錢曉東 張小紅 張 宇

（浙江景興紙業(yè)股份有限公司，浙江平湖，314214）

隨著國家節(jié)能減排政策的進(jìn)一步實(shí)施，作為耗水大戶的造紙行業(yè)面臨嚴(yán)峻的技術(shù)改革[1]，其中造紙廢水的凈化回用越來越受到重視[2-4]。浙江景興紙業(yè)股份有限公司（以下簡稱景興紙業(yè)）PM15紙機(jī)主要生產(chǎn)白面牛卡紙，面層使用混合辦公廢紙（MOW）脫墨漿，底層使用廢舊瓦楞箱紙板（OCC）漿。PM15紙機(jī)在制漿段的清水主要補(bǔ)充在面層，用于MOW脫墨漿浮選前的稀釋，清水日耗用量約3500 t。由于OCC漿料顏色深、濁度高，因此面層和底層的白水系統(tǒng)完全獨(dú)立，避免底層白水混入面層白水影響MOW漿料的白度。PM15紙機(jī)面層和底層清白水的濁度和色度如表1所示。從表1可以看到，底層OCC清白水的濁度和色度均明顯高于面層MOW清白水。

為了達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)，景興紙業(yè)計(jì)劃回用部分底層OCC清白水，經(jīng)淺層氣浮[5-6]凈化去除濁度和色度后，達(dá)到表1中回用水要求（濁度<160 NTU，色度<900 CU），就可以替代部分清水用于面層MOW制漿。淺層氣浮的日處理量保持3000 m3/天，目前采用的方案是氣浮前添加絮凝劑陰離子聚丙烯酰胺（APAM），用量12 mg/L。經(jīng)該方案處理后，氣浮出水濁度明顯降低，但色度去除不明顯。景興紙業(yè)嘗試用該水樣替換MOW制漿用清水，替換量1000 m3/天，但替換后MOW脫墨漿的白度嚴(yán)重下降，不能滿足生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)調(diào)試，為了不影響MOW脫墨漿的白度，最大的清水替換量僅為300 m3/天。

表1 PM 15紙機(jī)白水濁度和色度及回用水要求Table 1 Turbidity and color of PM 15 white water samples and reuse requirements

為了進(jìn)一步降低氣浮出水的色度，替換更多MOW制漿用清水，采用了供應(yīng)商B提供的脫色方案，即脫色劑聚硅酸硫酸鋁（PASS）+脫色劑改性雙氰胺甲醛樹脂（MDF）+固體絮凝劑APAM。景興紙業(yè)分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室評(píng)估和中試試驗(yàn)，連續(xù)運(yùn)行3個(gè)月后進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)效益的評(píng)估。

脫色劑PASS是一種聚硅酸硫酸鋁鹽的無機(jī)高分子，帶有較強(qiáng)的陽離子性，比傳統(tǒng)的聚合氯化鋁（PAC）和聚合硫酸鋁等有更強(qiáng)的脫色和除濁性能。脫色劑PASS靠氫鍵和靜電引力作用，使水中溶解的染料微粒聚集形成膠體，再通過后續(xù)的絮凝作用將其除去。脫色劑MDF是一種改性的陽離子雙氰胺甲醛樹脂，對(duì)木素溶解物中帶磺酸基的發(fā)色物質(zhì)有更強(qiáng)的結(jié)合作用，適用于造紙廢水的脫色。固體絮凝劑APAM相對(duì)分子質(zhì)量大約1000萬，電荷密度10%～20%。

1 實(shí)驗(yàn)室評(píng)估

1.1 材料及儀器

脫色劑PASS、脫色劑MDF和固體絮凝劑APAM，取自供應(yīng)商B；實(shí)驗(yàn)用水，取自PM15紙機(jī)的OCC清白水；JJ-4C六聯(lián)異步混凝攪拌器，常州市金南儀器制造有限公司；HACH 2100Q濁度儀、色度儀、HACH1900分光光度計(jì)，哈希水質(zhì)分析儀器（上海）有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

首先將絮凝劑溶解配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%的溶液，脫色劑配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的溶液。分別量取1000 mL進(jìn)淺層氣浮機(jī)前的OCC清白水于2000 mL玻璃燒杯內(nèi)，將燒杯放入六聯(lián)異步混凝攪拌器，然后把攪拌槳片放入水中，槳片的軸要偏離燒杯中心，確保槳片與燒杯壁之間至少要有6.4 mm的間隙。在120 r/min轉(zhuǎn)速下快速攪拌，同時(shí)向各個(gè)燒杯中添加一定量化學(xué)品，攪拌30 s。降低轉(zhuǎn)速至30 r/min，慢速攪拌20 min。慢速攪拌完成后靜置15 min，觀察固液分離狀態(tài)。用移液槍在燒杯中部位置吸取適量水樣，測定水樣的濁度和色度。表2為OCC清白水不同處理?xiàng)l件。

表2 OCC清白水不同處理?xiàng)l件Table 2 Different treatment conditions of OCC clean white water

1.3 脫色效果對(duì)比

圖1為OCC清白水和經(jīng)不同脫色劑、絮凝劑處理后的水樣。不同處理?xiàng)l件處理后水樣的濁度、色度如表3所示。由圖1和表3可以看出，單獨(dú)使用固體絮凝劑APAM可以降低處理后水樣的濁度和色度，但仍達(dá)不到回用水要求。脫色劑+固體絮凝劑APAM去除OCC清白水濁度和色度的效果更優(yōu)，脫色劑PASS 500 mg/L或者脫色劑MDF 40 mg/L與固體絮凝劑APAM 10 mg/L配合使用，處理后水樣的濁度小于120 NTU，色度小于600 CU。同時(shí)使用脫色劑PASS 500 mg/L、脫色劑MDF 40 mg/L和固體絮凝劑APAM 10 mg/L時(shí)，處理后水樣的濁度從未處理前的361 NTU降低到69 NTU，去除率為80.9%。色度從2740 CU降低至382 CU，去除率為86.1%，完全滿足回用水要求的濁度<160 NTU，色度<900 CU?？梢妼?shí)驗(yàn)室脫色后的OCC清白水的濁度和色度已經(jīng)滿足回用水要求。

表3 不同處理?xiàng)l件處理后OCC清白水的濁度和色度Table 3 Turbidity and color of OCC clean white water after different treatment conditions

圖1 OCC清白水實(shí)驗(yàn)室處理效果對(duì)比Fig.1 Comparison of treated OCCclean white water in lab

1.4 脫色劑的用量優(yōu)化

從上述分析可知，同時(shí)使用脫色劑PASS與脫色劑MDF處理OCC清白水，可以達(dá)到較好的濁度和色度去除率。本實(shí)驗(yàn)還進(jìn)一步研究了兩者的協(xié)同作用，將脫色劑PASS用量范圍控制在0～1000 mg/L，脫色劑MDF的用量控制在0～60 mg/L。處理后OCC清白水的濁度和色度等高線圖分別如圖2和圖3所示，所有實(shí)驗(yàn)中固體絮凝劑APAM的用量固定為10 mg/L。

從圖2和圖3可以看出，脫色劑PASS用量并不是越高越好，實(shí)驗(yàn)室最佳用量約為500～750 mg/L，脫色劑MDF對(duì)色度去除的效果更明顯。結(jié)合濁度和色度的數(shù)據(jù)，以及潛在的成本考慮，建議脫色劑PASS的用量為500 mg/L，脫色劑MDF的用量為40 mg/L?？紤]到實(shí)驗(yàn)室條件與實(shí)際的工程應(yīng)用有較大區(qū)別，實(shí)際的使用效果需要進(jìn)一步上機(jī)中試來驗(yàn)證。

圖2 脫色劑處理OCC清白水的濁度等高線圖Fig.2 Contour map of turbidity of OCCclean white water treated with decolorant

圖3 脫色劑處理后OCC清白水色度等高線圖Fig.3 Contour map of color of OCCclean white water treated with decolorant

2 中試評(píng)估

2.1 流程及加藥點(diǎn)

按照實(shí)驗(yàn)室OCC處理?xiàng)l件5在PM15紙機(jī)上進(jìn)行中試試驗(yàn)，整個(gè)中試持續(xù)約8天，氣浮加藥的流程和加藥點(diǎn)如圖4所示。脫色劑PASS和脫色劑MDF加藥點(diǎn)位于淺層氣浮上水泵前，固體絮凝劑APAM位于上水泵后。

圖4 流程及加藥點(diǎn)示意圖Fig.4 Diagram of processand dosing points

2.2 淺層氣浮出水指標(biāo)跟蹤

中試期間，脫色劑PASS、MDF和固體絮凝劑APAM的用量參考實(shí)驗(yàn)室優(yōu)化的用量，分別為500 mg/L、40 mg/L和10 mg/L。連續(xù)10天跟蹤氣浮出水的濁度和色度，跟蹤數(shù)據(jù)如圖5所示。

圖5 上機(jī)中試氣浮出水濁度和色度變化Fig.5 Turbidity and chromaticity changes of OCCwater after air flotation in pilot test

中試前，氣浮使用了另外一種固體絮凝劑，加藥濃度也是10 mg/L，但出水色度高達(dá)1500～2000 CU，達(dá)不到MOW制漿回用水的要求，該氣浮出水僅用于OCC制漿。切換固體絮凝劑APAM后，氣浮出水的色度和濁度改善不大。但加入脫色劑PASS后，氣浮出水濁度從250～300 NTU顯著下降到100 NTU左右，色度從1500～2000 CU下降到1400 CU左右。當(dāng)加入脫色劑MDF后，氣浮出水濁度進(jìn)一步下降到50 NTU左右，出水色度降低到700～800 CU，并穩(wěn)定至中試結(jié)束。雖然中試期間氣浮進(jìn)水質(zhì)量有所波動(dòng)，且相同化學(xué)品用量下的氣浮出水色度比實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)高，但氣浮出水的濁度和色度一直較穩(wěn)定，已經(jīng)完全滿足回用至MOW漿線2#清白水池的要求（濁度<160 NTU，色度<900 CU）。

3 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估

為了全面評(píng)估OCC白水回用至MOW制漿系統(tǒng)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，景興紙業(yè)將項(xiàng)目實(shí)施前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行了匯總，其中，每個(gè)階段系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行了近3個(gè)月，確保數(shù)據(jù)可靠。

3.1 清水節(jié)約量分析

PM15紙機(jī)清水用量匯總?cè)绫?所示。從表4可以看出，項(xiàng)目實(shí)施前，PM15紙機(jī)清水用量約為14.3 m3/t紙。項(xiàng)目實(shí)施后，由于OCC清白水經(jīng)氣浮處理后達(dá)到了MOW制漿線回用水的要求，MOW制漿線補(bǔ)充清水用量減少了約1300 m3/天，PM15紙機(jī)清水用量降低到11.0 m3/t紙，比項(xiàng)目實(shí)施前節(jié)省3.3 m3/t紙。同時(shí)，脫墨漿白度從75.2%提高到76.0%。

表4 項(xiàng)目實(shí)施前后清水用量匯總表Table 4 Summary of fresh water consumption before and after project

3.2 化學(xué)品成本分析

表5為項(xiàng)目實(shí)施前后化學(xué)品的成本。從表5可以看出，OCC清白水經(jīng)氣浮處理，增加的化學(xué)品成本為4.3元/t紙。但由于處理后水的色度和濁度較低，回用至MOW制漿線后，MOW脫墨漂白化學(xué)品成本反而降低了8.1元/t紙，經(jīng)分析，主要是由于增白劑、脫墨劑和雙氧水用量的減少。綜合對(duì)比，項(xiàng)目實(shí)施后化學(xué)品總成本比項(xiàng)目實(shí)施前減少了3.8元/t紙。

表5 項(xiàng)目實(shí)施前后化學(xué)品成本匯總表Table 5 Summary of chemicals costs before and after project

3.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

PM15紙機(jī)年產(chǎn)白面牛卡紙約12萬t，項(xiàng)目帶來的經(jīng)濟(jì)效益可以從清水成本和化學(xué)品成本兩方面來考慮。目前清水取水和處理總費(fèi)用約5元/m3，則項(xiàng)目實(shí)施后帶來的經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算如下：

在OCC白水回用至MOW制漿項(xiàng)目成功實(shí)施后，每年可節(jié)省約243.6萬元，帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié) 論

本研究主要探討了浙江景興紙業(yè)股份有限公司PM15紙機(jī)將OCC清白水回用至MOW制漿線的生產(chǎn)實(shí)踐。OCC清白水經(jīng)脫色劑和絮凝劑處理，通過淺層氣浮后可以去除大部分濁度和色度，滿足MOW制漿線回用水要求，從而減少了MOW制漿線的補(bǔ)充清水用量。

4.1 實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過優(yōu)化，脫色劑聚硅酸硫酸鋁鹽（PASS）、脫色劑改性雙氰胺甲醛樹脂（MDF）和固體絮凝劑陰離子聚丙烯酰胺（APAM）的最佳用量分別為500、40和10 mg/L。處理后水樣的濁度從未處理前的361 NTU降低到69 NTU，去除率為80.9%；色度從2740 CU降低至382 CU，去除率為86.1%，完全滿足MOW生產(chǎn)線回用水要求（濁度<160 NTU，色度<900 CU），該方案在中試過程中證明，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室優(yōu)化方案處理OCC清白水能大幅降低氣浮出水的濁度和色度，并且穩(wěn)定可控。

4.2 中試試驗(yàn)表明，項(xiàng)目實(shí)施后，清水的用量下降約3.3 m3/t紙，化學(xué)品總成本降低約3.8元/t紙，預(yù)計(jì)該項(xiàng)目每年帶來的經(jīng)濟(jì)效益約243.6萬元。