IC-氧化沟-Fenton法处理废纸造纸废水工程实例

葛 强 姚文峰 雷 平 赖 芳

(中国轻工业长沙工程有限公司，湖南长沙，410114)

1 工程概况

废纸是重要的可再生资源，废纸的回收利用是解决造纸工业面临的原料短缺、能源紧张和污染严重等三大问题的有效途径。废纸浆占造纸用浆的比例由1990年的28.1%提高到2006年的 56.0%［1］。

天津某造纸厂扩建一条年产50万t高档涂布白纸板生产线，采用废纸为原料，其中进口废纸约占原料总量的70%，国产废纸约占原料总量的30%;且近期内国产废纸所占比例在逐步提升。按照“三同时”原则，企业配套建设废水处理设施。根据此类造纸废水的特点，最终采用了内循环 (IC)反应器-表面曝气氧化沟-Fenton氧化法处理工艺。废水处理工程于2012年初投入运行调试，2012年12月通过当地环保部门的监测验收，出水达标排放。

2 设计水质与工艺流程

废纸造纸废水的污染物量比用原生植物纤维制浆造纸的要少［2］，但CODCr、SS浓度仍然较高。废纸造纸废水主要产生于脱墨、洗涤、净化筛选、浓缩和抄纸系统。废水中含有的污染物主要有4类［3］:还原性物质，如木素、无机盐等;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;悬浮物，如细小纤维、无机填料等;色素类，如油墨、染料和木素等。

2.1 设计水量水质

该工程设计处理能力为25000 m3/d，设计进、出水水质如表1所示。

表1 设计进、出水水质

2.2 废水处理工艺

新的排放标准颁布实施后，传统的废水二级处理，即预处理+生化处理的方法已不能满足新标准的要求。在二级处理的基础上，本项目增加了Fenton氧化法处理作为深度处理，进一步氧化生化排水中的难降解有机物，满足出水达标排放的要求，废水处理工艺流程见图1。

图1 废水处理工艺流程图

表2 主要单元及设计参数

3 主要构筑物的设计参数

IC-氧化沟-Fenton法组合工艺主要处理单元构筑物及设计参数如表2所示。

4 工艺特点

4.1 预酸化池

预酸化处理工艺的主要作用就是使废水发生适度酸化，提高废水的可生化性。有研究提到［4］，预酸化有明显的优点，但完全酸化对产生颗粒污泥有害，如果废水完全预酸化，不能生产颗粒污泥，如果不进行酸化，则增长的丝状菌将包裹在颗粒污泥的表面。因此，确定预酸化池的水力停留时间为2～4 h［5］。同时，研究还提出［4］，推荐工艺采用的预酸化应使20%～40%的可酸化物质酸化。国内的一些应用实践也表明［6］，预酸化度控制在30% ～50%之间较为合适。

4.2 IC反应器

IC反应器是本处理工艺的核心，IC反应器为内循环反应器，是由荷兰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三代高效厌氧反应器，它具有占地面积小、高径比大、有机负荷高、出水稳定和耐冲击负荷能力强等特点［7］，适合处理制浆、造纸废水。

4.3 表面曝气氧化沟

本设计采用适合造纸废水处理的表面曝气工艺作为好氧处理工艺，利用倒伞式表面曝气机为活性污泥提供氧气。这种曝气设备的充氧方式为［8］:一是在转动的叶轮叶片作用下形成水跃;二是叶轮转动时形成的循环水流，使液面不断更新;三是叶轮转动形成的负压吸氧。3种方式中，又以液面更新为主，水跃及负压吸氧为辅。从实际应用来看，表面曝气具有结构简单、使用维护方便、土建及设备投资小的特点［9］。

4.4 Fenton法反应塔

H2O2与催化剂Fe2+构成的氧化体系通常称为Fenton试剂。近年来的研究表明，Fenton的氧化机理是由于在酸性条件下H2O2被催化分解所产生的反应活性很高的羟基自由基所致。在Fe2+的催化作用下，H2O2能产生两种活泼的氢氧自由基，从而引发和传播自由基链反应，加快有机物和还原性物质的氧化［10］。Fenton试剂氧化一般在pH值为3.5下进行，在该pH值时其自由基生产速率最大［10］。

Fenton反应塔中装载有石英砂，而且还设有循环泵，循环泵从氧化塔上部抽水底部进水，通过布水器使塔体中废水保持一定的上升流速从而使石英砂呈流化状态，Fenton反应中产生的Fe3+以结晶或沉淀的形式吸附到石英砂的表面上，这部分Fe3+可以起异相催化作用，从而减少Fenton试剂的加入量及产生的化学污泥［11］。

5 运行效果

系统各主体单元运行的监测结果见表3。

表3 各主体单元的运行结果

从表3可以看出，废水经过初沉池后pH值≤6.6，CODCr为1700～2600 mg/L，BOD5为 650～1160 mg/L，SS为15～60 mg/L。经IC-氧化沟-Fenton法氧化工艺处理后，实际出水水质为:pH值≤7.2，CODCr≤52 mg/L，BOD5≤10 mg/L，SS≤8 mg/L。可以看出，水处理系统运行正常，水质指标达到设计要求，处理后出水达到GB 3544—2008制浆造纸工业水污染物排放标准的要求。

废水处理系统好氧池、厌氧反应器及总排口进出水水质及CODCr去除率如图2所示。从图2可以看出，IC反应器运行稳定，当IC反应器进水CODCr在1200～2300 mg/L时，IC出水 CODCr为 400～600 mg/L，CODCr去除率在63.5% ～76.4%之间。

表面曝气氧化沟出水比较稳定，当进水CODCr在400～600 mg/L时，二沉出水CODCr为110～125 mg/L，CODCr去除率在74.2% ～78.9%之间，出水指标达到了设计要求。

二沉出水经气浮、Fenton反应塔处理，终沉池后的总排口CODCr为42～52 mg/L，达到了排放标准的要求。

图2 好氧池、厌氧反应器及总排口进出水CODCr和CODCr去除率

6 结论

采用内循环 (IC)反应器-表面曝气氧化沟-Fenton氧化法工艺处理废纸造纸废水，出水水质pH值≤7.2，COD≤52 mg/L，BOD5≤10 mg/L，SS≤8 mg/L，出水水质达到GB 3544—2008制浆造纸工业水污染物排放标准的要求。

IC-表面曝气氧化沟-Fenton氧化法组合工艺具有操作管理方便、设备维护简单、抗冲击负荷高和运行稳定的特点，适合于处理废纸造纸废水。

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