無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙涂料廢水處理工程設(shè)計(jì)

劉映堯 何宇娜 陳 港 方志強(qiáng) 王欽雯

（華南理工大學(xué)制漿造紙工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州，510640）

無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙屬于涂布加工紙，產(chǎn)品有上紙（CB紙）、中紙（CFB 紙）和下紙（CF 紙）[1]，涂料有下紙（CF）和上紙（CB）兩種涂料。生產(chǎn)無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙的涂布機(jī)有單面涂布機(jī)和雙面涂布機(jī)，涂布方式主要有氣刀涂布和刮刀涂布。上紙和中紙的生產(chǎn)采用氣刀涂布，下紙的生產(chǎn)可以采用氣刀涂布和刮刀涂布等方式。無(wú)論是使用單面涂布機(jī)、雙面涂布機(jī)或者是氣刀涂布、刮刀涂布，在涂布過(guò)程或產(chǎn)品轉(zhuǎn)換時(shí)均會(huì)產(chǎn)生一定的廢水，雖然廢水量不大，但污染物濃度較高，生產(chǎn)色紙時(shí)產(chǎn)生的廢水還有一定的色度，這些廢水如不經(jīng)過(guò)處理直接排放，必然會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響。根據(jù)涂布紙廠的經(jīng)驗(yàn)，配制出來(lái)的涂料最終會(huì)有2%～15%成為廢水，即使在大型、品種單一、很少進(jìn)行品種更換且生產(chǎn)效率高的涂布紙廠，通常也有2%～6%的流失[2-3]。因此企業(yè)需建設(shè)一座廢水處理設(shè)施，對(duì)該項(xiàng)目產(chǎn)生的廢水進(jìn)行處理，廢水經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后方可排放。

1 工程背景

廣西某企業(yè)是一家生產(chǎn)無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙的企業(yè)，產(chǎn)量約為3 萬(wàn)t/a。該企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程排出的廢水主要是涂布生產(chǎn)過(guò)程以及清洗涂布機(jī)機(jī)頭和貯料罐等設(shè)備時(shí)產(chǎn)生的涂料廢水，廢水量約為240 m3/d。廢水中主要含有改性淀粉、羧基丁苯膠乳等膠黏劑，高嶺土、輕質(zhì)碳酸鈣等顏料，發(fā)色劑微膠囊，顯色劑酚醛樹(shù)脂、水楊酸鋅以及染料等殘余化工料。廢水特點(diǎn)是廢水量小、污染物（如SS、COD 和BOD）濃度比較高。

2 廢水處理工程設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)水量

涂料廢水處理設(shè)計(jì)總水量為240 m3/d，廢水處理設(shè)施每天運(yùn)行24 h，平均廢水處理量為10.0 m3/h。

2.2 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙涂料廢水水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 涂料廢水水質(zhì)Table 1 Coating waste water qualities

2.3 設(shè)計(jì)出水排放要求

主要污染物排放執(zhí)行GB 3544—2008《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中表2規(guī)定的新建企業(yè)水污染物排放限值[4-5]。

2.4 廢水處理工藝流程

廢水處理工藝流程見(jiàn)圖1。

表2 涂料廢水出水水質(zhì)Table 2 Coating waste water emission qualities

2.5 廢水處理工藝

2.5.1 工藝流程

（1）涂料廢水自流進(jìn)入集水池，再由廢水提升泵泵送到廢水調(diào)節(jié)池均衡水質(zhì)。

（2）調(diào)節(jié)池廢水由廢水泵抽取，經(jīng)反應(yīng)罐并在反應(yīng)罐中加入絮凝劑1、絮凝劑2 和助凝劑充分反應(yīng)后進(jìn)入高效廢水凈化器。

圖1 工藝流程Fig.1 Process flow

（3）清水由高效廢水凈化器的頂部出來(lái)，進(jìn)入清水過(guò)渡池，再由清水泵1泵送到塔式生物濾池，清水經(jīng)過(guò)塔式生物濾池處理后進(jìn)入集水池，再由清水泵送2 泵到Fenton 反應(yīng)池，并在Fenton 反應(yīng)池中加入Fen?ton試劑。

（4）清水經(jīng)Fenton 反應(yīng)池深度氧化后進(jìn)入中和池，在中和池中加入NaOH 調(diào)節(jié)pH 值再進(jìn)入除鐵曝氣池，然后再進(jìn)入混凝反應(yīng)池，并在混凝反應(yīng)池中加入聚丙烯酰胺（PAM）。

（5）經(jīng)混凝反應(yīng)池反應(yīng)的水進(jìn)入沉淀池，沉淀池上清液達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)直接排放，沉淀池污泥由污泥泵泵送到污泥濃縮罐進(jìn)一步濃縮，再由污泥泵泵送到脫水機(jī)脫水至達(dá)到干度要求后運(yùn)走。

（6）高效廢水凈化器的污泥在底部排出，靠高效廢水凈化器與污泥濃縮罐之間的液位差壓到污泥濃縮罐；塔式生物濾池產(chǎn)生的污泥和污泥濃縮罐濃縮后的污泥由污泥泵泵送到脫水機(jī)脫水至干度要求后運(yùn)走，脫水機(jī)產(chǎn)生的過(guò)濾水回到涂料廢水集水池。

2.5.2 工藝說(shuō)明

本廢水處理設(shè)計(jì)采用一級(jí)物化、二級(jí)生化和深度氧化相結(jié)合的工藝[6]。

（1）一級(jí)物化工段：采用“高效廢水凈化器”代替?zhèn)鹘y(tǒng)的一級(jí)物化處理工藝（如普通沉淀池或氣浮等），是因?yàn)椤案咝U水凈化器”相比傳統(tǒng)的一級(jí)物化處理工藝具有污染物去除效果更好的優(yōu)點(diǎn)?！案咝U水凈化器”是華南理工大學(xué)特種紙團(tuán)隊(duì)根據(jù)傳統(tǒng)的一級(jí)物化處理工藝存在污染物去除效率低的問(wèn)題而研制的高效凈化設(shè)備，是將廢水的反應(yīng)、混凝、沉淀、澄清、過(guò)濾和吸附等工序集中設(shè)計(jì)在一個(gè)罐體內(nèi)進(jìn)行。“高效廢水凈化器”的原理是利用廢水與混凝劑反應(yīng)生成的絮凝物即“污泥”在罐體內(nèi)形成一個(gè)穩(wěn)定的“過(guò)濾吸附流化床”，廢水通過(guò)這個(gè)“過(guò)濾吸附流化床”的泥層過(guò)濾與吸附，不但使廢水得到固液分離，而且得到了類似“活性炭吸附”的凈化處理。廢水在“高效廢水凈化器”罐體中完成了“沉淀”“過(guò)濾”和“吸附”多種處理工藝，與傳統(tǒng)的一級(jí)物化處理工藝（混凝沉淀或氣?。┲皇菍⒐绦挝锱c廢水分離而得不到進(jìn)一步凈化處理不同，“高效廢水凈化器”不但具有傳統(tǒng)的一級(jí)物化處理工藝特點(diǎn)，而且能對(duì)廢水進(jìn)一步深度處理（“過(guò)濾”和“吸附”），對(duì)廢水的污染物去除率比傳統(tǒng)的一級(jí)物化處理工藝高20%～30%[2]?！案咝U水凈化器”的特點(diǎn)是：占地面積小；投資、運(yùn)行費(fèi)用低；操作簡(jiǎn)單、管理方便；在設(shè)備內(nèi)沒(méi)有濾料，不會(huì)堵塞和不需反沖洗。

（2）生化工段：采用塔式生物濾池是因?yàn)閺U水量不大和塔式生物濾池占地面積小，能承受較大的有機(jī)物和毒物的沖擊負(fù)荷，一般采用自然通風(fēng)，常用于處理高濃度的工業(yè)廢水[7]。

（3）深度氧化工段：采用Fenton 氧化法對(duì)廢水進(jìn)行處理，F(xiàn)enton 氧化法是將硫酸亞鐵與過(guò)氧化氫相結(jié)合的一種深度處理工藝，利用硫酸亞鐵和雙氧水的強(qiáng)氧化還原性，兩者在pH 值為3.5 左右時(shí)發(fā)生反應(yīng)，生成強(qiáng)氧化性的羥基自由基（·OH）[8]，羥基自由基的高氧化能力（氧化電勢(shì)達(dá)到2.80 V，是除元素氟外最強(qiáng)的無(wú)機(jī)氧化劑）［9]與廢水中的有機(jī)物反應(yīng)，可分解氧化有機(jī)物，特別是難以氧化的芳香類化合物和雜環(huán)類化合物，從而降低廢水中生物難分解的COD。

2.6 主要設(shè)備選型

（1）廢水調(diào)節(jié)池。A3鋼制，外型尺寸：Φ4000 mm×3500 mm，有效容積約42 m3，配潛水泵攪拌。

（2）高效廢水凈化器。A3鋼制，外型尺寸：Φ2600 mm×9500 mm，有效容積約41 m3，廢水停留時(shí)間約3.9 h。

（3）塔式生物濾池［7］。A3鋼制，外型尺寸：Φ2200 mm×14500 mm，BOD 容積負(fù)荷約2000 g BOD5/（m3濾料·d），濾料為直徑Φ50 mm 的鮑爾環(huán)，總?cè)莘e約46 m3。

（4）污泥濃縮罐。A3鋼制，外型尺寸：Φ3000 mm×5500 mm，有效容積約為33 m3，污泥停留時(shí)間約12 h，污泥上升流速約為0.1 mm/s。

（5）脫水機(jī)。每天污泥總量約為18 m3/d（污泥濃度約1.5%），污泥經(jīng)疊螺脫水機(jī)脫水后干度大于18%，疊螺脫水機(jī)，型號(hào)：KTDL252，流量Q=3 m3/h，總功率1.47 kW。

2.7 主要建（筑）物設(shè)計(jì)參數(shù)

主要建（筑）物設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表3。

3 工程運(yùn)行效果

整個(gè)工程在3 個(gè)月完成，然后進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試完成后，連續(xù)2天對(duì)該廢水處理工程進(jìn)出水水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表4 所示。從表4 可以看出，出水水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足GB 3544—2008《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中表2規(guī)定的新建企業(yè)水污染物排放限值的要求[4]。

4 工程投資概算及運(yùn)行費(fèi)用分析

該項(xiàng)目工程投資包括：設(shè)備、材料及電器購(gòu)買(mǎi)、設(shè)備加工、土建工程、設(shè)備運(yùn)輸及安裝等，總投資86萬(wàn)元。廢水處理直接運(yùn)行成本如下。

表3 設(shè)計(jì)參數(shù)Table 3 Design parameters

表4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Table 4 Monitoring data

（1）人工費(fèi)

本廢水處理站設(shè)操作工3 人（每班1 人），按4000 元/（人·月）計(jì)處理每噸廢水費(fèi)用為：4000×3÷30÷240=1.67（元/t廢水）。

（2）實(shí)際使用藥劑費(fèi)

①混凝劑1 用量按0.20～0.25 kg/m3計(jì)，每噸廢水需混凝劑1費(fèi)用：1.60×0.25=0.40（元/t廢水）。

②混凝劑2 用量按0.04～0.06 kg/m3計(jì)，每噸廢水需混凝劑2費(fèi)用：2.2×0.06=0.13（元/t廢水）。

③助凝劑用量按0.006～0.008 kg/m3計(jì)，每噸廢水需助凝劑費(fèi)用：9×0.008=0.07（元/t廢水）。

④Fenton 系統(tǒng)藥劑（含濃硫酸、硫酸亞鐵、過(guò)氧化氫和氫氧化鈉）總費(fèi)用：每天約530元，折算為每噸水費(fèi)用為：530÷240=2.21（元/t廢水）。

以上藥劑費(fèi)用合計(jì)：0.40+0.13+0.07+2.21=2.81（元/t廢水）。

（3）電費(fèi)

廢水站每天耗電量約為306 kWh，電費(fèi)按0.62元/kWh 計(jì)，處理廢水需電費(fèi)：0.62×306÷240=0.79（元/t廢水）。

直接運(yùn)行總費(fèi)用（不含維修費(fèi)、折舊費(fèi)、企業(yè)管理費(fèi)等）合計(jì)為：1.67+2.81+0.79=5.27（元/t廢水）。

5 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙廢水量小、污染物濃度高的特點(diǎn)，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用一級(jí)物化（高效廢水凈化器）、生化（塔式生物濾池）和深度氧化（Fenten 氧化法）相結(jié)合的工藝對(duì)廢水進(jìn)行處理。運(yùn)行表明，該設(shè)計(jì)合理、處理效果好、管理方便。CODCr去除率達(dá)97.8%、BOD5去除率達(dá)98.3%、SS 去除率達(dá)95.9%，出水各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了GB 3544—2008《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中表2規(guī)定的新建造紙企業(yè)水污染排放限值，為同類廢水項(xiàng)目及新建項(xiàng)目提供參考。