芦苇制浆造纸中段污水快速净化与回用—SPR新技术
摘要： 社会的发展和人民生活水平的提高，纸制品消耗量迅猛增长。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。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，它是中国工业污染防治的难点问题之一。
关键词： 污水 净化 SPR
一.概述
社会的发展和人民生活水平的提高，纸制品消耗量迅猛增长。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。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，它是中国工业污染防治的难点问题之一。
碱法制浆造纸的蒸煮黑液已确认应采用碱回收方法治理；造纸机白水污染负荷较轻，不难处理；打浆机和精浆机洗浆、选浆、漂白过程产生的中段废水则是当今造纸污水治理的焦点。
碱法制浆造纸的中段废水呈褐色，PH 6～7,悬浮物含量为1000毫克/升以下,CODcr为1000毫克/升左右。污水中不溶性污染物主要有纤维物质；溶解性有机物质主要是木素，糖类。
SPR污水处理技术首先采用化学方法使溶解状态的有机污染物从真溶液状态下析出，形成具有固相界面的胶粒或微小悬浮颗粒，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；清水经罐体内的悬浮泥层过滤之后回用于洗浆，污泥则在浓缩室内浓缩，定期排出，经脱水之后亦可以再利用。
我们向污水中投入一种无机高分子药剂，其水解反应过程中会放出氢离子(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，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。
反应式可写为：RONa + H ---- ROH ¯ + Na
碱木素 木素酸 “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，可以在SPR系统独有的良好的混凝环境中，从污水中完全分离出来。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。
无机高分子药剂还与污水中的某些有机污染物反应，使它们从污水中析出。
我们还向污水中投入另一种无机高分子电解质，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，使污水中造纸填料和细小纤维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，还能起到一定的架桥絮凝作用。
同时还投入水溶性长链状有机高分子聚合物，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，既去除了溶解态的有机污染物(COD)、色度、又去除了悬浮物杂质。 经过此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度，水质透明,完全可以送回上一道粗浆洗浆工序使用，不必外排。
造纸中段污水混凝处理前（中）、混凝处理后（右）
和SPR系统开机运行处理后出水（左）水样照片
采用上述工艺配方，运用SPR-0.5型高浊度污水净化器及其系统，在湖北XX芦苇制浆造纸厂现场进行了造纸中段废水的连续开机运行试验，效果良好：净化后出水的悬浮物SS<3毫克/升，浊度低于3度, PH 7，水质透明，只残存极浅的色度。
（见净化前后水样实照）
处理前后水样对比照片
实践证明，物理化学法净水工艺与高效率的高浊度污水净化器之流体力学结构相配合，不但能净化含悬浮物（SS）很高的无机污水，而且可以快速净化含有有机污染物(COD)的高浓度有机污水，使物理化学法污水净化技术的适用范围有了重大突破，打破了唯有生物化学法才可能适用于处理高浓度有机污水的传统观念。
二．湖北XX纸业有限公司污水排放现状
黑液及中段污水外排实况 碱提工段污水排口之一
三． SPR污水净化装置系统现场开机运行试验
1. 开机运行试验目的
我们引进最新美国发明专利SPR污水净化技术，用SPR-0.5型污水净化装置系统在湖北XX纸业有限公司进行现场造纸中段污水处理开机运行试验，以探讨新的造纸中段污水净化工艺技术及设备的适用性，以期达到净化和循环回用的目的。
2. SPR污水处理系统净化工艺原理
SPR污水净化工艺及其系统:包括物化工艺和SPR污水净化器两大部分组成，是一套纯物理化学法处理装置系统。首先，通过化学方法使溶解状态的污染物（木质素）从真溶液状态下析出，形成具有固相界面的胶粒或微小悬浮颗粒；加入经济而又高效的吸附药剂，吸附污水中的污染物；然后采用微观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；再依靠旋流和过滤水力学等流体力学原理，在SPR污水净化器内使絮体和水快速分离；污水经过罐体内自我形成的致密悬浮泥层过滤之后，起到了精细过滤的作用，出水可以送回上一工序作为粗浆漂洗的工艺用水回用，不再排放。当罐体内形成的悬浮泥层达到一定量后，依靠点涡流动形成的向心力、过滤水力学形成的牵引力和自身的重量，被快速引入污泥浓缩室沉降分离，当污泥浓缩室蓄满时可定期排出。其优点为：整套SPR系统装置结构简单，工艺流程短（只有30分钟），完全不是用传统的机械过滤滤料来过滤悬浮物，以实现深度处理，SPR污水净化器在常压状态下工作运行，系统设备一次性投资少、药剂和电力消耗等处理污水的运行费用低，操作维修简便等。
3. 开机运行试验工艺流程
试验过程中，我们将湖北XX纸业有限公司生产过程中排出的中段污水直接引入SPR污水净化系统调节池，在SPR调节池内靠水力搅拌混匀，靠污水泵将调节池的污水吸入SPR污水净化器管路系统，同时在污水泵前的负压端加入四种药剂，药剂和污水是通过污水泵叶轮、蛇形反应管和瓷球反应罐的组合作用下完成混合的；然后送入SPR污水净化器完成混凝、絮凝、过滤、污泥浓缩及分离等净化过程，处理后的出水直接流入回收清水池。
其具体工艺流程如下：
湖北XX纸业公司
中段污水排水沟→调节池→污水泵→SPR污水净化器→回收清水池
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加药 加药
4. 开机运行试验内容
2003年10月16日—10月17日，在湖北XX纸业有限公司现场进行SPR污水净化系统装置开机运行试验。靠水泵将湖北XX纸业有限公司中段污水连续吸入SPR系统，系统处理造纸中段污水水量：0.5立方米/小时，经过30分钟净化工艺流程，处理后出水连续流入清水池。使用药剂为SPR－1、SPR－2、SPR－3和SPR－5等4种。观察了SPR系统排出的污泥状况，污泥含水率低、流动性好。采样并测试处理前后污水中悬浮物、浊度、CODcr、pH等数据。
在湖北XX纸业有限公司现场SPR系统开机运行处理造纸中段污水实照
5. 开机运行试验效果
现场采取中段污水水样和净化后出水水样。测定并记录处理前后水样有关水质数据，具体情况如下： 造纸中段污水处理前后水质对比表
从以上水质测试的数据表中可以看出，经SPR污水净化系统处理后，出水中悬浮物含量能降到3毫克/升以下；色度降低到 30倍以下，CODcr降到330毫克/升。
处理每立方米污水消耗的总药剂费用为0.68元人民币；SPR系统净化污水过程消耗的电力为0.15千瓦.小时（折合电费为0.05元人民币）/立方米。
6． 开机运行试验的初步结论
通过这次湖北XX纸业有限公司现场污水净化开机运行试验,证实SPR技术和设备系统是能够适用于芦苇制浆造纸污水的净化处理的，处理后出水能够满足目前回用作粗浆洗浆水水质要求。与传统的常规净化工艺技术相比,SPR技术和设备系统的净化效率和经济效益都具有极大的优势。
经过小规模运行试验，厂造纸工艺技术人员、厂化验技术员、车间生产管理人员都亲临运行现场观看了SPR污水净化系统的运行实况。我们认为：在污水净化机理、工艺流程、设备结构等等方面都是符合科学道理的，系统运行是稳定、可靠的，水质测试数据是真实的。作为一项新的技术引进湖北XX纸业有限公司，进行大规模的生产运行考验，以积累生产运行中的经验和科学数据，完善配套工艺措施，建立实质性的应用工程是十分必要的。
建议立即立项建立日处理污水能力为2000立方米的造纸中段污水处理及回用先导工程，为最终建立新厂8000立方米/天造纸中段污水处理及回用的整体工程作好准备。
四．芦苇制浆造纸中段污水净化工艺流程的SPR新模式 ：
湖北XX纸业有限公司制浆造纸生产中段污水
SPR系统将满足造纸污水的净化和闭路循环的生产要求，既治理污染，又为企业节省大笔制备新鲜自来水的费用，企业也不再交纳排污费，企业在治理水污染的过程中也可以获得可观的经济效益。
为使工程投资和运行费用能为中国现有企业经济实力承受，采取引进美国发明专利SPR污水处理工艺技术及其SPR污水净化器主体设备的设计技术，在中国制造；选用有关国产辅助设备进行配套。
污水处理药剂国产化，以合同形式保证长期供应，以确保SPR污水净化系统拥有持续良好的运行质量。根据纸业有限公司确定的污水水质状况，将确定处理每立方米污水消耗的药剂费用。
因主要设备是离心式污水泵、离心式清水泵和水中搅拌装置，不会造成环境的噪声污染。
全部操作实现了机械化或半自动化，工人主要操作为开关阀门、按电钮和配制药剂，操作工人劳动强度低。