造紙廢水中水回用的工業(yè)化節(jié)能技術(shù)研究和工程應(yīng)用

駱志榮　陸　科　劉景明

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造紙廢水中水回用的工業(yè)化節(jié)能技術(shù)研究和工程應(yīng)用

駱志榮1陸科2劉景明3

（1浙江夏王紙業(yè)有限公司浙江衢州3240222江蘇泰源環(huán)保科技有限公司江蘇宜興214200 3江蘇博凱環(huán)境科技有限公司江蘇濱海224500）

采用生物接觸氧化法技術(shù)改擴建原有的淺層氣浮工藝，進(jìn)行了生化后的造紙廢水回用的工業(yè)化研究。試驗結(jié)果表明：CODcr由進(jìn)水121.53mg/L到出水19.25mg/ L；NH3-N由進(jìn)水16.44mg/L到出水0.77mg/L，CODcr和NH3-N去除率比淺層氣浮分別增加64.79%和55.53%，SS由進(jìn)水63mg/L到出水4mg/L。廢水中各項污染物質(zhì)的含量達(dá)到國家回用標(biāo)準(zhǔn)。廢水回用于造紙工藝，年可節(jié)水270×104t，該成果年可減少取水費用540萬元。具有較好的社會、環(huán)境和經(jīng)濟效益，可在同行業(yè)廣泛推廣應(yīng)用。

生物接觸氧化；淺層氣??；廢水回用；深度處理；節(jié)能技術(shù)

浙江夏王紙業(yè)有限公司成立于2004年，主要生產(chǎn)裝飾類新材印刷原紙、素色紙、低克重印刷原紙和數(shù)碼噴繪紙,采用成品漿板,主要從事裝飾原紙的制造。公司于2009年投資建成了7500t/d處理規(guī)模的廢水處理站，主要處理來自造紙過程中的多余白水及部分地面沖洗水，廢水中主要含有還原性物質(zhì)和鈦白粉等物質(zhì)，經(jīng)過混凝沉淀+氣浮過濾處理工藝，處理后的出水COD、SS、NH3-N達(dá)到《造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB3544-2008》中造紙企業(yè)水污物排放限值標(biāo)準(zhǔn)。2015年，公司排放的污水要求執(zhí)行GB18918-2002一級A標(biāo)準(zhǔn)，而廢水處理后回用于生產(chǎn)，即實現(xiàn)了廢水可資源化，又保護(hù)了環(huán)境，為廢水二次利用開辟了一條新的途徑。目前國內(nèi)外還未見對造紙廢水經(jīng)過處理后回用于類似生產(chǎn)報道，研究探索新的廢水處理方式，提高污染物去除率，減少污染物排放總量和廢水回用是當(dāng)務(wù)之急。

1　原廢水處理工藝現(xiàn)狀和存在問題

近十幾年運行結(jié)果表明，淺層氣浮去除SS、CODcr和NH3-N等效果不佳。根據(jù)排放標(biāo)準(zhǔn)要求原污水經(jīng)過淺層氣浮后，出水COD達(dá)到90 mg/L～100mg/L，SS達(dá)到35 mg/L～50mg/L，為貫徹國家有關(guān)規(guī)定，保護(hù)受納水體，營造一個優(yōu)美的環(huán)境，環(huán)保提出新的GB18918-2002一級A排放標(biāo)準(zhǔn)：COD≤50mg/L、SS≤10mg/L和NH3-N≤5mg/L。新標(biāo)準(zhǔn)的推出和實施，給企業(yè)提出了新的要求和考驗，壓力也隨之而來。很多造紙企業(yè)只采用一級物化處理，都需增加二級生物處理和三級深度處理[1]。

圖1　污水處理站主要工藝流程

公司本著對社會負(fù)責(zé)、為企業(yè)減負(fù)、注入新的動力的原則，奮力研發(fā)，推出了以接觸氧化法+纖維轉(zhuǎn)盤為主的工藝，取得了預(yù)期效果。該廠的原設(shè)計處理能力為7500m3/h，改擴建后處理能力為15000m3/h，目前該廠采用的主要工藝流程如圖1所示。廢水水質(zhì)成分復(fù)雜，含大量的纖維、半纖維素、造紙助劑和中間體等物質(zhì)，常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)除CODCr、BOD5、NH3-N、SS等污染物外，還有硫化物、油、TP等污染指標(biāo)，水質(zhì)具有典型的造紙廢水水質(zhì)特點，可生化性差。原淺層氣浮主要出水水質(zhì)和新舊排放標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1　原淺層氣浮出水主要污染物情況

該公司運行的淺層氣浮池是傳統(tǒng)的溶氣氣浮池[1]。共有2個池，每個池的尺寸是10m×0.78m，有效水深0.5m，每池容積為62m3。工藝過程為：高效淺層氣浮機利用溶氣系統(tǒng)向水中溶入大量的空氣，形成溶氣水，進(jìn)入待處理水中，減壓釋放后在水中形成大量的微細(xì)氣泡，氣泡于水中的雜質(zhì)絮凝相互粘附形成比重小于水的浮體，從而快速浮出水面，經(jīng)刮渣裝置撇渣后完成固、液兩相分離，被懸浮泥渣層截留，從而可以降低出水SS值，間接降低了CODcr和BOD5的值，出水從池中集水槽流出，達(dá)到進(jìn)一步提高水質(zhì)的功能。主體由池體、撇渣裝置、工作橋和行走裝置、布水布?xì)庋b置、集水裝置、集電裝置等組成。

淺層氣浮池去除NH3-N、SS、CODcr和BOD5的值是波動的，而造紙廢水的波動性是非常大的，再由于操作等影響因素，容易造成廢水中含有大量的殘余NH3-N和SS，如果不去除廢水中殘余物就直接回用，會造成廢水中NH3所占分?jǐn)?shù)增大，再回用時，會由于日積月累的結(jié)果，容易造成毒物累計超標(biāo)；另外微生物也會在管道、儲水池內(nèi)大量生長，發(fā)生粘泥和堵塞等問題。在現(xiàn)有的廢水處理技術(shù)中找到合適的、操作簡便和去除殘余污染物效率較高的方法，是一項重要的技術(shù)改造工作?；诠粳F(xiàn)狀的運行工藝和污水站現(xiàn)有的工藝條件，在原工藝的基礎(chǔ)上，采用了生物接觸氧化法[2]和纖維轉(zhuǎn)盤對生化后廢水深度處理進(jìn)行了工程化可行性研究，通過培養(yǎng)硝化菌，并與運行的淺層氣浮工藝進(jìn)行了試驗對照研究。研究的試驗結(jié)果表明：采用生物接觸氧化法處理生化后廢水在技術(shù)上是可行的，運行效果明顯好于現(xiàn)有淺層氣浮池。

2　試驗過程及內(nèi)容

在試驗成果的基礎(chǔ)上，確定了工業(yè)化試驗的技術(shù)路線和參數(shù)。在取消淺層氣浮工序后，擴建了生物接觸氧化池，優(yōu)化選擇和安裝了劉景明博士發(fā)明的高效生物富集填料[3～4]。

高效生物富集填料技術(shù)新穎性：率先實現(xiàn)了微生物、曝氣系統(tǒng)與生物富集填料系統(tǒng)高效優(yōu)化，在污水處理領(lǐng)域取得了重大突破。處理效果好，特殊培養(yǎng)的菌種，材質(zhì)耐酸堿性較強，能夠適用多種難處理水質(zhì)，耐鹽5%，氨氮300mg/L，COD20000mg/L，耐低水溫6℃～12℃，使用壽命長達(dá)5～10年以上,出水達(dá)到一級A或地表V類水體標(biāo)準(zhǔn)。高效生物富集填料技術(shù)先進(jìn)性：（1）高氧利用率：曝氣管利用孔徑與填料的切割滲透原理，依靠滲透向膜中遷移的空氣驅(qū)動動能差，動力消耗低，可緩慢微量、連續(xù)不斷的向微生物提供適量氧氣，達(dá)到節(jié)氣和節(jié)能的目的。節(jié)能70%以上。（2）形成好氧層、缺氧層、厭氧層，厭氧層使水中有機污染物水解酸化形成小分子，使有機氮氨化，在好氧層氨氮氧化成硝態(tài)氮，在缺氧層發(fā)生反硝化作用，形成n個微觀的A2/O工藝，總氮可以從300mg/L降到10mg/L以下。硝態(tài)氮變成氮氣，同時硝化反硝化，使水中總氮和有機物得到高效處理。

高效生物富集填料懸掛在距水面和地底分別為0.5m和1.0m的池中，填料長度為2.0m，每池填料安裝兩層，密度為14kg/m3，空氣曝氣強度為1.5～2.3m3/（m2·h），水量375～625m3/h，池內(nèi)廢水流速小于0.919mm/s。在生物接觸氧化池工業(yè)化試驗技術(shù)路線確定后，對纖維過濾池所做的主要工作為：（1）鋪設(shè)了DN700進(jìn)水主管，在過濾池中，垂直平行鋪設(shè)直徑2.0m濾盤兩組,一組備用；（2）在出水槽鋪設(shè)了DN700管線至提升泵房，通過泵加壓后，做回用水的管線。

3　投運后運行效果

在同一進(jìn)水水質(zhì)和水量的情況下，氣水比為3:1和全年水溫一般在8℃～30℃的條件下，改造后的生物接觸氧化池和淺層氣浮池處理CODcr、NH3-H和SS效果的數(shù)據(jù)表見圖2-4所示。由圖2～4可知：生物接觸氧化池CODcr由進(jìn)水121.53mg/L到出水19.25mg/L，CODcr的去除率可達(dá)到84.16%，淺層氣浮CODcr去除率為19.37%；生物接觸氧化池NH3-N由進(jìn)水16.44mg/L到出水0.77mg/L，對NH3-N去除率可達(dá)到95.31%，而淺層氣浮對NH3-N去除率可達(dá)到39.78%；CODcr和NH3-N去除率比淺層氣浮分別增加64.79%和55.53%；生物接觸氧化池和纖維濾盤對SS去除率分別可達(dá)到85.71%和57.14%。

上述結(jié)果的原因為：（1）CODcr的去除主要貢獻(xiàn)者是因為生化后廢水中BOD5由25.52mg/L降至5mg/L以下，以及SS由63mg/L降至10mg/L以下，BOD5去除率為37%以上；（2）剩余CODcr基本是不可生物降解的；（3）生物膜上的硝化菌利用同時硝化反硝化反應(yīng)，使NH3-N進(jìn)一步降解；（4）SS的去除是靠填料的阻礙和生物膜上細(xì)菌的吸附降解而去除的；（5）利用纖維濾盤，SS去除效果更好，回用水SS基本為2 mg/L～4mg/L。

圖2　進(jìn)出廢水CODcr變化曲線

圖3　進(jìn)出廢水NH3-N變化曲線

圖4　進(jìn)出廢水SS變化曲線

4　技術(shù)經(jīng)濟評價

通過技術(shù)改造和實際運行的結(jié)果，處理后回用的造紙廢水完全可以取代工業(yè)上水，可以滿足該廠的造紙回用水的需要。在實現(xiàn)造紙綜合廢水二次利用的同時，降低了廢水處理費用和排污費的繳納，每年可少取地表水270×104t，年可節(jié)省費用540萬元。

5　結(jié)語

5.1通過技術(shù)改造，采用生物接觸氧化法取代原淺層氣浮法，CODcr由121.53mg/L下降到19.25mg/L，CODcr去除率可提高64.79%，NH3-N由進(jìn)水16.44mg/L到出水0.77mg/L，NH3-N去除率可以提高55.53%，SS由進(jìn)水63mg/L到出水4mg/L。

5.2廢水中各項污染物質(zhì)的含量達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)和回用標(biāo)準(zhǔn)。

5.3取得了較好經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。改造后的生物接觸氧化池，廢水回用于造紙工藝，年可節(jié)水270×104t，該成果年可減少取水費用540萬元。

[1]北京水環(huán)境與設(shè)備研究中心等主編.三廢處理工程技術(shù)手冊：廢水卷[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001：327-328.

[2]高廷耀，顧國維主編.水污染控制工程：下冊[M]，第二版.北京:高等教育出版社，2000:124-127.

[3]劉景明，左一龍.一種平面生物富集平面廢水處理填料[P].中國發(fā)明專利，ZL201520702359.3，2015.

[4]劉景明，左一龍.一種豎管脫氮填料裝置[P].中國發(fā)明專利, ZL201520238138.5,2015.

駱志榮（1968—），男，浙江安吉人，?？飘厴I(yè)，現(xiàn)職稱為中級工程師，從事企業(yè)管理和工程設(shè)計總負(fù)責(zé)。