氧化沟工艺在造纸废水处理中的应用及工程案例分析

Posted 2023-01-12 工艺

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阐述了氧化沟工艺在造纸废水处理中的应用情况，结合工程案例对其处理效果及经济效益进行了分析，为今后同类废水的处理工程设计和运行提供科学依据。
1.引言
随着造纸工业的迅速发展，造纸工业废水已成为重要污染源之一。造纸废水中含有较多的纤维素、木质素、无机碱、丹宁、树脂、蛋白质等物质，废水色度深、难降解有机物含量高，若未经处理而直接排放，将会给环境和水体造成污染。目前，造纸工业废水的常规处理工艺有物理处理法、化学氧化法、生物处理法等。在实际应用中生物法由于其处理成本低廉而成为造纸废水二级处理的主要方法。造纸废水中污染物成分比较复杂，因此不能期望采用某一处理工艺就可以处理达标，而需要采用几种工艺的组合技术来进行处理。目前，大多数学者认为采取前段预处理接后续生物处理是一种比较经济、合理有效的方法，也是造纸废水处理工艺的主要研究方向和应用趋势。
氧化沟是活性污泥法的一种变型，其曝气池呈封闭的沟渠型，所以在水力流态上不同于传统的活性污泥法，是一种首尾相连的循环流曝气沟渠，污水渗入其中得到净化。世界上第一座氧化沟污水处理厂建成后，因其生化需氧量(BOD)去除率高达97%，引起了国内外学者的兴趣和关注。氧化沟工艺经过几十年的实践和发展，在世界各地得到了广泛的发展和应用，国内外的应用情况证明，这是一种工艺简单、管理方便、投资小、运行费用低、稳定性高、出水水质好的污水处理技术。目前，已被广泛应用于城市生活污水、中药废水、造纸废水等工业废水处理中。
2.氧化沟及其组合工艺
张克峰等在工程实践中采用生物絮凝沉淀一氧化沟工艺处理了某造纸厂造纸中段废水，运行结果表明：在不加药或少加药的情况下，该工艺出水水质良好。闫新萍和滕红文介绍了卡鲁塞尔氧化沟系统处理四川某纸厂造纸中段废水设计与运行情况，以及存在的问题与建议。陈学春等通过蔗渣制浆造纸废水生化处理的项目实例，阐述了卡鲁塞尔氧化沟工艺在设计和运行上的特点，特别是对蔗渣制浆造纸废水好氧生化处理中如何防止污泥膨胀提出了一种新的解决方案。
为了将难降解有机污染物转化为易生物降解物质，并防止污泥膨胀，可以采用水解酸化与氧化沟组合T艺。在水解酸化过程中将难降解的大分子物质转化为易生物降解的小分子物质，提高污水的可生化性，也可以去除部分的COD和BOD、色度等，并降低污水pH值。该工艺在四川、河南[10，11]、宁夏。、广西"等省的造纸厂都有应用，出水水质均达到设计要求。张安龙和王娟娟根据宁夏昊盛纸业有限公司废水中污染成分和造纸生产废水回用水质要求，采用水解酸化一供气式低压射流曝气改良氧化沟一混凝砂滤工艺处理了中段生产废水，运行结果表明，该工艺处理效果良好，能够去除废水中大部分的COD、BOD5、SS和色度，出水水质完全满足废水达标排放和回用的要求。
除了水解酸化作为前处理之外，还可以运用厌氧技术作为氧化沟的前处理装置。内循环厌氧处理技术(简称IC厌氧技术)是荷兰PAQUES公司于20世纪80年代中期在UASB反应器的基础上开发成功的第3代超高效厌氧反应器。目前已成功应用于土豆加T、啤酒、食品、柠檬酸和制浆造纸等废水处理中。实践证明，IC反应器与以UASB为代表的第2代厌氧反应器相比，在容积负荷、电耗、工程造价、占地面积等诸多方面，具有绝对的优势。因此，IC反应器是一种值得推广的高效厌氧处理技术。王春涛等“采用预处理一IC一氧化沟～气浮工艺处理了河南省漯河银鸽集团再生纸生产企业再生纸废水，运行结果表明：该系统处理效果好、性能稳定、维护管理方便，出水pH值为7.39～7.52，COD为57.6～58.7mg/L，BOD5为12.5～15.8mg/L，SS为18～19mg/L，出水水质达GB3544—2008(制浆造纸工业水污染物排放标准》。通过制浆回收和废水再生循环利用，降低了运行成本，对同类型造纸废水的治理有一定的借鉴意义。
3.改良型氧化沟及其组合工艺
曹贤水等认为造纸废水的主要特点是COD含量非常高，但氮磷含量较低，用于该废水处理的氧化沟可以采用全好氧曝气，使沟中不存在好氧区和厌氧区，抑制传统氧化沟中的硝化与反硝化作用，降低营养盐的投加成本，并可达到更好的CODcr去除率。张安龙和张佳在处理某造纸厂制浆造纸废水时选用了IC厌氧反应器改良型氧化沟一浅层气浮组合工艺，并对整个工艺的主要构筑物及其调试运行方法进行了介绍。张安龙等[17-19]还采用供气式低压射流曝气系统改良型氧化沟工艺处理造纸中段废水。该系统选用先进的射流曝气系统，氧转移效率高、污泥沉淀性能好、故障率低，适用于大深沟型曝气池，沟深度达6～8m，甚至更深，可进一步提高氧转移效率和减少占地面积，从而有效地降低了废水处理的动力消耗。
另外，造纸废水中混有一些生产中带来的短纤维，若采用传统的曝气设备极易造成堵塞，进而对生产造成影响。FAS-JetR曝气器因其结构和曝气的特点，很好的解决了这一难题，能够连续长时间运行而无需清理，并且控制简单。张安龙等[21，22]。又将FAs～Jet供气式低压射流曝气系统改良型氧化沟为核心的处理工艺应用于造纸中段废水的处理，运行结果表明：出水水质可达到造纸工业水污染物排放的国家标准。
4.案例分析
云南省金沙江畔某造纸厂以竹子为原料，采用亚铵制浆，其制浆能力为6500t/年。废水主要为全厂制浆黑液、中段洗浆废水、抄纸白水共2850m3/d。工程调试正常后，当地环境检测站监测结果见图1、表1。

该工程总投资120万元，投资费用较低的主要原因是利用了工厂的部分原有设施和废旧材料。该工程运行期间各项费用分别为：人工费240元/d、电费850元/d、絮凝剂费用1923元/d、设备折旧费180元/d、设备检修费20元/d、共计1602.5元/d，单位处理成本为1.13元/(m2.d)。