HZIC+AB工藝在廢紙造紙廢水處理中的應用

張高峰

（浙江華章科技有限公司，浙江杭州，310000）

云南某造紙廠屬于典型的廢紙造紙企業(yè)，廢紙造紙工藝大體分為制漿和抄紙兩大部分，廢水排放主要來源于制漿過程中產(chǎn)生的大量洗滌廢水及含有纖維、填料和化學藥品的抄紙廢水。廢水中主要有以下幾種污染物：固體懸浮物（SS）、化學需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）和色度。COD 和BOD 主要來自于廢水中的木素、半纖維素；SS 主要由細小纖維、無機填料等形成；色度來源于油墨、染料等。

內(nèi)循環(huán)（IC）厭氧反應器具有抗負荷、抗酸堿能力強、容積負荷高、能耗低、運行費用低、啟動速度快、占地面積少、運行穩(wěn)定等特點，其在造紙廠廢水處理中的應用越來越多。但是有很多厭氧反應器使用效果并不理想，出現(xiàn)COD 去除率低、沼氣產(chǎn)量低、污泥鈣化嚴重等問題[1-2]。

傳統(tǒng)活性污泥法是造紙廢水處理應用最廣泛的工藝之一，但是也存在占地面積大、難以適應水質(zhì)變化等缺點[3]。針對造紙廢水特點，該企業(yè)采用改進的吸附及生物降解（AB）工藝作為生化處理單元，實踐證明此工藝穩(wěn)定、高效。

1 工程概況

該企業(yè)主要以廢紙為原料生產(chǎn)?？埣案邚娡呃阍?，年產(chǎn)量20萬t。廢水處理量為8000 m3/d，其中處理后的水有5000 m3回用，剩余的3000 m3進行排放。主要工藝采用絮凝沉淀+水解酸化+HZIC 厭氧反應器（HZIC）+AB，二沉池出水水質(zhì)即可滿足地方廢水排放標準（詳見表1 中參數(shù)）。為應對后期發(fā)展過程中更嚴格的環(huán)保要求，該企業(yè)采用Fenton氧化和砂濾對二沉池出水進行深度處理，目前作為預留設(shè)施。

表1 進出水水質(zhì)主要指標

2 工藝流程

圖1 為廢水處理流程圖。從圖1 可以看出，車間綜合廢水經(jīng)過機械格柵去除較大的渣物后進入集水池經(jīng)泵提升至斜網(wǎng)，斜網(wǎng)篩濾的漿料進行回用，來水量大時進入事故池進行水量調(diào)節(jié)。正常情況下斜網(wǎng)出水自流入初沉池，細小纖維與顆粒物極易沉降，其在初沉池沉降后，上清液進入預酸化池，然后經(jīng)泵送至HZIC 厭氧反應器。HZIC 厭氧反應器出水進入AB 處理系統(tǒng)，經(jīng)過缺氧、好氧生化處理后，在二沉池實現(xiàn)固液分離，上清液進行排放。

斜網(wǎng)及初沉池產(chǎn)生的漿料和污泥回用，二沉池污泥經(jīng)過污泥濃縮池濃縮后用板框壓濾機壓濾。

3 各單元處理效果

各單元處理效果見表2。

表2 各單元處理效果

4 HZIC處理單元

圖1 廢水處理流程

造紙廢水COD 和SS 含量高、可生化性能差、色度大、氮磷污染相對偏低[4]。根據(jù)文獻報道，造紙廢水中含有多種有機污染物，且廢水中毒性物質(zhì)很多[5]。IC 反應器對造紙廢水中的COD、BOD、硬度、木素等都有很好的去除效果[6]。基于此，浙江華章科技有限公司為該企業(yè)提供HZIC 厭氧反應器（HZIC）用于廢水厭氧處理單元。HZIC 是在傳統(tǒng)IC 厭氧反應器的基礎(chǔ)上根據(jù)造紙廢水特點改進而來。HZIC 特殊的布水系統(tǒng)，可利用COD 轉(zhuǎn)化的堿度對廢水的pH 值起緩沖作用，即便是在pH 值為5 的條件下也可以正常運行，從而能夠在調(diào)節(jié)pH 值時節(jié)省大量用堿量，降低運行費用。合理的上升流速可最大限度地防止污泥鈣化，同時HZIC 針對含鈣高的廢水設(shè)計有特殊的排砂裝置，確保鈣化后的污泥能及時排出，避免鈣化污泥對厭氧反應器的影響。

該企業(yè)HZIC 規(guī)格為φ12.5 m×26 m，內(nèi)置兩級三相分離器，布水器采用傘狀旋流布水結(jié)構(gòu)。水處理量為8000 m3/d，進水CODCr為3500～4500 mg/L。容積負荷為8～12 kg CODCr/(m3·d)。連續(xù)18 天的運行數(shù)據(jù)顯示HZIC 對CODCr平均去除率為76%，其進出水CODCr含量及去除率如圖2所示。

圖2 HZIC進出水CODCr含量及CODCr去除率

圖3 所示是連續(xù)18天HZIC進出水的揮發(fā)性有機酸（VFA）含量、預酸化度及CODCr去除率。從圖3 可以看出，HZIC運行過程中在預酸化階段的預酸化度達到了40%以上，能夠在保持較高預酸化度的同時，不需要添加堿液就可以對廢水的pH值進行調(diào)節(jié)，從而能夠保證發(fā)生器穩(wěn)定高效運行。日常運行只需添加少量氮源和磷源。即使在高有機負荷及高預酸化度條件下，HZIC處理效率仍能維持在75%以上，且出水VFA含量均小于3 mmol。HZIC對廢水中有機污染物的高效降解不僅可以產(chǎn)生更多的清潔能源，如沼氣（去除1 kg CODCr約產(chǎn)生0.52 m3沼氣，其中甲烷含量約80%），同時降低了后續(xù)AB工藝處理過程中的進水負荷，減少了曝氣階段的空氣需求量，降低了廢水處理能耗。

圖3 HZIC進出水VFA含量、預酸化度及CODCr去除率

5 AB處理系統(tǒng)

AB系統(tǒng)中A段是對污染物質(zhì)的去除，主要是以物理化學作用為主導的吸附功能，因此對負荷、溫度、pH 值以及毒性等作用具有一定的適應能力。A 段對BOD5去除率約為40%～70%，但經(jīng)A段處理后的廢水，其可生化性將有所改善，有利于后續(xù)B段的生物降解[7]。

該企業(yè)AB 系統(tǒng)中A 段為直徑20 m、高4.5 m 的圓形池子，內(nèi)置4 臺攪拌推流裝置，總?cè)莘e約1400 m3，A 段水力停留時間（HRT）約為4.5 h。B段采用普通氧化溝，池容積約8000 m3，B 段HRT 為24 h。連續(xù)18天的生產(chǎn)現(xiàn)場及數(shù)據(jù)顯示，該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，CODCr去除率可達90%以上，如圖4所示。圖5為AB 系統(tǒng)氧化溝溶解氧（DO）含量、污泥濃度（MLSS）及CODCr去除率?；钚晕勰嗪蛷U水經(jīng)過A 池自流入B 段氧化溝。從圖5 可以看出，運行中A、B段均可保留較高的MLSS。A、B 段MLSS 均達6000 mg/L 以上，AB 整個系統(tǒng)污泥負荷約為1～1.5 kg(CODCr)/[kg(MLSS)·d]。因為該系統(tǒng)相對傳統(tǒng)活性污泥法可提高污泥濃度，使系統(tǒng)中有足夠的微生物量，所以對CODCr的去除率也比傳統(tǒng)活性污泥高；而曝氣池中DO 含量維持在1～1.5 mg/L，在滿足好氧微生物需氧量的同時，能夠避免過度曝氣造成能源的浪費和活性污泥的解絮老化。

圖4 AB系統(tǒng)進出水CODCr含量及CODCr去除率

圖5 AB系統(tǒng)氧化溝DO含量、MLSS及CODCr去除率

6 經(jīng)濟和環(huán)境效益分析

廢水處理系統(tǒng)主要成本由耗電量、藥劑、人工費用組成。根據(jù)該廠實際生產(chǎn)用電統(tǒng)計，噸水處理的耗電量為0.9 kWh，噸水耗電費用約0.54元。藥劑主要由預處理及污泥處理用聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺、營養(yǎng)源（尿素、磷肥）組成，噸水藥劑成本約0.25元，噸水人工成本約0.1元。總的處理成本為0.89元/t水。