高濃度紗管紙廢水處理工程的設(shè)計(jì)與運(yùn)行

李瀚翔，張黎明，郭富成，黃天寅，徐樂(lè)中，劉鋒

（蘇州科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇蘇州215009）

高濃度紗管紙廢水處理工程的設(shè)計(jì)與運(yùn)行

李瀚翔，張黎明，郭富成，黃天寅，徐樂(lè)中，劉鋒

（蘇州科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇蘇州215009）

針對(duì)安徽某年產(chǎn)10萬(wàn)t紗管紙企業(yè)所排放的高COD、高SS及低氮磷含量廢水，采用氣浮—水解酸化—IC—曝氣池工藝進(jìn)行處理。運(yùn)行結(jié)果表明，在合適的氮、磷營(yíng)養(yǎng)配比條件下，COD去除率可達(dá)97%以上，系統(tǒng)出水水質(zhì)穩(wěn)定且各主要污染物指標(biāo)均優(yōu)于《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ 343—2010）。對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)措施，可為同類廢水處理工程提供借鑒。

紗管紙廢水；氣??；IC

隨著我國(guó)原料產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及出口產(chǎn)品的增加，紗管紙的需求量日益增加。紗管紙是一種高強(qiáng)度紙板，專供紡織工業(yè)制造粗紗管、化纖紗管及其他紙芯管用。紗管紙業(yè)是一個(gè)用水量及廢水產(chǎn)生量極大的新興行業(yè)。其廢水主要來(lái)自原料的破碎離解、洗滌、打漿和抄紙等生產(chǎn)工藝。國(guó)內(nèi)對(duì)再生紙廢水的研究很多〔1-2〕，但針對(duì)高濃度紗管紙廢水的工程研究卻鮮有報(bào)道。

安徽某紗管紙?jiān)旒埰髽I(yè)產(chǎn)生的紗管紙廢水COD高達(dá)12000mg/L，固體懸浮量2000～2500mg/L，且含有鈣鹽，但氮磷含量卻很低，生化性能較差。國(guó)家在《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3544—2008）中對(duì)各廠噸產(chǎn)品排水量作了明確規(guī)定，隨著噸產(chǎn)品排放量的不斷降低，廢水中COD逐漸增高，普通物化處理早已不能滿足達(dá)標(biāo)排放，如何高效處理該類廢水已普遍受到環(huán)境部門的高度重視。筆者針對(duì)安徽某紗管紙?jiān)旒埰髽I(yè)產(chǎn)生的高濃度紗管紙廢水，采用氣浮—水解酸化—IC—曝氣池工藝，對(duì)廢水有機(jī)污染物降解性能進(jìn)行了研究，為紗管紙廢水處理的工程化提供了一定的參考依據(jù)。

1　工程概況

1.1廢水水質(zhì)水量

安徽某紗管紙?jiān)旒埰髽I(yè)是集制漿、造紙、污水處理于一體的大型紗管紙生產(chǎn)基地。企業(yè)年產(chǎn)紗管紙制品10萬(wàn)t，生產(chǎn)穩(wěn)定，日排放廢水1 000 m3，廢水水質(zhì)及《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ 343—2010）如表1所示。

表1　廢水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)

1.2工藝流程

現(xiàn)根據(jù)該廠實(shí)際的廢水水質(zhì)、水量情況，采用在氣浮工藝的基礎(chǔ)上串聯(lián)高效厭氧處理設(shè)施并組合好氧曝氣池的工藝對(duì)廢水進(jìn)行處理，具體工藝流程如圖1所示。

圖1　廢水處理工藝流程

該污水處理系統(tǒng)由預(yù)處理系統(tǒng)和生化處理系統(tǒng)兩部分組成。生產(chǎn)廢水由廢水排放管道經(jīng)機(jī)械格柵后進(jìn)入調(diào)節(jié)池，并通過(guò)提升泵進(jìn)入氣浮池。氣浮池采用部分回流加壓溶氣工藝，并在池內(nèi)投加PAC和PAM，旨在去除廢水中的SS及COD。70%的氣浮出水回用于造紙生產(chǎn)，30%的氣浮出水經(jīng)污水泵進(jìn)入水解酸化池。水解酸化池設(shè)有氮、磷投加裝置，以確保廢水中營(yíng)養(yǎng)成分均衡。混合均勻后的廢水進(jìn)入中間水池，通入蒸汽調(diào)節(jié)水溫后進(jìn)入IC塔進(jìn)行生化處理。預(yù)處理后的廢水生化性能良好，很大程度提升了IC塔的處理效率。厭氧出水經(jīng)沉淀后進(jìn)入曝氣池進(jìn)行好氧處理，好氧段采用普通活性污泥法，好氧出水經(jīng)二沉池沉淀后達(dá)標(biāo)排放。

污泥處理系統(tǒng)主要包括污泥濃縮池及污泥脫水機(jī)。沉淀池污泥及氣浮浮渣經(jīng)收集后排入污泥濃縮池，經(jīng)濃縮、脫水干化后的泥餅外運(yùn)填埋或綜合利用。

2　主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）氣浮池。氣浮池采用部分回流加壓溶氣工藝，通過(guò)投加PAC和PAM以去除水中懸浮物及溶解性膠體物質(zhì)，從而降低出水COD、SS及色度，70%出水回用于生產(chǎn)，其余廢水排入后續(xù)生化處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，直徑8 m，處理能力150 m3/h。

（2）水解酸化池。在池內(nèi)補(bǔ)充生物反應(yīng)維持正常進(jìn)行所需要的營(yíng)養(yǎng)鹽，投加比例按n（COD）∶n（N）∶n（P）=350∶5∶1。1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸14 m× 30 m×7 m，有效體積2 900 m3，最大水深6.5 m，HRT=54 h，同時(shí)配攪拌器4臺(tái)。

（3）IC塔。IC塔通過(guò)其合理的構(gòu)造設(shè)計(jì)及自身產(chǎn)氣所實(shí)現(xiàn)的混合液內(nèi)循環(huán)，可大幅度提升泥水的混合接觸和傳質(zhì)效果，保證了第一反應(yīng)室內(nèi)高濃度的污泥量，并且具有占地面積小，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，生物啟動(dòng)快等優(yōu)點(diǎn)，得到國(guó)內(nèi)廢水處理行業(yè)廣泛應(yīng)用。2座，碳鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)外防腐，單個(gè)尺寸D 10 m× 23 m，HRT=72 h。

（4）曝氣池。經(jīng)IC反應(yīng)器處理后的廢水進(jìn)入好氧處理系統(tǒng)，筆者工藝采用普通活性污泥法。1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，單體尺寸D 20 m×5.5 m，HRT=34 h，采用鼓風(fēng)曝氣，配有風(fēng)機(jī)2臺(tái)。

（5）二沉池。1座，采用輻流式沉淀池，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸D 18 m×4.5 m，配周邊傳動(dòng)刮泥機(jī)1臺(tái)。污泥部分回流，剩余污泥則由污泥泵排入污泥濃縮池進(jìn)行處理。

（6）污泥濃縮池。濃縮池用以儲(chǔ)存氣浮浮渣及生化系統(tǒng)定期排放的剩余污泥。沉淀后排出上清液，濃縮污泥經(jīng)污泥調(diào)理罐調(diào)理為易脫水的污泥，再經(jīng)板框壓濾機(jī)脫水為泥餅，外運(yùn)至有資質(zhì)單位進(jìn)行后續(xù)處理。1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸5 m×6 m×6 m。

（7）污泥脫水機(jī)房。1座，磚混結(jié)構(gòu)，尺寸5 m× 6 m×3 m，污泥脫水設(shè)備選用板框壓濾機(jī)，產(chǎn)生的污泥經(jīng)過(guò)脫水系統(tǒng)處理后，進(jìn)一步降低污泥含水率，形成泥餅，減少污泥體積，并委外處理。

3　工藝調(diào)試及運(yùn)行效果分析

3.1污泥的接種

（1）水解酸化池污泥。污泥取自城市污水處理廠污泥濃縮池污泥。接種初期，投加含水率99%的污泥150 t，此時(shí)池內(nèi)MLSS在1 000 mg/L左右。通過(guò)機(jī)械攪拌及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的投加，使污泥在最適的營(yíng)養(yǎng)比下生長(zhǎng)，最終MLSS達(dá)到5 000 mg/L以上。

（2）IC厭氧反應(yīng)器污泥。接種污泥取自青島某廠的厭氧消化污泥。初期，向IC塔投加含水率為90%的干污泥，利用生活污水配制進(jìn)水并控制COD為2 000 mg/L左右，保證進(jìn)水n（COD）∶n（N）∶n（P）= 350∶5∶1，同時(shí)增加IC塔塔內(nèi)溫度，直至達(dá)到37.5℃，測(cè)量IC塔出水COD。當(dāng)COD去除率穩(wěn)定在85%左右，即可逐步增加進(jìn)水負(fù)荷，每次增加量1 000 mg/L，直至系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷，厭氧系統(tǒng)調(diào)試結(jié)束。

（3）好氧曝氣池污泥。污泥取自城市好氧生化池內(nèi)污泥。好氧污泥采用與厭氧污泥相類似的培養(yǎng)法，培養(yǎng)時(shí)，投加污泥濃度500 mg/L的新鮮污泥，控制系統(tǒng)內(nèi)溶解氧低于2 mg/L，直至達(dá)到滿負(fù)荷，生化系統(tǒng)調(diào)試結(jié)束。

3.2運(yùn)行結(jié)果及分析

該廢水處理工程于2012年5月開(kāi)始施工，同年10月進(jìn)入調(diào)試運(yùn)行，并于2013年1月正式運(yùn)行。工程經(jīng)過(guò)2 a的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)出水COD、SS進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果如表2所示。

表2　出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

由表2可見(jiàn)，處理效果良好，出水COD 200～300 mg/L，COD去除率大于97%，NH3-N＜5 mg/L，TP＜1 mg/L，SS為200～300 mg/L，各項(xiàng)指標(biāo)全部?jī)?yōu)于《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ 343—2010）。

4　工藝特點(diǎn)及問(wèn)題分析

4.1工藝特點(diǎn)

（1）有機(jī)物含量非常高。普通再生紙廢水質(zhì)量濃度一般在2 000 mg/L左右，采用氣浮-好氧組合處理工藝即可取得較好效果，而該紗管紙廠在造紙過(guò)程中為了節(jié)約用水，采用高比例回用水，使得廢水COD高達(dá)12 000～15 000 mg/L，是普通造紙廢水的5～10倍，處理難度大大增加。工藝針對(duì)該廢水有機(jī)物濃度高的特點(diǎn)，在氣浮池后串聯(lián)高效厭氧IC塔。通過(guò)2 a的運(yùn)行結(jié)果可以看出，IC塔運(yùn)行穩(wěn)定，可去除90%的COD，極大地節(jié)約了占地問(wèn)題并節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用。

（2）營(yíng)養(yǎng)鹽極度缺乏。廢水雖然具有很高的COD，但基本不含氮磷，無(wú)法滿足厭氧方法對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的需求，為此需在水解酸化池內(nèi)補(bǔ)充適量的氮磷。經(jīng)計(jì)算，每天需投加尿素150 kg，磷酸二銨60 kg，以控制廢水的營(yíng)養(yǎng)平衡，使微生物在有利的條件下生長(zhǎng)，最大程度的去除廢水中的COD。通過(guò)測(cè)定污泥沉降比（SV），并根據(jù)SV不斷調(diào)整氮磷的投加量，防止系統(tǒng)發(fā)生污泥膨脹。

（3）鈣鹽的影響及控制。紗管紙是一種對(duì)強(qiáng)度要求非常高的特種紙，生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)適當(dāng)投加碳酸鈣用以增強(qiáng)紗管紙的硬度，同時(shí)大量采用廢紙?jiān)旒垥r(shí)，廢紙化漿過(guò)程也會(huì)有大量鈣鹽析出，該部分鈣鹽會(huì)大量進(jìn)入到廢水中，排放至廢水處理系統(tǒng)。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，該鈣鹽最容易沉積于厭氧進(jìn)水支管內(nèi)，使進(jìn)水管有效流通截面積減小，流動(dòng)阻力增大，最終無(wú)法進(jìn)水；同時(shí)進(jìn)入反應(yīng)器的鈣鹽會(huì)沉積于池底，逐步減少反應(yīng)器有效池容，長(zhǎng)時(shí)間將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。為防止管道堵塞，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，該系統(tǒng)在每根厭氧進(jìn)水支管都安裝了流量計(jì)，并設(shè)置便于排砂及便于疏通的裝置。當(dāng)發(fā)現(xiàn)流量開(kāi)始降低時(shí)，立即清通，減少進(jìn)入反應(yīng)器的鈣含量。

4.2運(yùn)行問(wèn)題及處理措施

（1）氣浮池運(yùn)行的穩(wěn)定性決定了后續(xù)生化池的處理效果：生產(chǎn)廢水中SS高達(dá)50 000 mg/L，通過(guò)對(duì)氣浮池內(nèi)投加PAC和PAM去除廢水中大量的SS。氣浮后出水SS仍有2 000～2 500 mg/L，故后續(xù)處理仍需對(duì)出水SS進(jìn)行監(jiān)測(cè)，防止因SS過(guò)高，降低生化處理效率。

（2）氮磷投加量需量化：該廢水雖然具有很高的COD，但氮磷含量偏低，不足以供給微生物最適的生長(zhǎng)環(huán)境。實(shí)際運(yùn)行中，需對(duì)氮磷投加量不斷調(diào)整并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。調(diào)配不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致好氧污泥膨脹。此外還應(yīng)避免因人為投加過(guò)剩導(dǎo)致出水氮磷超標(biāo)。

5　技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

項(xiàng)目總投資600萬(wàn)元，日處理生產(chǎn)廢水1000m3，氣浮出水回用700 m3，其余廢水經(jīng)生化處理后達(dá)標(biāo)排放。工程建成后，廢水處理的運(yùn)行成本主要為電費(fèi)、藥劑費(fèi)及人工費(fèi)，成本約為3元/m3。

6　結(jié)論

工程采用氣浮—水解酸化—IC—曝氣池組合工藝處理高濃度紗管紙廢水，在調(diào)整氮磷營(yíng)養(yǎng)比例為n（COD）∶n（N）∶n（P）=350∶5∶1的條件下，出水COD 200～300 mg/L，NH3-N＜5 mg/L，TP＜1 mg/L，各項(xiàng)出水水質(zhì)指標(biāo)均優(yōu)于《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ 343—2010）。工程自2013年1月正式投入使用后，運(yùn)行穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥少，處理費(fèi)用約為3元/m3，可為同類企業(yè)的廢水處理技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用提供借鑒。

［1］明銀安，施昌平，陶濤，等.氣浮-帕式氧化溝工藝處理再生紙廢水［J］.中國(guó)給水排水，2008，24（24）：61-64.

［2］郭長(zhǎng)虹，劉懷勝.水解酸化/cass/氣浮工藝對(duì)再生紙廢水的處理［J］.中國(guó)給水排水，2006，22（18）：64-67.

Design and operation of wastewater treatment for high-concentration yarn tube wrapper

Li Hanxiang，Zhang Liming，Guo Fucheng，Huang Tianyin，Xu Yuezhong，Liu Feng
（Department of Environmental Science and Engineering，Suzhou University of Science and Technology，Suzhou 215009，China）

Aiming at the wastewater containing high COD，high SS and low N&P contents，discharged from a yarn tube factory producing 100 thousand tons per year in Anhui Province，China，it is treated by air floatation-hydrolysis acidification-aeration tank process.The running results show that the COD removing rate can reach 97%or more，under proper N/P ratio condition.The water quality of the system effluent is stable，and all the main pollutant indexes are better than the indexes specified in the Water Quality Standard of the Wastewater Discharged from Urban Drainpipes（CJ 343—2010）.The problems existing in the system are analyzed，and corresponding measures brought forward，providing reference for wastewater treatment projects of similar kind.

yarn tube wrapper wastewater；air flotation；IC

X703.1

A

1005-829X（2016）05-0096-03

李瀚翔（1991—），碩士。E-mail：hanxiang_li@yahoo. com。通訊聯(lián)系人：劉鋒，高級(jí)工程師。E-mail：27883458@ qq.com。

2016-02-25（修改稿）