人工濕地法處理卷煙紙造紙尾水

王晨晨

（上海環(huán)境保護有限公司， 上海 200000）

引言

高檔卷煙紙是一種專供包卷煙草制作高級香煙的薄頁型紙。為保證產品具有高強度、高透氣度以及優(yōu)良的燃燒性能等特殊要求，高檔卷煙紙的生產過程中要使用各種填料和添加劑，這就導致生產廢水中除了含有大量纖維素之外，還含有其他雜質，如碳酸鈣、助燃劑、增強劑、分散劑等，增大了廢水處理的難度[1]。某高檔卷煙紙生產廠，年生產能力達到24 000 t，主要產品包括高檔卷煙盤紙、濾棒成形紙等卷煙用紙。該公司擁有兩條生產線，用商品漿生產卷煙用紙，主要廢水是造紙白水，因造紙白水中含有細小植物纖維及纖維在水中的降解、分解物、流失的碳酸鈣，因而形成了污染因子COD和懸浮物SS。目前已有的污水處理系統(tǒng)能滿足《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標準》（GB 3544—2008）的要求，即 ρ（CODcr）=80 mg/L，ρ（SS）=30 mg/L。為了滿足對廢水排放和退水日益強化的要求，公司在原有污水處理系統(tǒng)之后增設人工濕地，對尾水進一步降解處理，使出水水質達到《地表水環(huán)境質量標準》（GB 3838—2002）的Ⅳ類標準。從20世紀初期歐洲和美國采用較大規(guī)模人工濕地處理污水開始，已經出現了3代人工濕地污水處理技術:自由表面流、水平潛流、垂直潛流。垂直流濕地包括上行流、下行流和復合垂直流[2]。

本文介紹了表流濕地—水生生物塘—潛流濕地組合工藝處理卷煙紙造紙廢水的尾水的方法，重點闡述了工藝設計中的技術關鍵點。該工藝利用多種生態(tài)生物處理方法，以植物為核心,構建復合型生態(tài)處理系統(tǒng)，使污水處理與工廠自然生態(tài)環(huán)境建設有機結合，實現人與環(huán)境的和諧相處。

1 水量水質

1）設計水量：3 500 m3/d。2）設計水質：目前造紙廠終端污水處理站正常情況下能達到《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標準》（GB 3544—2008）的排放標準，實測進水水質如表1所示。如表2所示，該水質屬于《地表水環(huán)境質量標準》（GB 3838—2002）劣Ⅴ類，滿足不了更高的水質要求。人工濕地系統(tǒng)的設計目標是達到Ⅳ類標準。

表1 進水水質標準

表2 《地表水環(huán)境質量標準》（GB3838-2002）主要指標

2 工藝流程設計

本濕地水質凈化系統(tǒng)覆蓋面積12 000 m2，設計流量為3 500 m3/d，即整個生態(tài)濕地工程的設計表面水力負荷將為0.291 m3/（m2·d），綜合比較設計水力負荷較小。濕地的設計參數均為平均化的取值?？紤]到可能存在水量與水質的沖擊負荷，水質水量不穩(wěn)定，不能采用單一的功能單元作為水質凈化系統(tǒng)的組成。因此，應用通過濕地水質凈化系統(tǒng)的功能分區(qū)、植物帶、人工介質水質強化凈化、塘體岸線生態(tài)護坡以及植物群落水質凈化功能配置等關鍵技術的實施，突破濕地進水沖擊負荷這一受限因素，以實現COD、NH3-N、TP和TN等污染物的有效去除。濕地系統(tǒng)設計工藝流程如圖1所示。

圖1 濕地水質凈化系統(tǒng)工藝流程

本水處理系統(tǒng)設計難點在于懸浮的輕質碳酸鈣對于濕地系統(tǒng)的堵塞以及COD的達標排放?，F場觀察在原有尾水池內有較多懸浮的輕質碳酸鈣，如圖2所示。

圖2 現場6 000 m3尾水排放池

由于卷煙紙造紙白水中投加的是輕質碳酸鈣，沉淀性能較差，因此預處理階段必須強化對SS的去除，對尾水池進行流態(tài)改造，且預處理階段選用石英砂過濾器既可以去除SS又可以截留非溶解態(tài)的COD，減輕后續(xù)濕地處理負荷。

濕地系統(tǒng)首先使用三級表流濕地，污水在流動過程中，與土壤、植物及植物根部的生物膜接觸，通過物理、化學以及生物反應，污水得到初步凈化。接著污水進入水生生物塘，在塘內進行缺氧反應，提高了廢水的可生化性，同時將潛流濕地放在最后避免了SS對潛流濕地的堵塞。表流濕地單元面積為6 369 m2，有效水深0.3～0.6 m，有效容積2 283 m3。兩岸坡比均設計為1∶3，邊坡及底部采用原狀土壓實，其上覆種植土。水生植物種植以挺水植物為主，如美人蕉、荷花等；浮水植物為輔，如睡蓮、水鰲等。一級表流濕地水深為60 cm，水深較深保證砂濾出水殘余的SS和輕質碳酸鈣在一級表流濕地里沉淀，同時通過植物配置和增加種植密度阻擋輕質碳酸鈣進入后續(xù)單元，對后續(xù)單元起到保護作用。二級三級表流濕地區(qū)水深為30 cm，模擬天然沼澤濕地運行，植物自行完成生長、枯萎、漚漬殘體等過程，依賴于基質中的腐殖質和植物殘體釋放的有機物作為碳源完成反硝化脫氮過程。

水生生物塘有效水域面積約為3 510 m2。水生生物塘位于整個濕地系統(tǒng)的中部，不設推流設施，依賴于水力坡度完布水，水中部分不溶性有機物轉化為溶解性有機物，從而去除部分COD，并強化后續(xù)單元去除效率。水生生物塘的污水依靠建筑生態(tài)浮島對尾水進行導流，一方面延長污水的沿程使其形成推流態(tài)充分進行降解反應，另一方面生態(tài)浮島可以滿足景觀化和自然化要求。水生生物塘擬設計水深2.0 m，總有效容積為7 020 m3。設計水力停留時間為48 h。兩岸邊坡均設計生態(tài)護坡，坡比為1∶3，邊坡及底部采用原狀土壓實，覆100 mm厚種植土，坡面鋪裝多孔混凝土砌塊，坡面空隙回填種植土。在生態(tài)護坡中設置表面植物濾床，寬度為1.0 m。坡底設C15混凝土護腳。水生生物塘底部水生植物以沉水植物為主，如金魚藻、輪葉黑藻等。水生生物塘通過放養(yǎng)適量的魚類構建完善生物量自動調整沉水植物生物鏈，同時由于水質逐漸清澈，沉水植物能自動向深水區(qū)進一步擴展。由岸邊至池底依次陸生草本、親水植物、挺水植物和沉水植物，完善生態(tài)鏈。也可根據經濟作物配置方案種植經濟作物，并及時收種。潛流濕地采用水平潛流濕地，占地3 500 m2，作為最終的水質保障單元出水達標排放，也可用于廠內綠化澆灌使用。廢水經配水系統(tǒng)分布從填料床的一端均勻平緩流過填料床植物根區(qū)，是一個主要由土壤、濕地植物和微生物組成的生態(tài)處理系統(tǒng)。

本濕地系統(tǒng)同時具有多塘系統(tǒng)和濕地系統(tǒng)的優(yōu)點，并將流場優(yōu)化、生物接觸氧化、立體型生態(tài)浮島、岸線水土界面生態(tài)強化、水生植物優(yōu)選及其濕地系統(tǒng)生物鏈優(yōu)化技術予以優(yōu)化組合，突破了物化處理工藝的管理復雜、氮去除率低的局限性，系統(tǒng)中不需要回流系統(tǒng)，強化了有機物、氮、磷等污染物的去除能力。

3 工藝設計特點

1）高技術：系統(tǒng)耦合生態(tài)水質強化凈化技術，采用水質凈化功能單元組合工藝流程，局部優(yōu)化流場設計，提高水質凈化效率與效果。

2）因地制宜：充分利用地形條件，重力自流，無需驅動設施。

3）低投資與運行成本：跌水復氧，無能耗，管理簡單。

4）資源化：濕地可種植經濟作物，具有水體營養(yǎng)物質資源化的特點，并產生一定的經濟效益。

5）景觀化：因地制宜設計能滿足功能要求并與周邊環(huán)境協調的水景。

4 運行結果

砂濾+三級表流濕地+水生生物塘+潛流濕地為主體工程的濕地處理系統(tǒng)，經過約3個月運行，各單元的處理效果如表3所示。

表3 各單元處理效果

5 濕地系統(tǒng)效益分析

5.1 經濟效益

污水濕地自然凈化處理的建成將會帶來間接的經濟效益：作為污水處理的重要環(huán)節(jié)，可作為環(huán)保工程的示范和樣板，為企業(yè)提供正常生產運行的有利條件。

5.2 環(huán)境效益

環(huán)境的污染、水源的破壞使很多物種滅絕。水是生命之源，水污染治理關系著國家的政治和民生，污水處理也成為國家尤為關心的問題，如今，國家每年都在污水處理方面投入重金，目的是有效改善水質，創(chuàng)造環(huán)境效益。

6 結語

1）表流濕地、水生生物塘、潛流濕地的人工濕地組合工藝對卷煙紙造紙尾水的COD的總去除率可達70%以上，出水穩(wěn)定達到地表水Ⅳ類標準。

2）組合工藝具有較強的抗沖擊負荷能力，短期內水量水質超過設計值仍能保證出水效果。

目前我國投資于水污染處理的資金主要用在污水處理廠的建設和配套的管網設備設施，污水處理廠是水處理的核心，也體現了污水處理的效益。污水處理有利于經濟社會的可持續(xù)發(fā)展，有利于人們生活質量的提高，有利于人們的用水安全，有利于環(huán)境的改善，因此受到各級政府的重視。

[1]林湛.高檔卷煙紙的研制[D].天津:天津科技大學，2005.

[2]吳振斌，成水平，賀鋒.垂直流人工濕地的設計及凈化功能初探[J].應用生態(tài)學報，2002（6）：715-718.