造紙廢水處理混凝沉淀-厭氧-AB氧化溝工藝
1、工程概況
某制槳造紙企業(yè)主要生產(chǎn)各種白紙板及紙制品，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水主要來源于制漿車間、涂料制備以及造紙車間的生產(chǎn)廢水，還有其他配套電站、雨污水系統(tǒng)等生產(chǎn)廢水。廢水中含有大量的纖維素、木素、無機(jī)堿、單寧、樹脂、蛋白質(zhì)等，具有高CODCr、高懸浮物、溫度高、色度大、堿度大、難降解等特點(diǎn)。該企業(yè)配套建設(shè)了廢水處理工程，根據(jù)該企業(yè)廢水水質(zhì)水量特點(diǎn)，設(shè)計(jì)采用混凝沉淀-厭氧-AB氧化溝組合處理工藝，出水達(dá)到業(yè)主要求。工程選用了高效節(jié)能的廢水處理工藝方案，選擇了先進(jìn)、可靠、高效的廢水處理設(shè)備和自動(dòng)化控制系統(tǒng)，技術(shù)上做到了可靠、經(jīng)濟(jì)合理。
2、設(shè)計(jì)規(guī)模及進(jìn)出水水質(zhì)
2.1 設(shè)計(jì)規(guī)模
廢水設(shè)計(jì)規(guī)模為46000m3/d。
2.2 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)
主要進(jìn)水水質(zhì)和出水要求見表1。
3、廢水處理工藝
3.1 工藝選擇
造紙廢水的SS、CODCr濃度較高，CODCr由非溶解性CODCr和溶解性CODCr兩部分組成，通常非溶解性CODCr占總量的大部分，當(dāng)廢水中SS被去除時(shí)，絕大部分非溶解性CODCr同時(shí)被去除。因此，本項(xiàng)目中要解決的主要問題是去除SS和CODCr。
為了回收造紙廢水中的制漿纖維，在集水井設(shè)置了圓篩機(jī)回收尺寸較大的纖維。對(duì)于細(xì)小懸浮物一般采用淺層氣浮或沉淀進(jìn)行處理，沉淀池相對(duì)氣浮池運(yùn)行穩(wěn)定，出水效果好，且沉淀池配套設(shè)備少，功率小，投資、運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用低。本項(xiàng)目進(jìn)水中的懸浮物質(zhì)量濃度高達(dá)6000mg/L，易于沉淀，因此本項(xiàng)目采用輻流式沉淀工藝。
本工程進(jìn)水CODCr較高，根據(jù)國(guó)內(nèi)外高濃度有機(jī)廢水處理的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，厭氧-好氧聯(lián)合處理技術(shù)是高濃度有機(jī)廢水處理的最佳選擇。厭氧反應(yīng)器選用第三代效率較高的IC反應(yīng)器，其具有特殊的內(nèi)循環(huán)機(jī)理，能自動(dòng)平衡CODCr的波動(dòng)，水力負(fù)荷較高，且上流速度快，廢水和產(chǎn)氣攪動(dòng)效果好，泥水混合均勻，污泥床始終處于懸浮或膨化狀態(tài)，廢水凈化效果好，CODCr去除率穩(wěn)定在85%以上;同時(shí)，IC反應(yīng)器抗沖擊負(fù)荷和對(duì)毒性物質(zhì)廢水的適應(yīng)能力強(qiáng);反應(yīng)器產(chǎn)生的厭氧污泥單位容積生物量高，顆粒污泥泥況好，不易流失，且顆粒粒徑大，沉降速度快，有機(jī)成分高，泥齡長(zhǎng)，剩余污泥產(chǎn)量少;采用細(xì)高的塔式結(jié)構(gòu)，反應(yīng)器高徑比在5～10，體積小，占地省。
AB氧化溝工藝主要基于在A段中游離(膠體狀的)菌體將迅速地氧化掉可生物降解CODCr，但不會(huì)降解那些難以降解的CODCr，AB反應(yīng)器中生物菌體的活性有其很高的氧攝取速率，它充分利用微生物在對(duì)廢水中有機(jī)物生物轉(zhuǎn)化初期，即水解酸化階段(本項(xiàng)目混合廢水水溫較高，很容易在其收集、輸送和處理廠的預(yù)處理工段如均衡、初沉過程中產(chǎn)生水解酸化反應(yīng))所產(chǎn)生的大量易降解物質(zhì)，如小分子揮發(fā)性脂肪酸(VFA)，在AB段中形成有利于高活性微生物的生長(zhǎng)環(huán)境，由于易生物降解的成份被分解掉，絲狀菌在后續(xù)的活性污泥反應(yīng)器缺乏必要的食料，將不再占主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)，因而徹底解決了污泥膨脹問題。同時(shí)采用AB段也減少了系統(tǒng)總的需氧量(SOR)，降低了系統(tǒng)污泥產(chǎn)量，對(duì)后續(xù)的氧化溝運(yùn)行起到良好的緩沖、穩(wěn)定水質(zhì)作用。
3.2 廢水處理工藝流程
廢水處理主要由預(yù)處理、厭氧、好氧、深度處理單元組成。廢水處理工藝流程見圖1。
正常情況下從制漿車間、造紙車間的來水先進(jìn)入到集水井，集水井內(nèi)設(shè)有機(jī)械格柵，先去除一部分大的塑料片、塑料膜等雜物，在進(jìn)水管道上設(shè)有pH值和CODCr、流量等在線檢測(cè)儀，若來水水質(zhì)水量等超標(biāo)，則需要切換至事故池，事故池池水量再小流量打入主系統(tǒng)進(jìn)行處理。格柵出水泵提至圓筒篩，可去除75%的懸浮物，降低了后續(xù)構(gòu)筑物處理負(fù)荷。圓筒篩出水進(jìn)入初沉池，在初沉池前端設(shè)PAC、PAM投加點(diǎn)。初沉池出水進(jìn)入中間水池，通過提升泵進(jìn)入到冷卻塔，冷卻塔放在調(diào)節(jié)預(yù)酸化池之上。冷卻塔出水通過提升泵打入IC厭氧反應(yīng)器，每臺(tái)厭氧反應(yīng)器設(shè)有循環(huán)泵，厭氧反應(yīng)器部分出水與進(jìn)水進(jìn)行混合后再進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器，厭氧反應(yīng)器進(jìn)水管道上設(shè)有堿液、磷酸和尿素營(yíng)養(yǎng)鹽的投加點(diǎn)，厭氧反應(yīng)器產(chǎn)生的沼氣進(jìn)入沼氣處理單元，厭氧反應(yīng)器對(duì)廢水中的CODCr有70%的去除率，大大降低了好氧系統(tǒng)的處理負(fù)荷，是保證出水達(dá)標(biāo)的核心單元。厭氧反應(yīng)器出水進(jìn)入AB池，AB池出水進(jìn)入氧化溝，AB池和氧化溝合建，好氧系統(tǒng)進(jìn)一步降解剩余部分的CODCr和BOD5，曝氣器采用表面曝氣器。氧化溝出水進(jìn)入深度處理單元的絮凝反應(yīng)沉淀池和砂濾器，進(jìn)一步降解剩余的CODCr和懸浮物等，保證出水達(dá)標(biāo)回用。
初沉池產(chǎn)生的初沉污泥在進(jìn)行濃縮脫水后至脫墨車間回收纖維;好氧系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余活性污泥和深度處理系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥一并進(jìn)入污泥濃縮池濃縮后通過帶式脫水機(jī)脫水后泥餅外運(yùn)，濾液與其他生產(chǎn)廢水進(jìn)入集水井重新處理。
4、主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)
4.1 預(yù)處理單元
(1)格柵。
在進(jìn)水渠道中設(shè)置2臺(tái)1.0m×3.0m機(jī)械格柵，柵縫寬3mm，截留的柵渣經(jīng)皮帶輸送機(jī)輸送外運(yùn)。格柵井設(shè)置3臺(tái)提升泵(2用1備)，流量為1050m3/h，揚(yáng)程為10m。
(2)圓筒篩。
設(shè)4臺(tái)φ1.8m×6.0m圓篩機(jī)，濾網(wǎng)的孔徑為80目。
(3)初沉池。
2座，尺寸為φ46.0m×4.5m，設(shè)計(jì)負(fù)荷為0.65m3/(m2?h)。內(nèi)設(shè)全橋式刮泥機(jī)2臺(tái)，φ46m;污泥泵選用渣漿泵，流量為250m3/h，揚(yáng)程為15m，共4臺(tái)(3用1備)。
(4)冷卻塔。
選用無填料噴霧冷卻塔，進(jìn)出水溫度差為10℃，設(shè)置4座，每座塔進(jìn)水流量為500m3/h。冷卻塔的供料泵流量為500m3/h，揚(yáng)程為15m，5臺(tái)(4用1備)。
(5)事故池。
容積為8000m3，停留時(shí)間為4h。提升泵流量為200m3/h，揚(yáng)程為5m，2臺(tái)。事故池設(shè)有2臺(tái)30m3/min的鼓風(fēng)機(jī)。
(6)調(diào)節(jié)預(yù)酸化池。
容積為8000m3，停留時(shí)間為4h。池內(nèi)設(shè)有5.5kW潛水?dāng)嚢杵?臺(tái)。提升泵流量為750m3/h，揚(yáng)程為30m，4臺(tái)(3用1備)。
4.2 厭氧處理單元
IC厭氧反應(yīng)器3座，直徑為15m，高度為26m，容積負(fù)荷為15kg/(m3?d)。殼體材質(zhì)為Q235，內(nèi)表面采用兩布四油玻璃鋼防腐;三相分離器等內(nèi)件采用316L不銹鋼;殼體外采用環(huán)氧樹脂復(fù)合涂料防腐，硅酸鹽保溫棉厚100mm，外包彩鋼瓦厚0.5mm?？偣摅w設(shè)有電磁流量計(jì)和控制閥自動(dòng)控制IC反應(yīng)器的進(jìn)水，以保持一個(gè)恒定的輸入流量，IC反應(yīng)器的出水依靠重力作用溢流，在保證恒定的進(jìn)水流量的條件下，一部分出水經(jīng)厭氧反應(yīng)器立管分配進(jìn)入循環(huán)，與進(jìn)水混合，另一部分出水溢流進(jìn)入AB好氧池。AB厭氧反應(yīng)罐的循環(huán)泵流量為800m3/h，揚(yáng)程為8m，6臺(tái)(3用3備)。
本項(xiàng)目沼氣用作自備電站燃煤鍋爐使用，沼氣系統(tǒng)設(shè)有沼氣穩(wěn)壓柜、沼氣燃燒器等配套設(shè)備。
4.3 好氧生物處理工段
(1)AB池。
尺寸為29.0m×25.0m×5.8m，3列布置，每列AB段容積為4000m3，水力停留時(shí)間約為6h，選用進(jìn)口表面曝氣器，配置6臺(tái)25HP愛爾氧表面曝氣機(jī)和4套SL100射流曝氣器。
(2)氧化溝。
本項(xiàng)目造紙廢水不需考慮氮和磷的去除，因此氧化溝容積的設(shè)計(jì)只要滿足CODCr和BOD5的去除即可。氧化溝設(shè)置3列，尺寸為100.0m×30.0m×5.8m，水深為5.5m，有效容積為15400m3，停留時(shí)間為24h，氧化溝段MLSS的質(zhì)量濃度為4.8g/L，氧化溝渠道中水流速度不小于0.3m/s，選用進(jìn)口表面曝氣設(shè)備，配置18套25HP表面曝氣機(jī)和12套SL100射流曝氣器，氣水比大約22∶1。
(3)二沉池。
2座，直徑為46m，有效水深為4.5m，設(shè)計(jì)負(fù)荷為0.65m3/(m2?h)。采用虹吸式吸泥機(jī);回流泵流量為840m3/h，揚(yáng)程為8m，3臺(tái)(2用1備);剩余污泥泵流量為200m3/h，揚(yáng)程為8m，2臺(tái)(1用1備)。
4.4 深度處理單元
深度處理采用絮凝反應(yīng)-高效沉淀池-砂濾組合工藝。
絮凝反應(yīng)池的水力停留時(shí)間為56min，有效容積為1900m3，池體尺寸為18.0m×18.0m×6.5m。
高效終沉池采用輻流式沉淀池，2座，直徑為46m，有效水深為4m，沉淀時(shí)間為6.5h，表面水力負(fù)荷為0.56m3/(m2?h)。刮泥機(jī)采用全橋型周邊傳動(dòng);污泥泵流量為60m3/h，揚(yáng)程為15m，3臺(tái)(2用1備)。
過濾采用砂濾器，池體采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，過濾器選用不銹鋼內(nèi)件，30套，直徑為3m，高度為6m。
4.5 污泥脫水工段
初沉池和二沉池及終沉池污泥分開處理，各設(shè)1座直徑為18m污泥濃縮池。初沉污泥處理選用4臺(tái)2.5m帶式脫水機(jī)，脫水后回收的纖維用于脫墨車間，剩余污泥和深度處理系統(tǒng)的污泥處理選用2臺(tái)2.5m帶式脫水機(jī)。
4.6 化學(xué)投藥單元
(1)堿、PAC、PAM加藥系統(tǒng)。
初沉池和深度處理需投加PAC和PAM，PAC投加量為300~600mg/L，PAM投加量為3～5g/t;厭氧處理設(shè)計(jì)有堿投加設(shè)備，在調(diào)節(jié)預(yù)酸化池投加NaOH。
(2)營(yíng)養(yǎng)鹽(尿素、磷酸)加藥系統(tǒng)。
營(yíng)養(yǎng)鹽投加比例：厭氧m(CODCr)∶m(N)∶m(P)=350∶5∶1，好氧m(CODCr)∶m(N)∶m(P)=100∶5∶1。
(3)污泥脫水PAM投加系統(tǒng)。
污泥脫水系統(tǒng)PAM的投加量大約為5g/t，初沉和二沉系統(tǒng)各采用9kg/h三槽式全自動(dòng)泡藥機(jī)。
5、工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)
(1)采用高效IC厭氧反應(yīng)器，降低了整個(gè)廢水處理的運(yùn)行成本，在進(jìn)好氧單元之前可以將廢水的CODCr質(zhì)量濃度降低到1000mg/L以下，大大降低了好氧處理系統(tǒng)的負(fù)荷和運(yùn)行成本;
(2)采用AB氧化溝工藝，防止了污泥膨脹，工藝流程簡(jiǎn)單，具有較強(qiáng)的抗負(fù)荷沖擊能力，提高了處理工藝的運(yùn)行穩(wěn)定性;
(3)曝氣器選用了帶攪拌性能的表面曝氣機(jī)與溝型相匹配，充氣攪拌機(jī)是傳統(tǒng)鼓風(fēng)曝氣和表面曝氣組合的產(chǎn)物，安裝方便，充氧效率高，不需建風(fēng)機(jī)房，同時(shí)也保證系統(tǒng)水力流態(tài)的長(zhǎng)期穩(wěn)定和防止曝氣器的污堵，滿足處理工藝的要求并避免沉泥現(xiàn)象，選用進(jìn)口攪拌機(jī)，具有使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，射流曝氣器安裝和維護(hù)簡(jiǎn)易。
6、運(yùn)行效果
各單元的去除效果見表2。
7、效益分析
本工程直接運(yùn)行成本主要由公用工程消耗、污泥處理和藥劑費(fèi)用、人工費(fèi)用等組成，直接費(fèi)用為1.38元/t。厭氧系統(tǒng)平均沼氣產(chǎn)量為43000m3/d，沼氣收益約為0.65元/t。
8、結(jié)語
(1)造紙廢水具有水量大，顏色復(fù)雜，懸浮物、CODCr濃度高等特點(diǎn)，由于營(yíng)養(yǎng)不足，可生化性較差，造成處理難度大。本項(xiàng)目造紙廢水處理采用混凝沉淀-厭氧-AB氧化溝處理工藝，出水達(dá)到了業(yè)主的要求。
(2)本項(xiàng)目造紙廢水處理要解決的主要問題是去除SS和CODCr。預(yù)處理單元采用圓篩機(jī)回收纖維，在初沉池投加PAC和PAM對(duì)SS的去除有至關(guān)重要的作用，初沉池的表面負(fù)荷要盡量選低值。
(3)生化處理單元選用采用高效的IC厭氧反應(yīng)器和AB氧化溝是實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目高效達(dá)標(biāo)的核心單元，采用厭氧處理大大降低了運(yùn)行費(fèi)用，為后續(xù)好氧處理奠定了良好基礎(chǔ)。
(4)深度處理單元采用成熟的混凝沉淀和砂濾器工藝，可以進(jìn)一步降低出水中的各種污染物指標(biāo)，為廢水達(dá)標(biāo)排放和回用起到了把關(guān)作用。
(5)本工程自2016年底投運(yùn)后一直穩(wěn)定運(yùn)行，直接運(yùn)行成本約為1.38元/t。實(shí)踐證明，該工藝是一種高效低成本的成熟工藝，具有良好的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，為類似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供了成功經(jīng)驗(yàn)。(來源：神霧環(huán)保技術(shù)股份有限公司，廣西綠晨環(huán)境工程有限公司)