0069.0031.6013.3052.7023.90黑液指用烧碱法和硫酸盐法直接蒸煮原料而产生的废水。黑液中含有有机物和无机物两大类物质。有机物主要是碱木素、半纤维素和纤维素的降解产物,如挥发(huf)酸、醇等;无机物中绝大部分是各种钠盐,如硫酸钠、碳酸钠、氢氧化钠以及硫化钠等。第二十七页,共105页。大型(dxng)硫酸盐木(竹浆厂)发生量产品产品废水量废水量SSSSBODBOD7 7CODCODCrCrm m3 3/t/tkg/tkg/tkg/tkg/tkg/tkg/t未漂硫酸盐浆未漂硫酸盐浆20206060121215155 5101020203030传统漂白传统漂白6060
21、10010012121818181825256060120120硫酸盐浆硫酸盐浆1 1ECFECF和和TCFTCF30305050101015151414181825254040漂白硫酸盐浆漂白硫酸盐浆2 2硫酸盐法制浆工艺,且规模(gum)较大,因此都配有碱回收系统。通过高效的洗浆系统提取98以上的黑夜送回碱回收,这不但可以回收碱和能源,还可以极其有效地消减绝大部分污染物;中段废水再通过处理,废水可以达标排放,现有的漂白技术可使进入水处理厂的废水负荷大幅度减低。第二十八页,共105页。非木材制浆(zh jin)的特点第二十九页,共105页。非木材(mci)化学浆厂竹稻麦草、龙须草、荻苇、蔗渣
22、、亚麻、黄麻、桑皮、构皮棉花、棉短绒、破棉布等。多戊糖含量高、木素含量低、含硅灰分高、草类纤维细小、滤水性差。制约碱法非木材化学浆厂污染(wrn)物发生量的关键因素是废液的提取率,与高达95%-98%的木浆提取率而言,麦草浆的黑液提取率平均不到80%,大大提高了洗选工序进入水处理厂的污染(wrn)负荷。草类、蔗渣废液量高、蒸发时黏度高,化学品浓度低、发热量低。第三十页,共105页。碱法化学法制(fzh)浆的污染负荷(黑液)第三十一页,共105页。碱回收(hushu)第三十二页,共105页。绿液和白液绿液成分为碳酸钠和硫化钠,烧碱法为绿液成分为碳酸钠和硫化钠,烧碱法为碳酸钠。碳酸钠。第一步:绿液
23、澄清(绿泥)第一步:绿液澄清(绿泥)第二步:石灰第二步:石灰(shhu)消化消化 2CaOH2O 2Ca(OH)2 第三步:苛化第三步:苛化 Na2CO3Ca(OH)2 2NaOHCaCO3 第四步:白液澄清(白泥)第四步:白液澄清(白泥)第三十三页,共105页。我国现有大、中型碱回收系统运行(ynxng)效果项 目单条碱回收生产线规模(t浆/d)黑 液碱回收率碱自给率碱回收成本提取率()()(元/t碱)()木浆 1509598.5909896100500800竹浆 150959885969099.7500600荻苇浆 15088928590 907001200蔗渣浆 15088908387
24、878001300麦草浆 15080897080 799001500第三十四页,共105页。污冷凝水 污冷凝水有3个主要来源:连续蒸煮锅、间歇蒸煮可凝物的主要来源为蒸煮周期中的小放汽和浆料喷放仓的排出气体(qt),通过热回收系统变成污热水;碱回收蒸发器是污冷凝水的又一来源;冷凝器的冷却水即成为冷凝水的第三个来源。第三十五页,共105页。亚硫酸盐法废液(红液)制浆所用的化学药剂是以钙、镁、钠、铵等为盐基的酸性亚硫酸盐或亚硫酸氢盐。此法的蒸煮废液,即红液。有着十分复杂的化学成分,木素和纤维素是有机物中的 主要成分,糖类含量也较多,还含有制浆药剂。其中(qzhng),酸法中的以亚硫酸铵为蒸煮药剂的亚
25、硫酸铵法,其废液中的有机物质主要是木质素含量约占总有机物的一半。易被生物降解利用的糖类和挥发性有机酸约占总有机物的20%。回收化学药品及热能是解决红液污染的根本途径。W(成分)/%原料针叶木阔叶木非木材原料(蔗渣、芒秆混合亚硫酸氢镁法)木素磺酸盐总糖己糖戊糖糖衍生物(糖磺酸盐,糖醛酸盐)挥发性有机物(醋酸、甲酸、呋喃等)无机物5419145205246195142211255.618125第三十六页,共105页。不同原料亚硫酸盐蒸煮废液污染不同原料亚硫酸盐蒸煮废液污染(wrn)负荷负荷原料生产方法得率/%卡伯值BOD7/(kg/t浆)CODcr/(kg/t浆)麦草杨木桉木桦木云杉云杉白松NSS
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