厌氧反应器处理造纸废水工程实践

李广胜 雷利荣

摘要：介绍了内循环（IC）厌氧反应塔和外循环（EC）厌氧反应塔应用于废纸抄造高强瓦楞原纸废水处理的工程实践及生产运行情况。生产运行数据表明，EC厌氧反应塔的处理效果优于IC厌氧反应塔，Ca2+浓度对IC厌氧反应塔运行效果有较大的影响，而对EC厌氧反应塔影响较小；IC厌氧反应塔和EC厌氧反应塔可有效降解废纸造纸废水中的污染物，废水CODCr去除率可分别达到612%～774%和723%～879%，沼气产率为043 m3/kgCODCr和045 m3/kgCODCr；废纸造纸废水经初沉池、预酸化池、IC厌氧反应塔/EC厌氧反应塔、好氧曝气池、絮凝沉淀池、斜管沉淀池和高效纤维滤池工艺处理后达到国家《制浆造纸工业水污染物排放标准》（GB3544—2008）的一级标准，部分废水可回用到生产中去。

关键词：废纸造纸废水；IC厌氧反应塔；EC厌氧反应塔；循环回用

中图分类号：X793文献标识码：ADOI：1011980/jissn0254508X201807010

Abstract：This paper introduced the engineering practice and operation conditions of IC anaerobic reactor and EC anaerobic reactor used for treatment of waste water from high strength corrugating medium production using waste paper as raw material Operation results showed that treatment efficiency of the EC anaerobic reactor was better than that of the IC anaerobic reactor and the influence of concentration of Ca2+ on the operation of IC anaerobic reactor was greater than that of EC anaerobic reactorCombining with preacidification both IC anaerobic reactor process and EC anaerobic reactor process could effectively remove pollutants from the wastewater and the CODCr removal could reach to 612%～774% and 723%～879%， respectively Through the treatments of primary sedimentation tank， preacidification tank， IC anaerobic reactor or EC anaerobic reactor， aerobic aeration tank， flocculation sedimentation tank， inclined tube sedimentation tank and high efficiency fiber filter process， the waste water could meet the first grade standard of the national standard for discharge of wastewater pollutants from pulp and paper industry （GB3544—2008） and a part of the treated wastewater could be reused for production.

Key words：papermaking wastewater from waste paper； IC anaerobic reactor； EC anaerobic reactor； recycling

废纸造纸废水主要来自废纸的水力碎浆、筛选及抄造过程产生的废水，主要污染成分是细小纤维、造纸填料、废纸杂质和少量胶黏物，以及造纸生产过程中添加的各类有机和无机化合物[1]。废纸造纸废水的特征是废水量大，COD和SS的浓度较高。目前，大部分废纸造纸企业的废水经一级物化和二级生化处理或再经三级深度处理后部分或全部反复回用于生产，使盐类和可溶性难降解有机污染物大量累积，造成废水溶解性COD升高，增加废水的处理难度。常规水解酸化+好氧活性污泥的二级生物处理工艺难以实现废水的达标排放，去除循环回用水中二次胶黏物、阴离子垃圾等污染物非常有限，难以达到国家《制浆造纸工业水污染物排放标准》（GB3544—2008）的要求。

内循环（Internal Circulation，IC）厌氧反应器由荷兰Paques公司于20世纪80年代中期研发。国内于2001年在废纸脱墨浆和化学机械浆制浆造纸废水处理中开始应用。IC厌氧反应器是以上流式厌氧污泥床反应器（UASB）为基础发展的一种新型厌氧反应器，相当于由两个UASB反应器相互重叠而成。外循环（External Circulation，EC）厌氧反应器是在UASB、IC和膨胀颗粒污泥床（EGSB）反应器的基础上提出采用泥水回流的第三代新型厌氧反应器，废水由循环泵从底部泵入反应器中，通过特殊设计的三相分离器将污泥与废水分离，部分排出体外的污水回流到循环泵，与未处理的废水混合再进入反应器进行处理。根据国内外采用IC厭氧反应器和EC厌氧反应器处理废水的实例，废水COD去除率在60%～75%[14]。

本课题介绍了以IC和EC两种厌氧反应器为主要处理工艺的废纸生产高强瓦楞原纸废水处理工程实践及生产运行情况，目的是为发展高效可行的废纸造纸废水处理技术提供科学依据。

1废纸造纸废水处理工艺流程

广东某纸业公司生产原料选用30%的进口废纸和70%的国产废纸，生产80～200 g/m2的高强瓦楞原纸，产量为300 t/d，废水量为4000 m3/d，CODCr浓度为4000～7000 mg/L。废水收集后经初沉池、预酸化池、IC厌氧反应塔/EC厌氧反应塔、好氧曝气池、絮凝沉淀池、斜管沉淀池和高效纤维滤池工艺处理后达到国家《制浆造纸工业水污染物排放标准》（GB3544—2008）的一级标准，处理后的废水以每天1500 m3送往车间、电厂回用，其余每天2500 m3废水量达标排放。废水处理工艺流程如图1所示。2主要构筑物参数

（1）初沉池

有效容积1200 m3，水力停留时间（HRT）8 h，采用机械搅拌混合方式。

（2）预酸化池

1#预酸化池500 m3，预酸化时间15 h，进IC厌氧反应塔处理；2#预酸化池200 m3，预酸化时间3 h，进EC厌氧反应塔处理。

（3）IC厌氧反应塔

直径（D）65 m×高（H）24 m，高径比（H/D）369，有效容积780 m3，进水量5000 m3/d，回流2500～3000 m3/d，厌氧反应时间4 h，泵功率28 kW。

（4）EC厌氧反应塔

直径（D）12 m×高（H）18 m，有效容积2000 m3，进水量2000 m3/d，厌氧反应时间24 h，泵功率185 kW。

（5）曝气池

有效容积4800 m3，水力停留时间15 h，进水量130 m3/h，回流污泥150 m3/h，回流比120%，污泥浓度（MLSS）11000 mg/L，采用微孔+射流曝气。

3工艺流程说明

车间排出污水CODCr浓度为4000～7000 mg/L，废水量为4000 m3/d，经集水井送到斜筛间和初沉池，去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大悬浮物及较重的杂物，保证后续设施的正常运行；然后送到调节池进行水量和水质均衡调节，以改善废水处理系统的进水条件。

调节池出水分两路送到2个预酸化池，通过水解酸化使难降解的大分子有机物转化为易于生物降解的小分子物质，提高废水的可生物降解性，利于后续的IC厌氧反应塔和EC厌氧反应塔厌氧生物处理。其中一路送到容积500 m3的1#预酸化池，预酸化时间15 h，预酸化后用水调节COD浓度，送IC厌氧反应塔处理，IC塔循环回流水2500～3000 m3/d；另一路送到容积200 m3的2#预酸化池，预酸化时间3 h，然后送EC厌氧反应塔处理。

废水经IC厌氧反应塔、EC厌氧反应塔处理后出水CODCr浓度在600～700 mg/L之间，然后进入好氧曝气池处理。好氧曝气池连续进水，采用微孔+射流曝气，保持溶氧均匀，水力停留时间15 h，回流比120%，混合液污泥浓度（MLSS）11000 mg/L，污泥沉降比为80%。控制溶解氧浓度为4～5 mg/L，进水CODCr≤700 mg/L，出水CODCr≤75 mg/L，CODCr去除率达到92%左右。当溶解氧≤3 mg/L时，出水CODCr高于90 mg/L。

经曝气池处理后废水CODCr≤90 mg/L，再经絮凝沉淀、斜管沉淀和高效纤维滤池处理，这三道工序总的水力停留时间为30～40 min，以进一步去除部分 COD 及悬浮物。部分高效纤维滤池出水（1500 m3/d）送往车间、电厂回用，其余出水（2500 m3/d）达标排放。污泥池的污泥经压滤后污泥含水率50%以上，产量8～10 t/d，外运按环保要求处理，滤液回流至曝气池进行生化处理。

4运行工况和处理效果分析

池出水水质的监测运行数据。由表1～表4可知，该工艺流程对废纸造纸废水具有优良的处理效果，总CODCr去除率达到98%以上，其中IC厌氧反应塔CODCr去除率达到612%～774 %，EC厌氧反应塔CODCr去除率达到723%～879 %。

厌氧降解过程一般分为水解、酸化、产氢及产甲烷阶段，水解、酸化阶段合并称为预酸化阶段[5]。在本工艺流程中，一部分废水的预酸化和产氢产甲烷阶段在1#预酸化处理池和IC厌氧反应塔中分别完成，废水经预酸化处理后再经IC厌氧反应塔处理可以减少剩余污泥量。预酸化过程中，在水解和酸化菌的作用下，废水中复杂的大分子有机物、不溶性有机物转化为小分子、溶解性的有机物，同时酸化菌利用部分物质合成新的细菌物质。预酸化过程中，水温控制在30～40℃（最佳35℃），pH值控制在66左右，可以确保厌氧菌的生长，废水中的有机物经预酸化后形成挥发性脂肪酸，挥发酸度（VFA）为40%～50%。然后，1#预酸化池废水从IC厌氧反应塔的底部进入第一反应室，与塔内的厌氧颗粒污泥充分混合进行厌氧生化反应，在甲烷菌的作用下，废水中大部分的有机物转化为甲烷气和二氧化碳及微量的二氧化硫，废水COD第一次被降解。最后依靠第一反应室所产生的沼气作为提升动力实现混合液的内循环，继续对废水進行进一步处理。

从2016年12月和2017年12月的监测运行数据（表1和表3）可知，在厌氧反应时间4 h、进水CODCr浓度约为2500 mg/L、pH值约为66～70、Ca2+浓度约600 mg/L的条件下，IC厌氧反应塔的CODCr去除率在612%～774 %之间，沼气平均产率为043 m3/kgCODCr。

在本工艺流程中，其余废水的预酸化和产氢产甲烷阶段在2#预酸化处理池和EC厌氧反应塔中完成。2#预酸化池的废水（2000 m3/d）由供料泵泵入EC厌氧反应塔，流量由电磁流量计和变频泵自动控制。废水与EC厌氧反应塔内的絮状污泥充分混合进行厌氧生化反应，在甲烷菌的作用下，水中有机物转化为甲烷、二氧化碳及微量的二氧化硫，达到降减废水CODCr的效果。在EC厌氧反应塔内，废水中的大部分CODCr被生物降解并转化为沼气，为了维持反应器内的微生物浓度，需要将EC厌氧反应塔内的污泥与废水分离，将污泥保留在反应器内，废水排出[6]。在本工艺流程中，从2016年12月和2017年12月的监测运行数据（表1和表3）可知，在厌氧反应时间为24 h、进水CODCr浓度约为5000 mg/L、pH值约为70～74、Ca2+浓度约为800 mg/L的条件下，EC厌氧反应塔的CODCr去除率在723%～879 %之间，沼气平均产率为045 m3/kgCODCr。

好氧曝气池采用微孔+射流连续曝气，微孔和射流曝气是目前氧转化率比较高的曝气方式，两者结合使用，能够保持曝气池内溶解氧的传递更加有效、均匀，减少死角盲区；射流曝气使曝气池的混合液得到足够的搅拌呈悬浮状态，使废水中的有机物、溶解氧、活性污泥充分混合接触反应，回流污泥的不断补充保持曝气池内有一定的微生物浓度。好氧曝气池主要是通过微生物的新陈代谢去除废水中的CODCr，污泥浓度高、污泥沉降性好是好氧曝气池良好运转及CODCr去除率高的保障。在本工艺流程中，曝气池进水CODCr浓度在600～700 mg/L，曝气反应时间15 h，回流比120%，混合液污泥浓度（MLSS）11000 mg/L，污泥沉降比80%，控制溶解氧4～5 mg/L，CODCr去除率达到92%以上，出水CODCr≤75 mg/L；当溶解氧≤3 mg/L時，出水CODCr高于90 mg/L。

5讨论

IC厌氧反应器中废水与颗粒污泥在反应器内混合反应，依赖沼气提升及颗粒污泥的重力产生内循环流，内循环促使颗粒污泥与废水混和更充分，内循环流实际也起到反应器自动平衡CODCr冲击负荷的作用[7]。造纸废水的高回用率使盐类和可溶性杂质积累，而废纸填料中的CaCO3和造纸过程中新加入的CaCO3导致Ca2+的积累，污水处理系统污泥的大量回用也导致钙元素在系统中累积，易造成IC厌氧反应塔颗粒污泥钙化，严重影响废水处理效果[89]。根据生产运行监测结果，IC厌氧反应塔进水CODCr浓度须控制在2800 mg/L以下，Ca2+浓度≤600 mg/L，pH值在68左右，系统运行稳定，CODCr去除率达到612%～774%。而当Ca2+浓度增加到800 mg/L以上时，CODCr去除效果显著下降。IC厌氧反应塔的优点是占地面积小，厌氧反应时间短，出水稳定。

EC厌氧反应塔是外循环厌氧反应器，废水与絮状污泥在反应器内混合反应，降解废水中的有机物，EC厌氧反应塔可适应较宽范围的进水CODCr浓度、Ca2+浓度，沼气产率高，CODCr去除率高，污泥Ca2+结垢情况较微，出水水质稳定。在本工艺流程中，EC反应塔进水CODCr浓度在5000 mg/L左右，Ca2+浓度≤1000 mg/L，pH值在72左右，系统运行稳定，CODCr去除率达到723%～879%。但是，EC厌氧反应塔占地面积大，厌氧反应时间长。

6结语

（1）预酸化IC/EC厌氧反应塔好氧曝气絮凝沉淀联合处理工艺可有效降解去除废纸造纸废水中的污染物，废水CODCr去除率可达98%以上，处理后废水达到国家《制浆造纸工业水污染物排放标准》（GB3544—2008）的一级排放标准，部分废水可回用到生产中去。

（2）IC厌氧反应塔可有效降解去除废纸造纸废水中的污染物，废水CODCr去除率可达612%～774%，沼气产率为043 m3/kgCODCr，Ca2+浓度对IC厌氧反应塔运行效果有较大的影响。

（3）EC厌氧反应塔可有效降解去除废纸造纸废水中的污染物，废水CODCr去除率可达723%～879%，沼气产率为045 m3/kg CODCr，EC厌氧反应塔的处理效果优于IC厌氧反应塔，Ca2+浓度对EC厌氧反应塔影响较小。

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