制浆造纸废水处理工艺设计

沈 超,何振华,金豪杰

(1.海宁紫光水务有限责任公司,浙江 海宁 314400;2.海宁首创水务有限责任公司,浙江 海宁 314400)

1 问题的提出

随着纸张的产量和消费的增加,造纸工业用水量和废水排放量也随之增加。在世界范围内,造纸工业水污染治理已经成为造纸行业乃至整个社会关注的热点,也是造纸工业生存发展的关键。造纸工业是投资大、能耗高、对环境污染严重的行业之一,其污染特点是废水排放量大、色度高、化学需氧量高,废水中纤维悬浮物多[1]。据资料显示,近年制浆造纸工业废水排放总量为31.9亿t,占全国工业废水排放总量的17.4%,居第2位,其中排放污水中COD排放量为163.9万t,约占全国工业废水COD排放总量的35.5%,居第1位。制浆造纸工业是中国环境污染的主要行业之一[2],造纸工业废水的治理对于保护水资源,保持生态平衡,促进经济发展具有十分重要的意义。

2 造纸制浆废水的分类及特征[3]

制浆造纸生产工艺主要有备料、蒸煮制浆、洗浆、筛选净化、浆的漂白、抄纸等过程。在整个生产过程中,各个车间和工段都有废液和废水的产生和排放。

按废水来源工段分,我国一般将造纸制浆废水分为黑液、中段废水、白液3类。各种废水污染物浓度差别较大,具体数值及处理措施见表1。

表1 制浆造纸污水污染物一览表

3 造纸制浆废水处理设计

某造纸厂是国家二级大型制浆造纸联合企业,制浆2.5万 t/a,机制纸生产能力7.0万t/a。

3.1 水质水量及处理要求

该厂废水主要来源于制浆车间排放的中段水,抄纸车间排放的纸机白水,污染物质以制浆漂洗混合废水中的SS、BOD、COD和挥发酚为主[4-6]。

废水水量:Q=20 000 m3/d

废水水质:BOD5≤625 mg/L,CODcr≤1 500 mg/L,SS≤800 mg/L,pH=7.5～8.5

设计出水水质:达到GB 3544—92《中华人明共和国造纸行业废水排放标准》中的Ⅱ类标准,即出水水质应达到:SS≤200 mg/L,BOD5≤120 mg/L,CODcr≤350 mg/L,pH=6～9。

3.2 处理方法

由于造纸中段水有机物浓度较高,故可先选择物理化学法处理废水,在一定程度上改善水质,再运用生物化学法去除废水中的有机物质。生物处理是去除造纸废水中有机物的有效方法,其对有机污染物的去除率与制浆工艺、选用的生物处理工艺、负荷率等因素有关。章非娟在对稳定塘、生物滤池、活性污泥等几种处理造纸废水的生物法进行对比分析的基础上,得出了活性污泥法处理造纸废水效果最好的结论,具体对比见表2[7]。

表2 几种常见的处理造纸废水方法比较表

以下是几种活性污泥法优劣的比较:

3.2.1 普通活性污泥法

普通活性污泥法是在制浆造纸工业废水处理中应用最广泛的方法之一,其基本流程见图1[8]。

图1 普通活性污泥法基本流程图

普通活性污泥法对有机物 (BOD)和悬浮物的去除率高,可达到85%～95%,能有效降解低分子量的有机化合物,对COD和色度的处理效果比较差,本例中处理的废水CODcr较高,不适宜用此法。因为造纸废水中可溶性有机物含量高,有机物的耗氧降解将造成体系氧气不足,有机物负荷率低、营养缺乏、容易引起污泥膨胀,是普通活性污泥法的另一缺点。普通活性污泥法用于中小型污水处理工程费用偏高,较适用于大型污水处理工程。

3.2.2 传统氧化沟

氧化沟把连续循环式反应池作为生化反应器,混和液在其中连续循环流动。传统氧化沟使用一种带有方向控制的曝气和搅动装置,向反应器的混和液传递水平流速,从而使搅动的混和液在氧化沟内循环流动。其工作原理见图2[9]。

图2 传统氧化沟工作原理图

传统氧化沟具有负荷低、耐冲击、污泥量少、易于管理、方便维护、出水优质等优点。但由于采取表面曝气的方式,占地较大,动力效率偏低,脱氮除磷效果不佳。

3.2.3 序批式活性污泥法(SBR)

序批式活性污泥法(SBR)是一种间歇运行的废水处理工艺,是在一个反应器内按时间顺序先后完成普通连续流活性污泥法中多个处理单元所进行的工艺环节。加拿大已成功应用SBR技术处理造纸厂多种废水;上海新伦造纸厂采用SBR技术进行废水处理并实现达标排放[9]。SBR反应器的运行通常包括5个阶段(见图3):①进水阶段—加入基质;②反应阶段—基质降解;③沉淀阶段—泥水分离 ;④排放阶段—排上清液;⑤闲置阶段—活性恢复。

图3 SBR运行工序图

SBR工艺符合当前好氧生化处理工艺的发展趋势,是简易、高效、低耗的污水处理工艺。与连续式活性污泥法比较,SBR工艺具有以下特点:

(1)结构简单、运转灵活、操作管理方便。SBR工艺的主体工艺设备只有1个SBR反应器,不需另设二沉池和污泥回流设备,多数情况下可省去初沉池;

(2)投资省、运行费用低。一般要比用普通活性污泥法节省基建投资30%;

(3)污泥指数(SVI)较低。利于污泥浓缩和脱水,剩余污泥量小,且性质稳定,降低了污泥处理费用;

(4)SBR反应池中存在较大的浓度梯度,且处于厌氧一好氧交替变化之中,这样的环境条件能抑制专性好氧丝状菌的过量繁殖,而对多数菌胶团的形成均不会产生不良影响,因此,可有效防止污泥膨胀。同时通过厌氧—缺氧—好氧交替运行,能够在去除有机污染物的同时达到较好的脱氮除鳞效果;

(5)系统处理构筑物少、布置紧凑、节约用地;曝气阶段生化反应推动力大,有利于减小曝气容积,降低了工程投资。

3.3 处理方案

通过对该厂废水水质的毒性、可生化性等因素的综合分析及对几种生物方法的比较,决定采用生化为主的污水处理工艺。具体采用先生化后物化的工艺流程,以减少化学药剂的投加量,减轻二次污染。好氧处理采用SBR处理工艺,在初沉池入口处设一絮凝剂投药管,当进水COD≥1 500 mg/L时进行反应沉淀,降低生化处理设施浓度,以保证生化处理设施的正常运行。在生化处理后再投加少量絮凝剂去除部分不可生物降解的污染物如木素等,以保证出水水质,具体工艺流程见图4。

图4 先生化后物化的工艺流程图

各处废水汇集后首先经格栅截留其中较大的悬浮物;随后进入沉砂池,以去除密度较大的无机颗粒杂质及少量较大较重的有机杂质;再经集水池经泵提升进入初沉池,为提高沉淀效果,在初沉池入口投加碱式氧化铝(固体粉末)去除水中的粗纤维和难沉淀颗粒物;然后进入SBR反应池反应,并加入营养盐N、P,使污水和活性污泥充分混合接触,有机物被氧化分解,活性污泥与水澄清分离,澄清水再进入投加了少量絮凝剂的反应沉淀池,去除部分不可生物降解的污染物后达标排放。

污泥通过污泥浓缩池浓缩降低空隙水,并用脱水机进一步脱水,泥饼外运,脱水分离出的清液引入沉砂池继续处理。

3.4 处理效果预算

3.4.1 主要流程处理效果预算

各流程水质处理效果预算见表3。

表3 各流程水质处理效果预算表

3.4.2 出水水质

出水水质见表4。

表4 出水水质表

出水水质达到GB 3544—92《中华人明共和国造纸行业废水排放标准》中的Ⅱ类标准,工艺设计达到了预期目标。

4 结 语

SBR法工艺简单、经济,处理能力强,耐冲击负荷,占地面积少,运行方式灵活,能适应负荷的变动,有效地防止污泥膨胀,是一种适合于制浆造纸工业废水处理、投资省、运行费用低、处理效率高的工艺。这种工艺越来越受到重视,并不断派生出多种改良工艺,以满足不同目的不同场合的要求,是一种非常有前景的生化处理工艺。我国环境污染与资金短缺的矛盾十分突出,而SBR工艺正是一种适合我国国情的处理工艺,具有广泛的研究和应用前景。

[1]雍永智.我国几种工业废水治理研究—造纸工业废水 [M].北京:化学工业出版社,1988.

[2]曹朴芳.中国造纸年鉴 (2003)[M].北京:中国轻工业出版社,2004.

[3]吴庆胜,陈龙.制浆造纸废水的分类处理 [J].黑龙江造纸,1999(2):38-39.

[4]化学工业出版社组织.水处理工程典型设计实例 [M].北京:化学工业出版社,2001.

[5]丁忠浩.有机废水处理技术及应用 [M].北京:化学工业出版社,2002.

[6]张统.污水处理工艺及工程方案设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

[7]章非娟.工业废水污染防治[M].上海:同济大学出版社,2001.

[8]唐受印.废水处理工程 [M].北京:化学工业出版社,1998.

[9]蒋展鹏.环境工程学[M].北京:高等教育出版社,2005.