制漿造紙廢水深度處理研究

王小聰 郭曉偉 胡文斐 吳 磊

(中國輕工業(yè)武漢設(shè)計工程有限責任公司，湖北武漢，430060)

目前，國內(nèi)大部分制漿造紙企業(yè)的廢水處理都采用一級沉淀、二級生化處理的工藝，盡管在生物處理過程中可以去除大部分可生物降解的化合物，但隨著GB3544—2008制漿造紙工業(yè)廢水排放標準的頒布實施，傳統(tǒng)的二級生物處理技術(shù)難以達到該標準的排放要求。因此，在制漿造紙廢水排放標準日趨嚴格［1］的今天，對制漿造紙廢水進行深度處理勢在必行。

制漿造紙廢水深度處理主要有混凝、吸附、生物處理、膜分離、高級氧化及生態(tài)處理等處理技術(shù)［2-3］，隨著環(huán)境標準的日益嚴格，制漿造紙廢水深度處理技術(shù)也必將得到進一步的發(fā)展。本課題采用混凝-Fenton氧化-砂濾工藝對生化處理后的制漿造紙廢水進行深度處理。

1 設(shè)計水量、水質(zhì)

某制漿造紙企業(yè)生產(chǎn)中采用廢水深度處理工程，設(shè)計廢水深度處理能力為86000 m3/d，進出水水質(zhì)如表1所列。

表1 設(shè)計進出水水質(zhì)

2 工藝

2.1 工藝流程

采用混凝-Fenton氧化-砂濾工藝對二沉池出水進行深度處理，工藝流程見圖1。

2.2 原理分析

制漿造紙廢水的深度處理主要是為了進一步去除CODCr、微量污染物及脫色。混凝沉淀工藝通過A13+、Fe3+、Ca2+等的無機鹽和酰胺類有機高分子化合物與廢水中的較大分子有機物相互作用，達到去除廢水中呈膠體和微懸浮狀態(tài)的有機及無機污染物，降低廢水的色度和濁度的目的。Fenton氧化工藝是以H2O2為氧化劑、以亞鐵鹽為催化劑的均相催化氧化法，它利用反應中產(chǎn)生的強氧化性的羥基自由基氧化廢水中的有機物，從而降低廢水的色度和CODCr［4］，主要反應方程式［5］如下:

圖1 深度處理工藝流程圖

Fenton反應中加入的Fe2+和一部分被氧化生成的Fe3+都可在中性或堿性環(huán)境中水解絮凝［6］，進一步去除廢水中的色度和CODCr。反應時間、pH值、FeSO4用量和H2O2用量是影響色度和CODCr去除效果的關(guān)鍵因素。該方法對污染物降解沒有選擇性，處理效率高，反應迅速，二次污染小。砂濾工藝可以很好地去除Fenton氧化后的小分子有機物，進一步去除廢水中殘留的懸浮物固體顆粒、膠狀物質(zhì)、濁度、CODCr等，以提高出水水質(zhì)。

2.3 主要處理單元及設(shè)備

(1)集水池 二沉池出水自流進入深度處理系統(tǒng)的集水池，集水池長12 m，寬12 m，采用4臺廢水提升泵將廢水提升至混凝反應池。

(2)混凝反應池 反應池長35.8 m，寬5.0 m。通過投加絮凝劑使廢水中難以自然沉淀的膠體物質(zhì)以及細小的懸浮物聚集成較大的顆粒，使之與水分離，達到去除廢水中CODCr、SS和色度的目的。研究表明，采用混凝沉淀法處理廢紙造紙廢水，其SS去除率可達85% ～98%，色度去除率可達90%以上，CODCr去除率可達 60% ～80%［7］。

(3)三沉池 三沉池通過重力沉降和泥層的過濾作用將污泥與處理后的出水分離，共設(shè)2座輻流式沉淀池，直徑為65 m，根據(jù)污泥的性質(zhì)，采用周邊傳動刮吸泥機。

(4)Fenton反應池 由反應池、pH值回調(diào)池、脫氣池、絮凝池4部分組成，長66.1 m，寬16.3 m。向反應池投加 H2SO4、FeSO4和H2O2，通過產(chǎn)生的強氧化性羥基自由基，氧化廢水中難被微生物降解的有機污染物質(zhì)，降低廢水 CODCr［3］。反應后的廢水經(jīng)pH值回調(diào)后，進入脫氣池脫氣。為提高處理效果，向絮凝池投加絮凝劑，利用氧化與絮凝的協(xié)同作用可提高廢水處理效果［8］。

(5)四沉池 共設(shè)置2座輻流式沉淀池，直徑為65 m。根據(jù)污泥的性質(zhì)，采用周邊傳動刮吸泥機。

(6)除鐵曝氣池 為進一步去除水中的Fe2+，向廢水中曝氣將Fe2+氧化成Fe2O3沉淀，通過砂濾系統(tǒng)進行去除。除鐵曝氣池長20 m，寬6 m。

(7)活性砂濾池 采用帕克公司的ASTRASAND?活性砂濾系統(tǒng)，具有體積緊湊，模塊化靈活布置的優(yōu)點。活性砂濾池由壓縮空氣作為動力進行濾砂循環(huán)清洗，清洗水回流進入集水池。

(8)清水池 清水池有效容積為6600 m3，出水采用清水泵提升至廠區(qū)回用水管網(wǎng)，其余出水排放至城市綜合污水處理廠。

(9)化學污泥濃縮池 三沉池和四沉池的污泥通過污泥泵輸送至污泥濃縮池，在此進行濃縮，濃縮后污泥干固體含量為2%。濃縮污泥經(jīng)污泥泵輸送至現(xiàn)有污泥處理系統(tǒng)進一步處理。污泥濃縮池上清液自流進入集水池。污泥濃縮池直徑45 m，配備周邊傳動刮吸泥機1臺。

3 效益分析

3.1 經(jīng)濟效益

本工程處理水量86000 m3/d，占地面積28266 m2，日常運行費用主要包括操作人員工資、化學處理及污泥處理藥劑費、電力消耗費4部分，綜合運行成本(2.6元/t)遠低于 O3預氧化-BAF(3.7元/t)［9］等其他深度處理工藝［10］，具有較好的經(jīng)濟效益和價格優(yōu)勢。

3.2 社會環(huán)境效益

本工程采用混凝-Fenton氧化-砂濾工藝對二沉池出水進行深度處理，出水水質(zhì)較好而且穩(wěn)定。砂濾池出水進入清水池，經(jīng)清水泵提升至廠區(qū)回用水管網(wǎng)回用，補充生產(chǎn)用水，多余出水排放進入城市綜合污水處理廠繼續(xù)處理。該處理工藝可有效地削減各污染物的排放量，從而大大減輕制漿造紙廢水對當?shù)氐乇硭h(huán)境的污染。深度處理過程中產(chǎn)生的污泥經(jīng)脫水干化后外運安全處置。

4 工藝特點

(1)本系統(tǒng)具有出水穩(wěn)定且水質(zhì)較好的特點，能很好地滿足回用要求，工業(yè)中水回用是解決目前水資源短缺和水污染問題嚴重的有效途徑，具有較好的經(jīng)濟效益和良好的社會效益。

(2)Fenton氧化和混凝聯(lián)用不僅可節(jié)約藥劑使用量，而且可提高處理效果。

(3)活性砂濾可以很好地去除Fenton氧化后的小分子有機物，使CODCr＜60 mg/L，SS＜10 mg/L。

(4)混凝-Fenton氧化-砂濾工藝是一種處理效果好、處理費用低、適應能力強的制漿造紙廢水處理工藝。

5 結(jié)論

采用混凝-Fenton氧化-砂濾工藝對二沉池出水進行深度處理，出水水質(zhì)達到GB3544—2008制漿造紙工業(yè)廢水排放標準的要求，且滿足制漿造紙廢水回用水質(zhì)要求。該工藝組合體系完整，效果良好，運行費用低，制漿造紙廢水循環(huán)利用，可大幅減少生產(chǎn)用新鮮水取水量，同時減少制漿造紙廢水的排放量，為制漿造紙廢水的深度處理及回用提供了有效的參考，具有較好的推廣應用價值。

［1］ 喬維川，洪建國．《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標準》的特點及企業(yè)應對策略［J］．中國造紙，2011，30(21)，150．

［2］ 李志萍，劉千鈞，林親鐵，等．造紙廢水深度處理技術(shù)的應用研究進展［J］．中國造紙，2011，30(21):183．

［3］ 王承亮，馮文英，蘇振華．制漿造紙廢水深度處理技術(shù)［J］．江蘇造紙，2010(3):43．

［4］ 張金玲，于軍亭，張 帥．Fenton法深度處理造紙廢水［J］．黑龍江造紙，2011(1):33．

［5］ Martins R C，Rossi A F，Quinta-Ferreira R M．Fenton’s oxidation process for phenolic wastewater remediation and biodegradability enhancement［J］．Journal of Hazardous Materials，2010，180:716．

［6］ 羅九鵬，韓 菲，姜 琦，等．Fenton-絮凝法預處理化工綜合廢水的研究［J］．工業(yè)用水與廢水，2011，42(5):15．

［7］ 解 林，劉偉京，涂 勇．PAC+PAM深度處理廢紙造紙廢水的影響因素研究［J］．湖北造紙，2010(4):23．

［8］ 周 丹，呼世斌，張 濤．Fenton-混凝法處理造紙廢水的試驗研究［J］．環(huán)境科學與技術(shù)，2004，27(S1):7．

［9］ 劉劍玉，汪曉軍，陳 彥．臭氧預氧化—BAF深度處理造紙廢水［J］．中國造紙，2009，28(9):36．

［10］ 吳 迪，張 璇，孫星凡．O3/UV+BAC深度處理廢紙制漿造紙廢水［J］．工業(yè)水處理，2009，29(1):39．