厭氧反應(yīng)器處理造紙廢水工程實踐

李廣勝 雷利榮

摘要：介紹了內(nèi)循環(huán)（IC）厭氧反應(yīng)塔和外循環(huán)（EC）厭氧反應(yīng)塔應(yīng)用于廢紙抄造高強瓦楞原紙廢水處理的工程實踐及生產(chǎn)運行情況。生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)表明，EC厭氧反應(yīng)塔的處理效果優(yōu)于IC厭氧反應(yīng)塔，Ca2+濃度對IC厭氧反應(yīng)塔運行效果有較大的影響，而對EC厭氧反應(yīng)塔影響較小；IC厭氧反應(yīng)塔和EC厭氧反應(yīng)塔可有效降解廢紙造紙廢水中的污染物，廢水CODCr去除率可分別達到612%～774%和723%～879%，沼氣產(chǎn)率為043 m3/kgCODCr和045 m3/kgCODCr；廢紙造紙廢水經(jīng)初沉池、預(yù)酸化池、IC厭氧反應(yīng)塔/EC厭氧反應(yīng)塔、好氧曝氣池、絮凝沉淀池、斜管沉淀池和高效纖維濾池工藝處理后達到國家《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標準》（GB3544—2008）的一級標準，部分廢水可回用到生產(chǎn)中去。

關(guān)鍵詞：廢紙造紙廢水；IC厭氧反應(yīng)塔；EC厭氧反應(yīng)塔；循環(huán)回用

中圖分類號：X793文獻標識碼：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

廢紙造紙廢水主要來自廢紙的水力碎漿、篩選及抄造過程產(chǎn)生的廢水，主要污染成分是細小纖維、造紙?zhí)盍?、廢紙雜質(zhì)和少量膠黏物，以及造紙生產(chǎn)過程中添加的各類有機和無機化合物[1]。廢紙造紙廢水的特征是廢水量大，COD和SS的濃度較高。目前，大部分廢紙造紙企業(yè)的廢水經(jīng)一級物化和二級生化處理或再經(jīng)三級深度處理后部分或全部反復(fù)回用于生產(chǎn)，使鹽類和可溶性難降解有機污染物大量累積，造成廢水溶解性COD升高，增加廢水的處理難度。常規(guī)水解酸化+好氧活性污泥的二級生物處理工藝難以實現(xiàn)廢水的達標排放，去除循環(huán)回用水中二次膠黏物、陰離子垃圾等污染物非常有限，難以達到國家《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標準》（GB3544—2008）的要求。

內(nèi)循環(huán)（Internal Circulation，IC）厭氧反應(yīng)器由荷蘭Paques公司于20世紀80年代中期研發(fā)。國內(nèi)于2001年在廢紙脫墨漿和化學(xué)機械漿制漿造紙廢水處理中開始應(yīng)用。IC厭氧反應(yīng)器是以上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）為基礎(chǔ)發(fā)展的一種新型厭氧反應(yīng)器，相當(dāng)于由兩個UASB反應(yīng)器相互重疊而成。外循環(huán)（External Circulation，EC）厭氧反應(yīng)器是在UASB、IC和膨脹顆粒污泥床（EGSB）反應(yīng)器的基礎(chǔ)上提出采用泥水回流的第三代新型厭氧反應(yīng)器，廢水由循環(huán)泵從底部泵入反應(yīng)器中，通過特殊設(shè)計的三相分離器將污泥與廢水分離，部分排出體外的污水回流到循環(huán)泵，與未處理的廢水混合再進入反應(yīng)器進行處理。根據(jù)國內(nèi)外采用IC厭氧反應(yīng)器和EC厭氧反應(yīng)器處理廢水的實例，廢水COD去除率在60%～75%[14]。

本課題介紹了以IC和EC兩種厭氧反應(yīng)器為主要處理工藝的廢紙生產(chǎn)高強瓦楞原紙廢水處理工程實踐及生產(chǎn)運行情況，目的是為發(fā)展高效可行的廢紙造紙廢水處理技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

1廢紙造紙廢水處理工藝流程

廣東某紙業(yè)公司生產(chǎn)原料選用30%的進口廢紙和70%的國產(chǎn)廢紙，生產(chǎn)80～200 g/m2的高強瓦楞原紙，產(chǎn)量為300 t/d，廢水量為4000 m3/d，CODCr濃度為4000～7000 mg/L。廢水收集后經(jīng)初沉池、預(yù)酸化池、IC厭氧反應(yīng)塔/EC厭氧反應(yīng)塔、好氧曝氣池、絮凝沉淀池、斜管沉淀池和高效纖維濾池工藝處理后達到國家《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標準》（GB3544—2008）的一級標準，處理后的廢水以每天1500 m3送往車間、電廠回用，其余每天2500 m3廢水量達標排放。廢水處理工藝流程如圖1所示。2主要構(gòu)筑物參數(shù)

（1）初沉池

有效容積1200 m3，水力停留時間（HRT）8 h，采用機械攪拌混合方式。

（2）預(yù)酸化池

1#預(yù)酸化池500 m3，預(yù)酸化時間15 h，進IC厭氧反應(yīng)塔處理；2#預(yù)酸化池200 m3，預(yù)酸化時間3 h，進EC厭氧反應(yīng)塔處理。

（3）IC厭氧反應(yīng)塔

直徑（D）65 m×高（H）24 m，高徑比（H/D）369，有效容積780 m3，進水量5000 m3/d，回流2500～3000 m3/d，厭氧反應(yīng)時間4 h，泵功率28 kW。

（4）EC厭氧反應(yīng)塔

直徑（D）12 m×高（H）18 m，有效容積2000 m3，進水量2000 m3/d，厭氧反應(yīng)時間24 h，泵功率185 kW。

（5）曝氣池

有效容積4800 m3，水力停留時間15 h，進水量130 m3/h，回流污泥150 m3/h，回流比120%，污泥濃度（MLSS）11000 mg/L，采用微孔+射流曝氣。

3工藝流程說明

車間排出污水CODCr濃度為4000～7000 mg/L，廢水量為4000 m3/d，經(jīng)集水井送到斜篩間和初沉池，去除可能堵塞水泵機組及管道閥門的較粗大懸浮物及較重的雜物，保證后續(xù)設(shè)施的正常運行；然后送到調(diào)節(jié)池進行水量和水質(zhì)均衡調(diào)節(jié)，以改善廢水處理系統(tǒng)的進水條件。

調(diào)節(jié)池出水分兩路送到2個預(yù)酸化池，通過水解酸化使難降解的大分子有機物轉(zhuǎn)化為易于生物降解的小分子物質(zhì)，提高廢水的可生物降解性，利于后續(xù)的IC厭氧反應(yīng)塔和EC厭氧反應(yīng)塔厭氧生物處理。其中一路送到容積500 m3的1#預(yù)酸化池，預(yù)酸化時間15 h，預(yù)酸化后用水調(diào)節(jié)COD濃度，送IC厭氧反應(yīng)塔處理，IC塔循環(huán)回流水2500～3000 m3/d；另一路送到容積200 m3的2#預(yù)酸化池，預(yù)酸化時間3 h，然后送EC厭氧反應(yīng)塔處理。

廢水經(jīng)IC厭氧反應(yīng)塔、EC厭氧反應(yīng)塔處理后出水CODCr濃度在600～700 mg/L之間，然后進入好氧曝氣池處理。好氧曝氣池連續(xù)進水，采用微孔+射流曝氣，保持溶氧均勻，水力停留時間15 h，回流比120%，混合液污泥濃度（MLSS）11000 mg/L，污泥沉降比為80%。控制溶解氧濃度為4～5 mg/L，進水CODCr≤700 mg/L，出水CODCr≤75 mg/L，CODCr去除率達到92%左右。當(dāng)溶解氧≤3 mg/L時，出水CODCr高于90 mg/L。

經(jīng)曝氣池處理后廢水CODCr≤90 mg/L，再經(jīng)絮凝沉淀、斜管沉淀和高效纖維濾池處理，這三道工序總的水力停留時間為30～40 min，以進一步去除部分 COD 及懸浮物。部分高效纖維濾池出水（1500 m3/d）送往車間、電廠回用，其余出水（2500 m3/d）達標排放。污泥池的污泥經(jīng)壓濾后污泥含水率50%以上，產(chǎn)量8～10 t/d，外運按環(huán)保要求處理，濾液回流至曝氣池進行生化處理。

4運行工況和處理效果分析

池出水水質(zhì)的監(jiān)測運行數(shù)據(jù)。由表1～表4可知，該工藝流程對廢紙造紙廢水具有優(yōu)良的處理效果，總CODCr去除率達到98%以上，其中IC厭氧反應(yīng)塔CODCr去除率達到612%～774 %，EC厭氧反應(yīng)塔CODCr去除率達到723%～879 %。

厭氧降解過程一般分為水解、酸化、產(chǎn)氫及產(chǎn)甲烷階段，水解、酸化階段合并稱為預(yù)酸化階段[5]。在本工藝流程中，一部分廢水的預(yù)酸化和產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷階段在1#預(yù)酸化處理池和IC厭氧反應(yīng)塔中分別完成，廢水經(jīng)預(yù)酸化處理后再經(jīng)IC厭氧反應(yīng)塔處理可以減少剩余污泥量。預(yù)酸化過程中，在水解和酸化菌的作用下，廢水中復(fù)雜的大分子有機物、不溶性有機物轉(zhuǎn)化為小分子、溶解性的有機物，同時酸化菌利用部分物質(zhì)合成新的細菌物質(zhì)。預(yù)酸化過程中，水溫控制在30～40℃（最佳35℃），pH值控制在66左右，可以確保厭氧菌的生長，廢水中的有機物經(jīng)預(yù)酸化后形成揮發(fā)性脂肪酸，揮發(fā)酸度（VFA）為40%～50%。然后，1#預(yù)酸化池廢水從IC厭氧反應(yīng)塔的底部進入第一反應(yīng)室，與塔內(nèi)的厭氧顆粒污泥充分混合進行厭氧生化反應(yīng)，在甲烷菌的作用下，廢水中大部分的有機物轉(zhuǎn)化為甲烷氣和二氧化碳及微量的二氧化硫，廢水COD第一次被降解。最后依靠第一反應(yīng)室所產(chǎn)生的沼氣作為提升動力實現(xiàn)混合液的內(nèi)循環(huán)，繼續(xù)對廢水進行進一步處理。

從2016年12月和2017年12月的監(jiān)測運行數(shù)據(jù)（表1和表3）可知，在厭氧反應(yīng)時間4 h、進水CODCr濃度約為2500 mg/L、pH值約為66～70、Ca2+濃度約600 mg/L的條件下，IC厭氧反應(yīng)塔的CODCr去除率在612%～774 %之間，沼氣平均產(chǎn)率為043 m3/kgCODCr。

在本工藝流程中，其余廢水的預(yù)酸化和產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷階段在2#預(yù)酸化處理池和EC厭氧反應(yīng)塔中完成。2#預(yù)酸化池的廢水（2000 m3/d）由供料泵泵入EC厭氧反應(yīng)塔，流量由電磁流量計和變頻泵自動控制。廢水與EC厭氧反應(yīng)塔內(nèi)的絮狀污泥充分混合進行厭氧生化反應(yīng)，在甲烷菌的作用下，水中有機物轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳及微量的二氧化硫，達到降減廢水CODCr的效果。在EC厭氧反應(yīng)塔內(nèi)，廢水中的大部分CODCr被生物降解并轉(zhuǎn)化為沼氣，為了維持反應(yīng)器內(nèi)的微生物濃度，需要將EC厭氧反應(yīng)塔內(nèi)的污泥與廢水分離，將污泥保留在反應(yīng)器內(nèi)，廢水排出[6]。在本工藝流程中，從2016年12月和2017年12月的監(jiān)測運行數(shù)據(jù)（表1和表3）可知，在厭氧反應(yīng)時間為24 h、進水CODCr濃度約為5000 mg/L、pH值約為70～74、Ca2+濃度約為800 mg/L的條件下，EC厭氧反應(yīng)塔的CODCr去除率在723%～879 %之間，沼氣平均產(chǎn)率為045 m3/kgCODCr。

好氧曝氣池采用微孔+射流連續(xù)曝氣，微孔和射流曝氣是目前氧轉(zhuǎn)化率比較高的曝氣方式，兩者結(jié)合使用，能夠保持曝氣池內(nèi)溶解氧的傳遞更加有效、均勻，減少死角盲區(qū)；射流曝氣使曝氣池的混合液得到足夠的攪拌呈懸浮狀態(tài)，使廢水中的有機物、溶解氧、活性污泥充分混合接觸反應(yīng)，回流污泥的不斷補充保持曝氣池內(nèi)有一定的微生物濃度。好氧曝氣池主要是通過微生物的新陳代謝去除廢水中的CODCr，污泥濃度高、污泥沉降性好是好氧曝氣池良好運轉(zhuǎn)及CODCr去除率高的保障。在本工藝流程中，曝氣池進水CODCr濃度在600～700 mg/L，曝氣反應(yīng)時間15 h，回流比120%，混合液污泥濃度（MLSS）11000 mg/L，污泥沉降比80%，控制溶解氧4～5 mg/L，CODCr去除率達到92%以上，出水CODCr≤75 mg/L；當(dāng)溶解氧≤3 mg/L時，出水CODCr高于90 mg/L。

5討論

IC厭氧反應(yīng)器中廢水與顆粒污泥在反應(yīng)器內(nèi)混合反應(yīng)，依賴沼氣提升及顆粒污泥的重力產(chǎn)生內(nèi)循環(huán)流，內(nèi)循環(huán)促使顆粒污泥與廢水混和更充分，內(nèi)循環(huán)流實際也起到反應(yīng)器自動平衡CODCr沖擊負荷的作用[7]。造紙廢水的高回用率使鹽類和可溶性雜質(zhì)積累，而廢紙?zhí)盍现械腃aCO3和造紙過程中新加入的CaCO3導(dǎo)致Ca2+的積累，污水處理系統(tǒng)污泥的大量回用也導(dǎo)致鈣元素在系統(tǒng)中累積，易造成IC厭氧反應(yīng)塔顆粒污泥鈣化，嚴重影響廢水處理效果[89]。根據(jù)生產(chǎn)運行監(jiān)測結(jié)果，IC厭氧反應(yīng)塔進水CODCr濃度須控制在2800 mg/L以下，Ca2+濃度≤600 mg/L，pH值在68左右，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，CODCr去除率達到612%～774%。而當(dāng)Ca2+濃度增加到800 mg/L以上時，CODCr去除效果顯著下降。IC厭氧反應(yīng)塔的優(yōu)點是占地面積小，厭氧反應(yīng)時間短，出水穩(wěn)定。

EC厭氧反應(yīng)塔是外循環(huán)厭氧反應(yīng)器，廢水與絮狀污泥在反應(yīng)器內(nèi)混合反應(yīng)，降解廢水中的有機物，EC厭氧反應(yīng)塔可適應(yīng)較寬范圍的進水CODCr濃度、Ca2+濃度，沼氣產(chǎn)率高，CODCr去除率高，污泥Ca2+結(jié)垢情況較微，出水水質(zhì)穩(wěn)定。在本工藝流程中，EC反應(yīng)塔進水CODCr濃度在5000 mg/L左右，Ca2+濃度≤1000 mg/L，pH值在72左右，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，CODCr去除率達到723%～879%。但是，EC厭氧反應(yīng)塔占地面積大，厭氧反應(yīng)時間長。

6結(jié)語

（1）預(yù)酸化IC/EC厭氧反應(yīng)塔好氧曝氣絮凝沉淀聯(lián)合處理工藝可有效降解去除廢紙造紙廢水中的污染物，廢水CODCr去除率可達98%以上，處理后廢水達到國家《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標準》（GB3544—2008）的一級排放標準，部分廢水可回用到生產(chǎn)中去。

（2）IC厭氧反應(yīng)塔可有效降解去除廢紙造紙廢水中的污染物，廢水CODCr去除率可達612%～774%，沼氣產(chǎn)率為043 m3/kgCODCr，Ca2+濃度對IC厭氧反應(yīng)塔運行效果有較大的影響。

（3）EC厭氧反應(yīng)塔可有效降解去除廢紙造紙廢水中的污染物，廢水CODCr去除率可達723%～879%，沼氣產(chǎn)率為045 m3/kg CODCr，EC厭氧反應(yīng)塔的處理效果優(yōu)于IC厭氧反應(yīng)塔，Ca2+濃度對EC厭氧反應(yīng)塔影響較小。

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