内循环厌氧+表面曝气工艺处理造纸废水

Posted 2023-01-12 反应器

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山西省某纸业公司采用内循环厌氧(IC)+表面曝气工艺处理造纸废水。运行结果表明，此工艺能有效处理造纸废水，COD、BOD5和SS平均去除率分别达93.8%、97.1%和97.6%，出水水质达到制浆造纸工业水污染物排放标准(GB3544-2008)。
废纸造纸是以废板纸、废书刊纸、废报纸等为主要原料生产多种规格的石膏板纸、箱板纸等产品，与直接利用原生植物纤维原料制浆造纸相比，即可保护森林资源，减少对生态环境的破坏，又能有效利用废纸资源。由于废纸中含有半纤维素、木质素、无机酸盐细小纤维、无机填料以及油墨、染料等污染物，成分复杂，需要化学品制剂将其去除以完成制浆，并且在抄纸过程中还需添加施胶剂、滑石粉等制剂，使废纸再生造纸过程中排放大量含有毒有害污染物的废水，对生态环境和人体健康造成影响，因此对废纸造纸废水的处理成为国内外废水处理的难点和热点。目前国内处理废纸造纸废水的方法有涡凹气浮工艺、混凝沉淀工艺、气浮或沉淀法和物化与生化相结合，国外采用全厂封闭循环和零排放技术，如高效浅层气浮法电絮凝法和粉煤灰吸附法等都取得很好的效果。本工程采用新型高效内循环厌氧反应器(IC反应器)处理废纸造纸废水，运行实践表明，IC反应器启动速度较快，运行稳定，IC反应器出水再采用表面曝气法处理，出水水质达到制浆造纸工业水污染物排放标准(GB3544-2008)。
1.废水水质与水量
山西省某纸业有限公司采用以废纸为原料生产石膏板纸。生产过程中，废水主要来源于碎浆废水、洗浆废水、抄纸白水等废水。废水中主要污染物有3类：还原性物质：如木质素、无机盐等，以COD为指标；可生物降解物质：如半纤维素、树脂酸、低分子糖、醇、有机酸和腐败性物质等，以BOD5为指标；悬浮物：如细小纤维、无机填料等，以SS为指标。进入水处理设备的设计水量36000m.3d-1，经过初沉池后16000m3.d-1的水量直接被车间回收利用，剩余20000m.3d-1进入生化处理。废水水质及排放标准见表1。

2.废水处理工艺
废水中的COD、SS质量浓度较高，废水的B/C大于0.4，可生化性较好。根据本设计的实际情况采用厌氧加好氧生化处理作为主体生物处理工艺。厌氧反应选择厌氧颗粒污泥在IC反应器中进行，好氧过程在曝气池中进行，采用表面曝气的方式。具体工艺流程见图1。

车间来水经地沟通过格栅进入调节池，在调节池内进行水质水量的调节。通过调节池后的斜网截留大部分的SS(主要是流失的纤维)，可以进行回收利用。初沉池出水进入预酸化池使废水发生适度的预酸化，为随后进行的厌氧反应提供良好的环境条件。在IC厌氧器中，大部分可生物降解的有机污染物最终被转化为沼气。在曝气池中剩余可生物降解的有机物和部分不可生物降解的有机物被去除，最终转化为水、二氧化碳和剩余污泥。二沉池出水进入砂滤池进行深度处理后达标排放。
3.主要构筑物及设备参数
3.1格栅和斜网
通过格栅和斜网截留作用，可以回收在造纸过程中流失到废水中的浆料，回收的浆料可回用于造纸或外售作为低档纸的原料，产生直接经济效益，也可以降低废水处理负荷，减少药剂消耗。通过格栅+斜网可去除大部分的SS和非溶性COD。格栅还可避免污水泵堵塞和悬浮物在调节池中的沉积问题。采用机械格栅，栅距10mm。斜网间隙0.25mm。
3.2初沉池
斜网处理后的废水自流到初沉池，在进入初沉池前的管道中，与加入的混凝剂和絮凝剂在静态混合器中充分的进行混合，其投加量为25mg.L-1。沉降污泥在初沉池依靠刮泥机收集到初沉池中部，并在此被初沉污泥泵直接输送到污泥池内与二沉池污泥混合，然后一起输送到污泥脱水机房进行脱水，或送到污泥板纸机车间利用。初沉池为辐流式，钢筋混凝土结构，尺寸Φ38m×6.6m，HRT=2.5h，表面负荷为1.4m3.m-.2h-1。
3.3预酸化池
预酸化池使废水发生适度的预酸化，为随后进行的厌氧反应提供良好的环境条件。造纸工艺产生的废水含氮磷量太小，为使预酸化及后续生物反应的正常进行，在预酸化池中自动计量投加生化反应所需要的营养盐(氮和磷)。由于预酸化的作用可能使pH降低，为了准确保证废水进入IC反应器所需要的pH条件，在预酸化池投加氢氧化钠，用以调节预酸化池内的pH。此设备有自动调节功能，对氢氧化钠投加只需在运行初期投加。经过初沉池后部分废水(16000m.3d-1)直接回用至车间，后续构筑物设计水量为20000m3.d-1。
本设计设预酸化池2座，单座尺寸为39m×17m×4.5m，HRT=6.2h，每池分为3格。厌氧池底部可能积泥，按每立方米池容10W功率配备潜水搅拌机，共分6小格，选用6台潜水搅拌机，每台功率为8.8kW。
3.4IC反应器
IC反应器设计为两级三相分离器，其主要目的是将气、液、固三相分离，反应器尺寸为10m×10m×24m，HRT=2.5h。
与其它厌氧反应器相比，IC反应器具有内循环搅拌作用和较高的上升流速，使得IC反应器的容积负荷最大，耐负荷冲击能力最强，同时还具有较强毒性抑制的耐受力。IC反应器中，进水分布器是在很小的底面积上使用大口径的特殊布水管，不易堵塞，同时IC的进水分布器不需要专门的清洗。在IC反应器中，造纸废水中固体杂质如纤维和钙可以被冲出反应器而不至在反应器内停留和累积，因此IC反应器的长期运行的稳定性得到保证[8-10]。
3.5曝气池及二沉池
活性污泥法可以避免由于制浆废水的高纤维含量和高硬度容易引起的堵塞问题，本设计采用适合造纸废水处理的表面曝气法工艺作为好氧工艺。好氧系统设计双线制推流式(选择池+曝气池)。为使好氧阶段有充足的氧气量，且根据废水的水质综合考虑，采用表曝机为此阶段提供氧气，设施简单、集中，处理效果好。
曝气池取4个廊道，尺寸为60m×10m×6m，有效水深5.5m，HRT为9.0h。采用Landy7(3000)型表曝机2台，其规格为1.5kgO.2kWh-1，功率为132kW。曝气池出水进入辐流式二沉池。二沉池取2个，尺寸为Ф33m×6.2m，HRT为5.2h。水力表面负荷0.5m.3m-.2h-1。
3.6砂滤池
为使出水稳定达标排放，二沉池后采用活性砂滤进行深度处理。设计两个圆形砂虑池，单池尺寸为Ф10.3m×4.0m，过滤速度为5m.h-1。
4.运行效果
该项目调试运行成功后，对废水处理设施进行验收监测，连续10d每天2次取样监测，各处理单元的处理效果见表2。

IC反应器的运行稳定后，当COD进水在900～1200mg.L-1时，COD出水350～480mg.L-1，出水比较稳定，IC反应器对COD的平均去除率为47.8%；好氧系统出水比较稳定，二沉池出水COD在70～100mg.L-1之间，好氧系统对COD的平均去除率为80.3%。
5.效益分析
5.1经济效益
项目的经济评价计算期14.5年，其中建设期0.5年，生产期14年。生产期内年平均总成本费用为1718万元，生产期内年平均经营成本1341万元。污水处理平均单位成本费用1.58元.m-3，污水处理单位制造成本1.52元.m-3。
产品成本估算主要包括以下几项内容：原材料、燃料、动力：原材料、燃料、动力价格均以近几年市场已实现的价格为基础，考虑一定的物价上涨因素，并预测到建设期末。价格中不含增值税。工资：根据该厂现有工资水平及本项目实际情况，按年人均工资8460元估算。该项目投产后，全厂定员9人，工资总额为22万元。按工资总额的14%提取职工福利基金，总额为3万元。以上两项合计为25万元。
折旧和摊销：根据国家有关规定，折旧采用平均年限法，设备按14年折旧，残值为5%，构筑物折旧年限20年，残值为5%，折余值在期末回收。年折旧额为331万元。递延资产原值为4元，按5年摊销，年摊销额约1万元。
修理费：修理费参照同类厂家费用水平及本项目实际情况。按每年132万元估算。
利息支出：利息支出为经营期间的长期借款利息及流动资金借款利息之和。
其它费用：其它费用是指扣除以上各项费用后的其它制造费、其它管理费等，每年为60万元。
5.2社会及环境效益
采用内循环厌氧(IC)+表面曝气工艺处理造纸废水，出水水质较好而且稳定，可实现生产水封闭循环使用，有效地削减了各污染物的排放量，减少了对周边环境的污染，减少污染赔偿费。
本工程的实施，不仅使企业的废水污染得到治理，排放部分达到国家规定的排放标准，对企业的生存和发展十分重要，而且有效地解决了企业废水对周边环境的污染，有利于改善周边的生态环境，对周边的农业发展将发挥重大作用，具有较大的环境效益和社会效益。
6.结论
采用内循环厌氧(IC)+表面曝气组合工艺能有效处理造纸废水，COD、BOD5、SS的平均去除率分别为93.8%、97.1%、97.6%，出水水质达到制浆造纸工业水污染物排放标准(GB3544-2008)。
内循环厌氧(IC)+表面曝气组合工艺具有操作管理方便、容积负荷高、能耗低的优点，运行稳定，不产生污泥的膨胀，具有较好的推广应用价值。