制浆造纸工艺废水处理应用工程实例

摘要：本文介绍了“预处理+混凝沉淀+预酸化+IC反应器+好氧池+二沉池+高级氧化+终沉池”主体工艺在造纸废水处理中的应用，该工艺自2016年12月投产至今，处理效果较稳定，运行结果表明CODcr、BOD5和SS的去除率皆稳定在98%以上，出水各项指标均达到《制浆造纸工业水污染物排放标准》（GB3544-2008）的要求。
1 工程概况
某纸业有限公司主要生产原料为废纸和木色针叶木浆板，年生产高强瓦楞纸、挂面箱纸板共54万吨，包括制浆车间（商品木浆UKP生产线1条和废纸浆生产线2条）、造纸车间（4400造纸机2台和4660型纸机生产线2条）、水洗车间。造纸废水主要来源于水力碎浆、筛选及抄造工序产生的生产，主要污染成分是细小纤维、造纸填料、废纸杂质、少量胶黏物以及造纸生产过程中添加的各类有机和无机化合物[1]。造纸废水由于污染物浓度高、成分复杂、可生化性差、流量和负荷波动较大而成为难处理的工业废水之一[2]。
2 工艺设计
2.1 水量水质
废水处理厂的设计处理规模为30000m3/d，设计小时流量为1250m3/h，24h连续运行。经多次取样化验，发现车间原水CODCr值波动较大和进水可溶性CODCr值较高的特征，最终讨论后设计车间来水CODCr≤5200mg/L。外排废水执行《制浆造纸工业水污染物排放标准》（GB3544-2008）。具体设计进出水水质数值见表1。 2.2 工艺流程
废水处理工艺采用“预处理+混凝沉淀+预酸化+IC反应器+好氧池+二沉池+高级氧化+终沉池”，具体工艺流程见图1。
2.3 主要处理单元及设计参数
（1）沉渣渠、格栅渠。在进水渠增加沉渣渠，车间来水部分细砂经沉渣渠沉淀去除，并增加单轨电动抓砂斗；设粗、细格栅各一道，用以去除大块的漂浮物，以防止其后的处理构筑物管道、水泵等设备堵塞。格栅渠设置回转式粗格栅机2台（栅条间隙b=10mm），回转式细格栅机2台（栅条间隙b=3mm）。 （3）斜筛、纸浆池。废水通过筛网，拦截废水中的纸浆及其他杂物，可大幅度降低废水的悬浮物，并同时回收纸浆，纸浆进入纸浆池。斜筛配置筛网2套（过滤面积：125m2/套，120目）和反冲洗泵2台（Q=69m3/h，H=45m，N=15kw）。纸浆池配套设计推进器2台（转速：142r/min，功率：30kw）
（4）絮凝反应池、初沉池。在絮凝反应池加药混凝反应，于初沉池中去除废水中的悬浮物质及部分无机盐。絮凝反应池尺寸为39.0m×3.0m×5.5m，反应池停留时间HRT=14min，初沉池尺寸为44.0m×39.0m×4.5m，初沉池表面负荷q=0.80m3/m2•h。初沉池中设置行车式虹吸泥机2台（功率：3kw/台，跨度：6m，含驱动装置、虹吸泵和刮泥板）。
（5）调节池、冷却塔、2#提升泵房。为均匀水质水量，调节池中设计潜水搅拌机2台（功率：7.5kw/台，叶浆直径：620mm，叶浆转速：480r/min）。由于现场场地比较紧凑，冷却塔建于预酸化池上，主要设计工况为冷却水量625m3/h×2，喷头口径Ф16，喷淋高度3500mm。
（6）预酸化池。收集调节池进水，在预酸化池中通过对废水的pH值、温度的调节，营造一个兼氧环境，使废水中的有机物被酸化细菌部分转化为挥发性脂肪酸，并提升至IC反应器。预酸化池尺寸为25.0m×17.0m×6.5m，水力停留时间HRT＝2.0h。为加强酸化效果，池中设计潜水搅拌器2台（功率：7.5kW/台，叶浆直径：620mm，叶浆转速：480r/min）。
（7）厌氧污泥池、IC反应器。废水经提升泵提升进入IC反应器布水系统，进入第一、二反应室，与颗粒污泥均匀混合，在各种微生物的作用下，废水中COD在短时间内和相对较高的负荷下获得较高去除率，在产甲烷细菌的作用下，部分COD转化为沼气并通过三相分离收集以进一步处理。厌氧污泥池尺寸为17.0m×14.0m×5.0m。IC反应器主体尺寸为φ15.0m×24.0m，容积负荷Nv=18.4kgCODCr/(m3•d)，停留时间HRT＝3.3h，全容积Ve=4200m3，采用碳钢结构，组成单元包括三相分离器、模块支撑、进水布水、内部管道、气液分离器、辅助连接材料、罐体、罐体辅助结构、管道和阀门。配套沼气系统由沼气燃烧器、沼气稳压柜、涤气塔和喷淋泵组成。仪器仪表有在线pH计(涤气塔)、超声波液位计(沼气稳压柜)、压力变送器(洗涤塔)、在线pH计（带温控，用于IC反应器出水pH测量管路）、温度变送器（沼气燃烧器）、沼气点火阀（隔爆型）、立管回流管电磁流量计、沼气涡街流量计。
（8）好氧池。好氧微生物利用新陈代谢的作用将废水中的有机物分解成二氧化碳和水，从而降解有机污染物，并进行自身增殖，维持系统中高浓度的生物群体。尺寸为70.0m×46.0m×8.0m。污泥负荷Ns=0.42kgCODCr/(kgMLSS•d),容积负荷Nv=1.49kgCODCr/(m3•d)，污泥浓度MLSS=3000～3500mg/L，溶解氧DO=1.5～4.0mg/L。本项目好氧池曝气方式采用射流曝气，配套安装射流曝气器（5×70mmØ）和射流循环泵6台（4用2备，Q=980m3/h，H=15m，N=55kw）。
（9）二沉池。二沉池按照表面负荷q=0.7m3/m2•h进行设计，主要设备为全桥式周边传动刮吸泥机（跨度34米，N=1.5kw）。
（10）鼓风机房。放置多级离心鼓风机4台(3用1备，Q＝100m3/min，ΔPa＝78.4kPa，N=200kw)。
（11）高级氧化池、终沉池。属于废水深度处理工艺，投加Fenton试剂，与二沉池出水充分混合、反应，通过沉淀进一步去除废水中的污染物，使出水水质达到设计目标。高级氧化池尺寸为18.0m×5.0m×5.5m，停留时间HRT=0.5h。终沉池尺寸为70.0m×23.0m×4.5m，设计表面负荷q′＝0.6m3/m2•h。Fenton高级氧化有效基团为羟基自由基，氧化效果取决于反应过程的pH和氧化还原电位ORP，因此在高级氧化池内设在线pH计和ORP计，以保证高级氧化的最佳效果。终沉池采用行车式虹吸泥机6台（N=3.0kw/台）。
3 运行情况
3.1 运行效果
该工程取用附近造纸厂的脱水污泥进行驯化，经过调试，污水处理系统运行情况稳定，出水水质效果较好。自工程验收投产至今，出水各项指标均达到《制浆造纸工业水污染物排放标准》（GB3544-2008）的要求。
3.2 运行费用分析
（1）电费E1。总装机容量：3064kw，运行功率：1902.4kw，按实际运行功率核算，负荷系数取0.80，电价按综合价0.75元/kw•h，则：1902.4kw•h÷30000m3/d×24×0.80=1.217kw•h/m3E1=1.217×0.75元/kw•h=0.913元/m3废水
（2）药剂费E2。聚合氯化铝0.176元/m3，聚丙烯酰胺（阴离子）0.045元/m3，营养盐0.140元/m3，过氧化氢（27.5%）0.200元/m3，聚丙烯酰胺（阳离子）0.025元/m3，硫酸亚铁（FeSO4•7H2O）0.174元/m3，液碱(40%NaOH)0.170元/m3，E2=0.930元/m3废水。
（3）工资福利费E3。工资福利标准：平均工资1800元/(月•人)，职工定员：22人，E3=0.044元/m3废水。
（4）直接运行费用∑E。∑E=E1+E2+E3=1.887元/m3废水。本运行费用为直接费用，不包括pH调节费、物化加药费、折旧费、维修费、企业管理费等，其中电耗指标不含照明及备用电源。以上药剂单价随市场价格变化，运行费用随之变化。
4 结论
（1）采用“预处理+混凝沉淀+预酸化+IC反应器+好氧池+二沉池+高级氧化+终沉池”工艺处理造纸废水，具有设计合理、系统运行稳定、处理效果好、耐冲击负荷能力强等特点；
（2）工程运行结果表明，该工艺自2016年12月投产至今，处理效果较稳定，CODcr、BOD5和SS的去除率皆稳定在98%以上，出水各项指标均达到《制浆造纸工业水污染物排放标准》（GB3544-2008）的要求，为同类型废水处理提供了借鉴。