制漿造紙廢水處理工藝改造設(shè)計(jì)與運(yùn)行效果分析

高 翔

（宣城市郎溪縣生態(tài)環(huán)境分局， 安徽 宣城 242000）

引言

制漿造紙工業(yè)作為重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，該行業(yè)也是一大耗水和排污行業(yè)，其生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水量巨大，且含有多種復(fù)雜有機(jī)物、懸浮物以及色度等，若未經(jīng)妥善處理會(huì)對(duì)水環(huán)境造成非常嚴(yán)重的污染，嚴(yán)重危害生態(tài)安全，影響人類健康。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的不斷提高，制漿造紙廢水處理的重要性愈發(fā)凸顯，這要求行業(yè)內(nèi)企業(yè)必須采取更為高效的廢水處理技術(shù)，保證企業(yè)廢水排放高于標(biāo)準(zhǔn)要求。因此針對(duì)現(xiàn)有處理工藝進(jìn)行改造升級(jí)，不僅是提升企業(yè)環(huán)保水平的必然選擇，同時(shí)也是推動(dòng)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵舉措。通過(guò)科學(xué)合理的工藝改造和運(yùn)行效果分析，可以提高廢水處理效果，減少對(duì)環(huán)境的影響，推動(dòng)制漿造紙行業(yè)向清潔化和可持續(xù)發(fā)展方向邁進(jìn)。

1 制漿造紙廢水處理工藝

1.1 制漿造紙廢水處理工藝

針對(duì)某制漿造紙公司的廢水處理廠，其一期和二期工程的工藝流程已形成一套較為完整的廢水處理體系，其中廢水處理工藝流程如圖1 所示。然而隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高和生產(chǎn)需求的變化，該處理工藝面臨著升級(jí)改造的需求。

圖1 廢水處理工藝流程

在項(xiàng)目的初期階段，廢水處理系統(tǒng)首先將污水引入初沉池，通過(guò)固液分離過(guò)程，有效地移除了大部分的懸浮固體。隨后經(jīng)過(guò)初步處理的污水被導(dǎo)入移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器（MBBR）。該技術(shù)是一種創(chuàng)新的生物處理法，它融合了傳統(tǒng)的活性污泥法和生物膜法的核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)，顯著提高了生化處理的效能。在MBBR 中微生物群落附著在載體顆粒上形成生物膜。

經(jīng)過(guò)MBBR 處理后水流繼續(xù)前進(jìn)，進(jìn)入二級(jí)沉淀池和三級(jí)沉淀池。在這些沉淀池中，通過(guò)重力作用，進(jìn)一步去除剩余的懸浮物，確保了出水的透明度和水質(zhì)的穩(wěn)定性。最終經(jīng)過(guò)上述多級(jí)處理的水體，通過(guò)專用的出水管道系統(tǒng)進(jìn)行排放。整個(gè)流程嚴(yán)格遵循環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，確保了出水質(zhì)量符合或超過(guò)相關(guān)法規(guī)要求［1］。

在二期工程中，為了提高處理效果，增加了預(yù)酸化池環(huán)節(jié)，以改善廢水的生化性。接著，水流入A/O（厭氧/好氧）系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠更有效地去除有機(jī)物并實(shí)現(xiàn)脫氮。隨后的處理步驟類似于一期工程，包括二沉池和三沉池的沉淀處理以及Fenton 氧化系統(tǒng)的高級(jí)氧化過(guò)程，后者對(duì)于難降解有機(jī)物的去除尤為關(guān)鍵。

鑒于現(xiàn)有廢水處理工藝在脫氮和COD 去除能力方面存在不足，本次改造設(shè)計(jì)旨在優(yōu)化一期項(xiàng)目，調(diào)整設(shè)計(jì)處理流量至10 000 m3/d。改造方案考慮引入改進(jìn)的生化處理組合工藝，如缺氧-好氧（A/O）系統(tǒng)，以提高脫氮效率并降低能源消耗。同時(shí)，為保證排放水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，深度處理環(huán)節(jié)也將進(jìn)行相應(yīng)的改造，可能包括增加先進(jìn)的氧化過(guò)程或強(qiáng)化物理化學(xué)處理方法。

1.2 生化處理工藝改造

通過(guò)實(shí)際案例的深入分析，本次改造采取一套技術(shù)成熟、穩(wěn)定運(yùn)行與強(qiáng)抗沖擊能力的厭氧反應(yīng)器與A/O 組合工藝，其中改造后流程如圖2 所示。本文核心改造包括新建高溫預(yù)酸化厭氧反應(yīng)器，該反應(yīng)器能夠高效地將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為沼氣，實(shí)現(xiàn)COD 的大幅度降低。此過(guò)程中，原有MBBR 池被重新設(shè)計(jì)，去除曝氣鏈后轉(zhuǎn)變?yōu)槿毖醭?，以?qiáng)化反硝化作用，并配合改造后的二沉池實(shí)現(xiàn)污泥回流。

圖2 改造后流程

同時(shí)原有的曝氣池經(jīng)過(guò)調(diào)整，前1/3 段移除部分曝氣鏈并增設(shè)曝氣機(jī)。此外，通過(guò)控制內(nèi)循環(huán)比率，使得曝氣池末端的硝態(tài)氮得以回流至前端進(jìn)行脫氮。保留的曝氣鏈則維持了微生物的硝化作用，保證氨氮的有效轉(zhuǎn)化。在實(shí)施最優(yōu)化條件下的硝化反應(yīng)中，充足的氧氣供給是關(guān)鍵，以保證高效的氨氮轉(zhuǎn)化和防止溶解氧濃度低于2.0 mg/L。系統(tǒng)改造升級(jí)完成后建議采取2 ∶3 的水力停留時(shí)間比。

在制漿造紙廢水處理工藝改造設(shè)計(jì)與運(yùn)行效果分析中，對(duì)于厭氧反應(yīng)器的選擇尤為關(guān)鍵。經(jīng)過(guò)綜合比較不同類型厭氧反應(yīng)器的性能特點(diǎn)及針對(duì)本項(xiàng)目的具體需求，ICX 厭氧反應(yīng)器被選為合適的設(shè)備，其優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在多個(gè)方面［2］。

（1）ICX 厭氧反應(yīng)器的容積負(fù)荷計(jì)算較高，這意味著它可以有效處理高濃度的有機(jī)廢水。

（2）該反應(yīng)器設(shè)計(jì)之上升流速迅捷，能夠促使床層實(shí)現(xiàn)充分的擴(kuò)漲，從而顯著提升接觸傳質(zhì)過(guò)程的效率。通過(guò)確保微生物與廢水中的污染物得到充足的接觸時(shí)間，本設(shè)備能顯著提高對(duì)污染物質(zhì)的去除效率，保障了污水處理的高效性與可靠性。

（3）在設(shè)計(jì)上，ICX 厭氧反應(yīng)器避免了常見(jiàn)的反應(yīng)器內(nèi)死角和短流現(xiàn)象，減少了死區(qū)，從而使得整個(gè)反應(yīng)器的利用效率得到提升，同時(shí)占地面積較小，符合現(xiàn)代工廠對(duì)空間優(yōu)化的需求。

（4）該反應(yīng)器采用了內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，這種設(shè)計(jì)可以有效地減少回水鈣化和堵塞問(wèn)題，這對(duì)于保持反應(yīng)器長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，降低了維護(hù)成本和停機(jī)時(shí)間。

（5）ICX 厭氧反應(yīng)器適用于處理高濃度有機(jī)廢水，并且能夠提供較高的有機(jī)污染物去除率，這對(duì)于滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)非常有利。

2 制漿造紙廢水深度處理工藝

2.1 工藝流程分析

針對(duì)制漿造紙廢水深度處理工藝流程如圖3 所示，首先經(jīng)過(guò)A0 預(yù)處理工序的廢水，通過(guò)物理化學(xué)絮凝方法，有效去除了水體中的高分子量物質(zhì)以及易于生化降解的有機(jī)成分。隨后，引入了先進(jìn)的高級(jí)氧化技術(shù)，該技術(shù)對(duì)于纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等頑固有機(jī)物具有顯著的氧化能力。這一技術(shù)的引入，極大提升了廢水氧化處理效果，特別在針對(duì)生化性較差、溶解度低的膠體等難處理物質(zhì)時(shí)，表現(xiàn)出了卓越的效率。

圖3 深度處理工藝流程

本文采用了芬頓系統(tǒng)的氧化處理，廢水中的Fe2+被氧化為Fe3+，然而，由于出水pH 值較低且含有大量的Fe3+，這并不符合國(guó)家的排放標(biāo)準(zhǔn)。為此，我們?cè)鲈O(shè)了一套芬頓系統(tǒng)，并對(duì)原有系統(tǒng)進(jìn)行了三級(jí)處理單元的優(yōu)化，通過(guò)混凝沉淀過(guò)程，進(jìn)一步凈化了廢水［3］。

2.2 芬頓氧化處理

在制漿造紙廢水處理工藝的改造設(shè)計(jì)與運(yùn)行效果分析中，芬頓氧化處理作為一種高級(jí)化學(xué)氧化過(guò)程，扮演著至關(guān)重要的角色。本技術(shù)采納了由鐵離子（Fe2+）與過(guò)氧化氫（H2O2）構(gòu)成的芬頓試劑，通過(guò)該試劑的特定反應(yīng)，能夠生成具有強(qiáng)大氧化能力的羥基自由基（·OH）。這些羥基自由基在有機(jī)污染物的礦化過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，使得在廢水中存在的難以降解的有機(jī)物得以有效降解。在實(shí)施芬頓氧化處理的過(guò)程中，必須綜合考慮多項(xiàng)影響因素，確保調(diào)整和確定出最佳的操作參數(shù)，從而優(yōu)化處理效果，確保廢水處理的高效性與可靠性。通過(guò)某造紙公司的實(shí)例分析，采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，成功消除了各獨(dú)立因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，得到了最優(yōu)的環(huán)境反應(yīng)條件。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在反應(yīng)溫度為30℃時(shí)，廢水的處理效果保持穩(wěn)定，且與二沉池出水溫度相符合，因此選擇30℃作為標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)溫度［4］。

雙氧水的投加量是影響芬頓氧化經(jīng)濟(jì)性和效率的關(guān)鍵因素。實(shí)驗(yàn)表明（結(jié)果如圖4 所示），COD去除率隨H2O2 投加量的增加而提高，至一定量后趨于穩(wěn)定，然后隨著過(guò)量投加出現(xiàn)下降趨勢(shì)；但過(guò)量的H202 會(huì)導(dǎo)致Fe2+沉淀不完全，反而降低處理效果。pH 過(guò)低會(huì)抑制·OH 的生成，而pH 過(guò)高則導(dǎo)致三價(jià)鐵離子形成沉淀，均不利于反應(yīng)進(jìn)行。

圖4 雙氧水投加量試驗(yàn)結(jié)果

隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，COD 去除率首先上升，隨后開(kāi)始緩慢降低。這反映了芬頓反應(yīng)需要一定的時(shí)間來(lái)完成有機(jī)物的充分氧化，但過(guò)長(zhǎng)的時(shí)間并不會(huì)帶來(lái)額外的處理效益。通過(guò)精確控制芬頓氧化處理的反應(yīng)條件，包括溫度、pH 值、H202 和FeSO4·7H20 的投加量以及反應(yīng)時(shí)間，可以達(dá)到最優(yōu)的廢水處理效果。

3 廢水處理工藝改造后運(yùn)行效果

在2022 年2 月，某制漿造紙廠的廢水深度處理工程投入試運(yùn)行，并于6 月1 日起開(kāi)始正式記錄監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。此六個(gè)月的監(jiān)測(cè)涵蓋了各個(gè)進(jìn)出水單元的COD、SS（懸浮固體）、總氮、氨氮等關(guān)鍵指標(biāo)，以評(píng)估改造后工藝的運(yùn)行效果。經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)與分析，得出了關(guān)于厭氧處理系統(tǒng)的化學(xué)需氧量（COD）去除效率的確鑿數(shù)據(jù)。在持續(xù)運(yùn)行的過(guò)程中，該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地將COD 去除率維持在大約80%的水平。

為了進(jìn)一步優(yōu)化處理效果，本文采取了芬頓氧化和混凝沉淀的雙重工藝。該策略的實(shí)施，使得COD 的去除率在原有基礎(chǔ)上得到了顯著提升，超過(guò)60%的額外去除效率得以實(shí)現(xiàn)。這種綜合應(yīng)用多種技術(shù)的方法，不僅增強(qiáng)了處理過(guò)程的深度，也為最終的出水質(zhì)量提供了有力保障。

最終的出水COD 含量成功降低至65 mg/L 以下，整體的COD 去除效率已經(jīng)超過(guò)了98%。這樣的處理水平，不僅遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了制漿造紙行業(yè)廢水排放的一般標(biāo)準(zhǔn)，更是輕松達(dá)到了最新制定的標(biāo)準(zhǔn)要求［5］。

表1 部分監(jiān)測(cè)結(jié)果

3 月份對(duì)一期厭氧塔進(jìn)行測(cè)試調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，進(jìn)水COD 總量未能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的55 T/d，最高僅為49 T/d。在接近VFA（揮發(fā)性脂肪酸）危險(xiǎn)值的情況下，通過(guò)逐步增加營(yíng)養(yǎng)鹽投加量，并觀察處理效率的變化，最終實(shí)現(xiàn)了出水氨氮和磷酸根分別達(dá)到40 mg/L 和6 ～ 8 mg/L 的目標(biāo)。這一調(diào)整顯著提高了厭氧系統(tǒng)的處理能力，使得從5 月14 日起，進(jìn)水COD 總量穩(wěn)步提升至50 T/d 以上，同時(shí)出水VFA 數(shù)值保持在4meq/L 以內(nèi)，表明系統(tǒng)仍有進(jìn)一步提升負(fù)荷的空間。沼氣產(chǎn)量也保持穩(wěn)定且有增長(zhǎng)趨勢(shì)，顯示改造后的工藝運(yùn)行良好，具備了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)的能力。

結(jié)論

經(jīng)過(guò)對(duì)某制漿造紙廠廢水處理工藝的改造設(shè)計(jì)和運(yùn)行效果的分析，首先廢水處理工藝改造方案的設(shè)計(jì)采用了厭氧+A/O+芬頓氧化+混凝沉淀的組合工藝。通過(guò)對(duì)廢水處理系統(tǒng)存在問(wèn)題的分析，確定了該組合工藝的可行性，并進(jìn)行了試驗(yàn)性研究。在實(shí)際運(yùn)行中，厭氧系統(tǒng)的去除率穩(wěn)定在80%左右，芬頓氧化和混凝沉淀的去除率穩(wěn)定在60%以上，完全符合最新的制漿造紙廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。