制浆造纸工业废水的处理技术工程实例

酸化-UBF-混凝法处理制浆造纸废水

1. 工程概况
   湖南西渡造纸厂位于衡阳市西渡镇西部蒸水河畔，距衡阳市约27km，是一家以芦苇、冬茅秆和龙须草为主要纤维原料的制浆造纸联合企业，是湖南省造纸行业的骨干企业，位列全国10300多家造纸企业第204位，年产浆纸21万t，排综合废水18000m3/d,，其中黑液2000t/d，中段污水16000m3/d，其生产工艺及废水排放情况如图10-3所示。为保护环境，减少对主要饮用水体蒸水河及湘江的污染，对该厂生产污水处理工程进行设计，于2000年6月投产运行。根据衡阳市环境保护监测站提供的废水监测报告，出水水质COD、BOD5、SS和pH等指标均优于《造纸工业水污染物排放标准》(GWPB 2-1999)排放标准，色度和挥发酚等指标均达到《污水综合排放标准》中的一级标准，即处理后废水可达标排放。
   
   根据厂方提供的资料，处理水量分两步，造纸黑液约2000m3/d，经预沉池、水解酸化池和酸析池回收木质素，压滤液经石灰调节后泵入不带三相分离器的上流式污泥床-过滤复合式反应器(UBF)高效厌氧器进行厌氧生物处理；然后再与近16000m3/d的中段污水混合经混凝沉淀处理，日处理综合污水量约18000m3/d。该厂综合工业废水主要来源于蒸煮、洗浆和抄纸，及地面冲洗水，其水质成分复杂，主要含有难生化降解的蒸煮黑液，原水水质COD=25344-44880mg/L，BOD5=4800-5580mg/L，SS=1060- 1738mg/L，pH=10.28-12.31，经二次厌氧处理后其水质为COD=6420-7128mg/L，BOD5=954-1044mg/L，SS=444-636mg/L， pH=4.74-4.84。根据该厂生产实际用水，其中段污水与厌氧滤液混合后的平均污泥负荷为COD≈1177mg/L，BOD5≈491mg/L，SS≈796mg/L，pH≈7-9。
   根据当地环保部门要求，处理后出水水质要求达到《造纸工业水污染物排放标准》(GWPB2-1999)中的非木质素浆标准，即COD成450mg/L，BOD5≤100mg/L，SS<100mg/L，pH=6-9；挥发酚<0.5mg/L。
2. 工艺流程
   该厂的生产废水是由蒸煮车间产生的黑液；制浆车间洗、选、漂工段产生的中段废水；造纸车间产生的白水、锅炉烟气水膜除尘产生的除尘废水以及厂区的生活污水等组成的综合废水，生产污水中主要含有纤维、木质素、高浓度有机物BOD5、COD、SS，并具有高色度，不仅废水成分复杂，且可生化性较差。因此，对难生化降解、含有高浓度有机物的造纸黑液进行二次厌氧以降低COD、BOD5浓度是该工艺设计的首要基本原则，经综合分析、论证，参考国内外同类废水处理较成熟的经验和技术，确定该废水处理系统工艺采用水解酸化-UBF-混凝沉淀联合处理工艺，其工艺流程如图10-4所示。
   
   蒸煮浆料由蒸球压入喷罐内，定量泵送到洗浆系统进行洗浆，洗出的黑液进行纤维回收后进调节预沉池，将黑液的pH调至10以下后排入水解酸化池，停留60h进行水解酸化反应，然后用泵提升排入酸析池，其中经过加酸、压滤等处理，并回收木质素。滤液再经过投加石灰水调节pH和去除大部分硫酸根后，用泵提升排入UBF高效厌氧器进行厌氧处理，经厌氧处理的滤液定量混入中段污水均调池，进行3-4h的混合均调，以调节污水排入的间断性和不均衡性。均调后的污水用泵提升排入混合反应系统，并投加混凝剂，由于混合系统的快速混合反应使污水很快絮凝成较小的矾花，随着混合反应时间的延长，矾花进一步架桥并不断增大，随后进入直径为30m辐流式沉淀池进行沉淀分离，沉淀后的上清液达标排放。沉淀池底部污泥靠刮泥机并重力排入污泥浓缩他，经过12h浓缩后进行加药脱水，再用压滤机进行压榨，压榨后泥饼外运，清液回流至调节池进行再处理。
3. 运行工况及工程设计特点
   (1)采用二次厌氧与混凝沉淀处理相结合的工艺，能有效去除黑液中高浓度有机物和综合废水有机物及悬浮物，黑液有机物去除率可达80%以上，综合废水去除率可达80%以上，排水水质可达标排放，其处理前后水质如表10-5所示。

   系统处理效果

   项目		COD(mg/L)	BOD5(mg/L)	SS(mg/L)	色度/(度)	酚(mg/L)	pH
   黑液	进水	28000	5400	1700	550	19.2	10.24
   	出水	5572	1047	493	110	3.84	6-8
   	去除率(%)	80.1	80.6	71	80	80
   综合废水	进水	1177	491	796	120	4.15	8.5
   	出水	317	83	99	25	0.29	7-9
   	去除率(%)	73.1	82.8	87.5	79.2	93

   注：表中数字均为3次平均值；*为出水测定值，**为综合调节池废水的计算值。
   (2)在工艺流程中，黑液酸化加酸(工业硫酸)量为0.4%，酸化pH为3-4，温度控制在40-50℃，并采用缓释脱水辅助系统以提高木质素压滤效果。突破以往木质素难以脱水的难关，脱水后的木质素含水率可达70%-75%。
   (3)工艺中采用UBF反应器，中部的填料除降解有机物外，还起到截留污泥的功能，使整个反应器始终保持很高的微生物浓度。污泥在反应器中的停留时间一般均在100d以上，在高负荷状态下，仍能保持相当高的去除率。
   (4)在废水处理过程中，利用高效复合混凝剂的反应机理，全部反应在混合反应系统和管道中进行，反应充分，效果好，去除率高，COD、BOD5和SS去除率均在70%以上。
   (5)设备先进，操作方便，运行稳定，能耗少，故障率低。
   (6)由于排放废水呈碱性，在处理过程中pH调剂频繁，所耗药剂较多，能否直接利用原有碱性废水并进行强化混凝效果有待研究，同时大量淤积的污泥能否综合利用也有待研究。
   (7)该工程总投资为900万元，其中土建、设备、工艺管道、配电安装及调试费600万元，配套设备费用为120万元，运行费用平均为0.65元/m3。

复合式UASBFB-A/O工艺处理草桨造纸废水

1. 工程概况
   江西某纸业有限公司采用非木纤维常压酸碱法制浆，草浆产量为1.2*10^4t/d。由于该项目蒸煮工段采用了国外专利技术，一、二段黑液可直接回蒸煮工段循环使用。因此，该工艺产生的黑液比常规蒸煮工艺的浓度低，这为制浆蒸煮液和中段水实现全生化处理提供了条件。制浆黑液、高浓度中段水、低浓度废水的水量、水质如表10-6所示。

   生产废水水量、水质

   项目	制浆黑液	高浓度中段水	低浓度废水
   水量(m3/d)	200	600	800
   COD(mg/L)	10000-30000	4000	1000
   BOD5(mg/L)	3450-4250	400-1000
   pH	7-9	7-9	7-9
   SS(mg/L)	2350-2780	500-5000	300-700

2. 工艺流程
   该工程采用复合式UASBFB(Upflow Anaerobic Sludge Bed and Fluid Bed)-A/O工艺，工艺流程如图10-5所示。采用清污分流的方法对水质不同的废水分别进行处理。三段洗浆后的稀黑液经pH调节、营养剂配比、温度控制等环节后，进入复合式内循环UASBFB反应器。UASBFB反应器属厌氧生物反应系统，是厌氧污泥反应床和生物滤池的结合体。UASBFB反应器采用了旋流布水系统、多通道整流系统、单层三相分离系统、分段撇渣系统和独立内循环系统。经厌氧处理后的黑液再与中段废水混合，在调节池内均质均量后依次进入水解酸化池、曝气池、初沉池、接触氧化池、二沉池等处理设施，出水达到生产用水标准后，回用于洗浆工段。低浓度白水则经过斜管沉淀池处理后，回用于抄纸机系统。整个处理过程产生的剩余污泥(生化污泥及部分物化污泥)有机物含量多、热值高，经脱水干化后送锅炉房焚烧处置，锅炉房配置有烟气处理系统，因此整个废水处理系统无二次污染产生。
   
3. 工程验收及运行情况
   调试完成后，经检测出水水质达到设计要求，COD指标基本稳定在110mg/L以下。该工程已于2007年12月19日通过了验收，目前运行良好，出水水质稳定达标。表为2007年10月24日-25日当地环境监测站的监测结果。

   不同监测点出水各项指标的监测结果

   监测点	监测日期	pH	COD(mg/L)	BOD5(mg/L)	SS(mg/L)
   1	24日	7.21-7.67	136-146	992-1072	422-433
   	25日	6.99-7.31	133-146	792-1168	416-844
   2	24日	5.84-6.16	39-44	80-96	22.5-29.7
   	25日	5.92-6.28	38-44	84-100	22.2-33.0
   3	24日	6.78-7.12	36-42	77-91	21.3-29.0
   	25日	6.76-7.08	36-41	80.1-96.0	21.1-31.2

   注：监测点1为经UASBFB处理后的稀黑液出水和中段水混合废水；监测点2为二沉池出水；监测点3为清水塘出水。
   由表的监测数据可以看出，稀黑液经UASBFB反应器处理后，COD、BOD5、SS值均大大降低，与中段水混合后COD控制在2000mg/L以下，BOD5/COD约为0.4-0.5，废水的可生化性大大提高。整个系统处理出水水质可达到《造纸工业水污染物排放标准》(GB 3544-2001)的要求，即COD≤400mg/L、BOD5≤100mg/L、SS≤100mg/L、pH为6-9。

气浮-水解酸化-IC曝气-混合反应-砂滤工艺处理造纸制浆废水

1. 工程概况
   目前，造纸生产废水通常采用气浮-好氧-沉淀工艺，制浆废水一般采用水解酸化-厌氧-沉淀处理工艺。两种工艺都存在抗冲击负荷能力弱、运行成本高、出水水质波动大等特点。为加大环境污染治理力度，2008年8月1日国家新颁布并实施《制浆造纸工业水污染物排放标准》(GB 3544-2008)。随着国家实施林浆纸一体化战略规划，我国建设了一大批林浆纸一体化企业。全国第一批10个林浆纸一体化企业渡阳龙丰纸业有限公司选用气浮-水解酸化-IC-曝气-混合反应-砂滤工艺处理其生产废水，运行实践证明该工艺能够保证废水低成本达标排放。该工程设计进水水量、水质及排放标准见表10-8。

   某纸业公司生产废水处理工程设计进水水量、水质及排放标准

   项目	水量(m3/d)	pH	COD(mg/L)	BOD5(mg/L)	SS(mg/L)
   造纸废水	12000	6-9	1800	800	1200
   制浆废水	6000	6-9	16000	5000	3500
   排放标准		6-9	90	30	30

2. 工艺流程
   该工程的工艺流程如图10-6所示。
   
3. 运行效果
   经过2个月的调试，系统运行稳定，各项水质均达到排放标准，详见表10-9。

   系统主要单元的处理效果

   项目	pH	COD(mg/L)	BOD5(mg/L)	SS(mg/L)
   造纸废水	6-9	1000	350	1050
   气浮出水	5-8	890	300	750
   制浆废水	6-9	13000	5000	2300
   水解酸化池出水	6.5-7.5	7500	3500	1300
   IC反应器出水	6-8	200	950	780
   二沉池出水	6-9	450	95	100
   催化氧化池出水	6-9	230	30	100
   终沉池出水	6-9	70	10	50
   砂滤池出水	6-9	70	10	15

4. 工程小结
   (1)采用气浮-水解酸化-IC-曝气-混合反应-砂滤组合工艺处理造纸制浆废水能达到预期效果，出水水质达到《制浆造纸工业水污染排放标准》(GB 3544-2008)的要求。实践证明，该工艺抗冲击负荷能力强，运行成本低，自动化程度高。
   (2)用低浓度造纸废水稀释高浓度制浆废水后进行生化处理，二沉池出水COD、BOD、色度等与传统工艺相比(制浆废水经厌氧、好氧处理；造纸废水只进行好氧处理)变化不明显，但是混合后的废水经IC反应器处理后，厌氧段COD去除率较单独处理制浆废水降低5%-10%，沼气产量与传统工艺相比增多20%-33%，颗粒污泥乌黑发亮，颗粒度增加，厌氧污泥量增加。好氧处理系统剩余污泥量减少17%-20%，减少了污泥处理费用，节约了成本。
   (3)运行中产生的副产物沼气经脱硫处理后被用作能源代替天然气，用于造纸生产，既减少了燃烧对大气的污染，又降低了造纸生产成本，实现资源的合理利用；产生的厌氧颗粒污泥，出售给建有厌氧处理设备的污水处理厂，给公司增加了一定的收入。
   (4)该工程总投资9900多万元，运行费用为1.89元/m3，其中化学药品费用为0.96元/m3。

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