造纸废水回用工程设计方案的研究

Posted 2023-01-12 工程设计

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文章针对宇华造纸厂废纸制浆生产工艺，设计了造纸废水回用技术路线，选择“混凝沉淀-CASS-电渗析"工艺，实现造纸废水闭路循环及废水的零排放是完全可能的。
前言
造纸业是造成水环境污染的重要污染源之一。目前，我国造纸造纸废水的排放量及COD排放量均居我国各类工业排放量的首位。因此，造纸行业造纸废水回用成为实现造纸行业废水零排放的热点。“零排放"在满足环保要求的同时，还能够节省废水处理设施的运行费用，节约水资源费，降低吨纸的生产成本，使企业获得巨大的经济效益、环境效益和社会效益。“零排放"对造纸企业来说，具有十分诱人的前景。
废纸造纸废水的回用就是将废纸造纸各工艺过程的排出水经过一定的工艺处理或者直接回用于对水质要求较低的工艺段。本文以陕西宇华造纸厂为研究对象，通过对该厂实际情况的调查研究，设计一套造纸废水回用系统的技术路线，为废纸造纸企业生产废水回用及零排放提供的有利的保证。
1.宇华造纸厂废水回用项目简介
1.1宇华造纸厂简介
宇华造纸厂位于铜川新区的石川河流域的赵氏河畔，该造纸厂原来的制浆工艺采用半化学制浆法，生产过程中产生大量的黑夜，环境污染严重。现在该造纸厂第一步已经将化学制浆工艺淘汰，拆除了蒸球等主要设备，全部改为废纸制浆工艺，规模4000m3/d；第二步已经开始造纸废水回用工程的建设方案的初步设计与论证。
1.2宇华实业集团污染源分析
宇华造纸厂改造后的生产工艺为废纸制浆造纸，生产过程中所产生的废水主要为以废纸浆造纸废水为主的造纸废水。具体为：废纸类造纸废水中的主要成分是细小悬浮性纤维、造纸填料、废纸杂质和少量果胶、蜡、糖类，以及造纸生产过程中添加的各类有机及无机化合物。其中，木质素、半纤维素主要形成废水的COD及BOD5；细小纤维、无机填料等主要形成SS；油墨、染料等主要形成色度及COD。由于该造纸厂所处位置石川河为渭河北岸较大的支流之一，因此对该厂废水处理对整个渭河流域水环境保护工作意义重大。
1.3废水回用项目的意义
该造纸厂现已进行造纸废水回用工程建设，将所有的造纸废水收集通过废水处理装置处理并回用，最终实现零排放。造纸废水回用工程正式运行后，将大幅度削减污染，这对带动当地造纸行业良性发展，降低石川河流域乃至渭河流域污染，为区域污染的防治起到示范作用。
2.造纸废水回用工程技术及可行性研究
2.1废纸造纸废水处理工艺及流程分析
废纸再生造纸产品种类繁多，根据产品颜色和生产废水特征，可以分为本色纸、彩色纸和漂白纸三大类。生产不同品种的纸，对生产用水质量要求不同，产生的废水性质也不同。造纸废水可以分为制浆和抄纸两大部分。在除渣、洗浆、漂洗和染色等制浆过程中产生大量的洗涤废水，其污染物含量大致为：CODcr240～600mg/L，BOD5125～585mg/L，SS600～240mg/L，色度400～600倍。抄纸废水含有纤维、填料和化学药品等，俗称“白水"，这部分水较为清洁，一般可以直接回用于碎浆和洗涤等工序。
根据本色纸造纸(废纸类)生产工艺，碎浆、打浆和冲网工序中的生产用水，对SS的要求较高，而对COD的要求不高。如碎浆、打浆用水，一般要求SS≤100mg/L，冲网用水SS≤30mg/L，COD可在150～200mg/L。因此，一般情况下，经过不同处理单元的废水，可用于不同的生产工段。这不但节约了我国有限的水资源，为企业开辟了第二水源，而且在经济上减少取水费用，降低了生产成本。
针对宇华造纸厂造纸工艺，结合造纸废水回用处理的技术要求，可以选择由混凝沉淀、CASS、电渗析等处理单元为主的技术路线，对造纸废水循环回用，最终实现零排放。该厂造纸废水回用处理工艺流程见图：

造纸废水经过收集管路进入污水处理站。废水首先进入调节池，进行水质和水量的均和。然后经泵提升至混凝沉淀池，在混凝剂的作用下，对污水中的胶体、悬浮物等进行凝聚、吸附，从而降低废水的SS，去除多种污染物。混凝沉淀池的上清液进入CASS反应池。经过CASS反应池生化处理后的废水，经过过滤排放至电渗析。电渗析去除废水中的无机离子，处理后的水是透明的，直接回用于生产。混凝沉淀池和CASS反应池产生的污泥经过污泥浓缩池浓缩，污泥自然干化后外运。
2.2造纸废水各处理单元的功能
2.2.1筛网筛网通常在水量相对较小、废水中含有大量的细小悬浮物(如纸浆)等时使用，同时还可以去除大颗粒的悬浮物，对悬浮物及大颗粒物质的去除率可以达到90%以上。
2.2.2调节池由于造纸工业在生产过程中废水排放的多样性，使排出的废水的水质及水量有较大的变化，因此要求对废水的水量和水质进行调节，均衡水质，使其能够均匀进入后续处理单元，提高处理效果。
虽然造纸废水在进入调节池之前通过格栅等去除了大部分的悬浮物，但还会有一部分悬浮物特别是细纸浆纤维流进调节池。为了防止沉淀，同时为了加强废水的均匀性，可考虑在调节池内增加曝气装置，以有效改善废水的水质特性。
2.2.3混凝沉淀池废纸再生造纸废水处理的试验证明，废水的BOD/COD=0.4～0.7时才适合进行生化处理。再生造纸废水经混凝沉淀等预处理后，可使其BOD/COD在0.4～0.7以内，适合于生化处理。
采用混凝沉淀方法，通过投加混凝剂，去除绝大部分SS，同时去除大部分非溶解性COD级部分溶解性COD和BOD。
2.2.4CASS池 CASS池集沉淀、曝气、二沉等构筑物于一体，系统是一个间歇式反应系统，在此系统中活性污泥法过程按曝气与非曝气阶段不断重复进行。该工艺将生物反应过程和泥水分离过程集集中在一个池子中进行。废水按一定周期和阶段得到处理，每一个循环由充水、曝气、沉淀、滗水等阶段组成。上述阶段组成一个循环，并不断重复。研究结果表明，循环活性污泥系统对污水中BOD去除率大于97%，COD去除率在85%左右。
2.2.5电渗析电渗析是一种特殊的膜分离操作。通过本单元对废水中可溶性无机离子进行去除，确保回用水和生产纸张的质量。电渗析在封闭系统中进行处理，不发生恶臭。此外，设备占地面积小，可定性设计，工业化生产。
2.3造纸废水处理的技术参数
(1)筛网
筛网孔隙一般为30～60目，安装形式采用固定式安装，安装角度40～50°。
(2)调节池
采用钢筋混凝土结构，有效容积800m3。停留时间可根据具体情况选择(设计时取4h)。一般废纸造纸厂每隔一段时间会对纸机进行清洗，在4～5小时内会排出平均流量1.5倍左右的废水，因此，调节池要有一定的余量以满足调节要求。
(3)絮凝沉淀池
①斜板沉淀池
采用钢筋混凝土结构，以半地下式为宜。布水池兼作絮凝反应池，反应时间10min左右。采用压力式排泥，排泥管一般采用φ89或φ108镀锌钢管，出口采用闸阀，每个集污泥斗设一套单独的排泥管。蜂窝斜管直径选择φ50为宜，斜长1m，倾角60°，安装于角钢框架上。污水在斜板沉淀池内停留时间取1～1.5h。池上部安装单轨电动行车，以减轻人工清理沉淀物的劳动强度。
预期COD去除率75～80%，SS去除率75～85%，BOD5去除率80～85%；出水COD≤100mg/L，BOD5≤20mg/L，其它考核指标均可达到一级排放标准。
②隔板式混合槽
钢设备2台，每台有效容积1m3，槽底安装布气管，凝聚剂在混合槽起端投入，助凝剂(必要时投加)在混合槽末端投入，出水自流入反应池。
③污水泵
处理设施运行时间按13小时/日计，则设计流量为170m3/h；选用50QW160-15-1.5潜水排污泵二台，一开一备，性能：Q=160m3/h。H=15m、n=2900r/min，N=15kw。
(4)污泥处理
①污泥浓缩池
采用混凝土结构一座，有效容积40m3。
②浓浆泵
选用I-1B50型螺杆泵一台，性能：Q=5.6m3/h、H=80m、n=960r/min、N=3kw。
③厢式压滤机
选用XAY32/630-U型一台，性能：F=32m2、V=400L、N=1.5kw，泥饼含水率70～75%。
(5)CASS反应器
最大设计水深为6m，MLSS为3500～4000mg/L，充水比0.30，最大上清液滗除速率为30mm/min，固液分离时间60min，设计SVI为140mg/L，一个运行周期为4h。预期COD去除率89～94%，SS去除率85～95%，BOD5去除率90～95%。出水的COD≤70mg/L；BOD5≤25mg/L，SS≤60mg/L，基本接近造纸回用水的要求。
(6)电渗析装置
最后利用电化学的方法，进一步去除各类无机干扰离子，预期水各项指标满足造纸回用的要求。
污水流量计选用CE-9628型电脑超声波污水流量计一台。
2.4造纸废水回用处理技术可行性分析
通过采用预处理→厌氧好氧生化处理→电化学三级处理工艺具有技术先进、运行可靠等特点，造纸废水经处理后回用于生产。可以降低生产需水量，减少废水的污染。

所以，宇华实业集团的造纸废水通过“混凝沉淀-CASS-电渗析"处理单元，经各单元处理后出水的80%(即4000m3/d)可回用与生产，由此可见，实现造纸生产用水闭路循环及废水的零排放是完全可能的。
3.在线环境自动监测系统
宇华造纸厂废水在线环境自动监测系统主要由多路数据处理平台、污水流量在线监测监控系统、水质在线监测监控系统、废污水处理设施监测监控系统组成。
宇华实业集团造纸废水在线环境自动监测系统的使用，将通过在线监测污水处理厂的水质、水量，并将数据远程传输给监管部门，是监管部门实施实时监管的有效手段，也给造纸厂正常运行提供科学参考。
4.效益分析
陕西省宇华开发实业集团有限总公司的造纸废水及生活污水通过回用处理，不仅使石川河流域的水质得到改善，而且也使周围环境得到很大的改观，进而降低渭河流域的污染。经估算，宇华造纸厂每年废水回用即可节约费用约75万元，将提升城市的综合竞争力，使企业逐步形成节约型、循环经济发展格局。
5.结论
综上述，宇华造纸厂实际情况的纸废水回用工程，选择“混凝沉淀-CASS-电渗析"工艺，通过可行性分析认为，采用该方案实现该厂造纸废水循环回用及废水的零排放是完全可能的。